《模擬電路》第章：集成運(yùn)算放大器

第一章電子技術(shù)的應(yīng)用一.模擬電子技術(shù)二、數(shù)字電子技術(shù)1.1.集成運(yùn)放1.2線性集成穩(wěn)壓電源2.1集成門電路1.3開關(guān)穩(wěn)壓電源2.2組合邏輯電路2.4數(shù)字電路的設(shè)計(jì)方法2.3時(shí)序邏輯電路諸論一、電子技術(shù)的發(fā)展（日新月異）

1905---1946電子管時(shí)代貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生第一只半導(dǎo)體晶體管集成電路的出現(xiàn)大規(guī)模集成電路1975超大規(guī)模集成電路（伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展）199740億個(gè)元件的集成電路二、模擬電路和數(shù)字電路

1、數(shù)字信號(hào)：特點(diǎn)離散性（時(shí)間上、數(shù)值上）2、模擬信號(hào)：連續(xù)性（任何瞬間的任何數(shù)值都是有意義的）如自動(dòng)控制系統(tǒng)的物理量、溫度、壓力、重量等，由傳感器變來的量都是模擬量。模擬電子技術(shù)的應(yīng)用：集中在集成運(yùn)放引入反饋的不同，達(dá)到不同的功能，此基本功能可以得到擴(kuò)散。諸論三、電子系統(tǒng)的組成：電子系統(tǒng)總是伴隨著一個(gè)物理系統(tǒng)，具有工程性，比如：測(cè)量等。由以下幾個(gè)部分組成。1、信號(hào)的提取：通過兩個(gè)途徑（1）傳感器：如自動(dòng)控制的物理量：溫度、壓力、流量等。（2）接收器：如無(wú)線通訊、遙測(cè)遙控等。2、信號(hào)的預(yù)處理：從傳感器或接收器提取的信號(hào)是微弱的，甚至還混雜著干擾、噪聲等，必須通過預(yù)處理。處理的方法有：（1）隔離：如信號(hào)源的地與后面電路的地分開；信號(hào)輸入與輸出采用光電、變壓器等不同偶合方式。（2）濾波：去掉干擾和噪聲的影響。（3）放大：放大的本質(zhì)是能量的控制，任何放大器都需要有電源提供能量，放大器通過有源元件（場(chǎng)效應(yīng)管、晶體管等），從電源吸取能量并轉(zhuǎn)換成與輸入信號(hào)相同的信號(hào)來驅(qū)動(dòng)負(fù)載。3、信號(hào)加工（1）信號(hào)的運(yùn)算：輸出電壓是輸入電壓的某種運(yùn)算。（2）信號(hào)的轉(zhuǎn)換：電流轉(zhuǎn)換為電壓；交變直；直變交（根據(jù)負(fù)載的需要）。（3）信號(hào)的比較：以基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較（在自動(dòng)控制中，將信號(hào)控制在一定的范圍）。4、信號(hào)的執(zhí)行（1）直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載（2）經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換→計(jì)算機(jī)（數(shù)字系統(tǒng)）→D/A轉(zhuǎn)換→功放→推動(dòng)

集成運(yùn)算放大器——高增益的直接耦合的集成的多級(jí)放大器。集成電路的工藝特點(diǎn)：（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特別有利于實(shí)現(xiàn)需要對(duì)稱結(jié)構(gòu)的電路。（2）集成電路的芯片面積小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。（3）不易制造大電阻。需要大電阻時(shí)，往往使用有源負(fù)載。（4）只能制作幾十pF以下的小電容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大電容，只有外接。（5）不能制造電感，如需電感，也只能外接。什么是集成運(yùn)算放大器？集成運(yùn)放簡(jiǎn)介

一.集成運(yùn)放的總體結(jié)構(gòu)

二.簡(jiǎn)單的集成運(yùn)放

原理電路：＋－u-－u+uo集成運(yùn)算放大器符號(hào)國(guó)際符號(hào)：國(guó)內(nèi)符號(hào)：集成運(yùn)放的特點(diǎn)：電壓增益高輸入電阻大輸出電阻小反相輸入端同相輸入端輸出端直耦放大電路的特殊問題——零點(diǎn)漂移零漂現(xiàn)象：產(chǎn)生零漂的原因：零漂的衡量方法：由溫度變化引起的。當(dāng)溫度變化使第一級(jí)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)發(fā)生微小變化時(shí)，這種變化量會(huì)被后面的電路逐級(jí)放大，最終在輸出端產(chǎn)生較大的電壓漂移。因而零點(diǎn)漂移也叫溫漂。輸入ui=0時(shí)，，輸出有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。將輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端計(jì)算。例如若輸出有1V的漂移電壓。

則等效輸入有100uV的漂移電壓假設(shè)第一級(jí)是關(guān)鍵3.減小零漂的措施用非線性元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償采用差動(dòng)放大電路等效100uV漂移1V差動(dòng)放大電路一.結(jié)構(gòu):對(duì)稱性結(jié)構(gòu)即：1=2=

UBE1=UBE2=UBE

rbe1=rbe2=rbe

RC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb

1.差動(dòng)放大電路一般有兩個(gè)輸入端：雙端輸入——從兩輸入端同時(shí)加信號(hào)。單端輸入——僅從一個(gè)輸入端對(duì)地加信號(hào)。

2.差動(dòng)放大電路可以有兩個(gè)輸出端。雙端輸出——從C1和C2輸出。單端輸出——從C1或C2

對(duì)地輸出。二.幾個(gè)基本概念5/20/20233.差模信號(hào)與共模信號(hào)差模信號(hào)：共模信號(hào)：差模電壓增益：共模電壓增益：總輸出電壓：4.共模抑制比三.差動(dòng)放大電路的基本工作原理

1.靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算：

忽略Ib，有：Ub1=Ub2=0V2.抑制零漂的原理:Uo=UC1-UC2

=0當(dāng)ui1

=

ui2

=0時(shí)，當(dāng)溫度變化時(shí)：UC1=UC2設(shè)T

ic1,ic2uc1

,uc2

uo=uc1-uc2=0(1)加入差模信號(hào)

ui1=-ui2=uid/2，3.電路的動(dòng)態(tài)分析

所以，Re對(duì)差模信號(hào)相當(dāng)于短路。若ui1,ui2ib1,ib2ie1,ie2IRe不變

UE不變

uic=0。(5揉)共模獸抑制增比共模態(tài)抑制德比KCM馳R是差支分放陸大器輪的一賞個(gè)重鋪要指交標(biāo)。，或雙端訴輸出懲時(shí)KCM艘R可認(rèn)偵為等騾于無(wú)域窮大質(zhì)，單端閥輸出邪時(shí)共剪模抑醋制比模：動(dòng)畫敏演示五.帶恒隙流源左的差卡動(dòng)放茅大電蔑路根據(jù)夾共模鴉抑制站比公欲式：加大Re，可以震提高怠共模線抑制醉比。為此漏可用醫(yī)恒流蛙源T3來代軟替Re。等效示很大利的交欄流電付阻，原直流啦電阻鞠并不態(tài)大。恒流擋源使蒼共模伸放大哈倍數(shù)敵減小類，而庫(kù)不影蕉響差團(tuán)模放磁大倍脅數(shù)，烘從而情增加嚷共模劃抑制爬比。恒流危源的憂作用帶恒鉤流源慰的差篩動(dòng)放站大電危路的辯計(jì)算尿：靜態(tài)拾工作扔點(diǎn)：動(dòng)態(tài)：恒流侵源等廚效電供阻：1.鏡像搶電流和源基準(zhǔn)勢(shì)電流隔：無(wú)論T2的負(fù)接載如霉何變煤化，IC2的電善流值寶將保兄持不王變。5.冶2集成戰(zhàn)運(yùn)算旺放大膽器中引的單帝元電翼路一.電流久源電終路因?yàn)橐?guī)：所以她：2.微電網(wǎng)流源（1）電激流小戶（因猛為△UBE小）慌。微電順流源題的特傘點(diǎn)：（2）電工流穩(wěn)踢定（電流扒負(fù)反川饋）3.多路括電流促源二.差動(dòng)淋輸入謝級(jí)1.有源第負(fù)載怖差動(dòng)更放大鑰電路T3、T4組成汁鏡像而電流塔源，哲作T1、T2的負(fù)鞋載。同時(shí)苦可使嶼單端貿(mào)輸出娃的電浸壓增惑益近陜似為夕雙端狡輸出舌的電商壓增雄益。三.輸出澇級(jí)工作旺原理祥：ui為正濤半周穩(wěn)時(shí)，T1管工扒作，T2管截摩止，煙輸出uo為正溉；ui為負(fù)榨半周街時(shí)，T2管工歲作，T1管截午止；隙輸出uo為負(fù)駕。兩管鋤交替梅工作型，在汗負(fù)載趣電阻RL上得架到完悲整的仿正弦嘉波。1.互補(bǔ)繡對(duì)稱耗射極摘輸出低電路輸入秘輸出憐波形別圖uiuououo′交越失真死區(qū)垮電壓2.克服首交越圖失真敏的互裝補(bǔ)對(duì)從電路靜態(tài)疲時(shí)，T1、T2兩管參發(fā)射面結(jié)電且壓分半別為杜二極宇管D1、D2的正繞向?qū)镣▔赫纸担瑤r致使慕兩管禿均處粘于微姥弱導(dǎo)義通狀期態(tài)，路以消企除交象越失諷真。電路罰中增省加D1、D2工作洪原理礙：四.通用丑型集防成運(yùn)徒放F0造07ABAB分析慢：1.偏置思電路絞：T12、R5和T11構(gòu)成耗了主縱偏置毯電路甘，產(chǎn)原生基貢準(zhǔn)電邪流：其他庭偏置坑電流猜都與舍基準(zhǔn)太電流胃有關(guān)橡。T10、T11和R4組成騙微電呀流源扯，通毒過T8和T9組成沿的鏡硬象電拋流源聽為差授動(dòng)輸脂入級(jí)大提供臨偏置決電流拿。T12和T13管構(gòu)南成多方支路違電流暖源。T13管是綱多集殖電極液三極碼管，堤其集慈電極蘿電流垂和的纖大小維比例膚為3:擠1。B路作霸為中崗間級(jí)資的有括源負(fù)緒載。A路為驗(yàn)輸出歡級(jí)提么供偏表置。2.輸入考級(jí)：T1、T2和T3、T4管組蒸成共莖集一面共基達(dá)復(fù)合次差動(dòng)她輸入鬧電路緞。其中T1和T2管作腥為射稅極輸霞出器保，輸思入電弊阻高悔。T3和T4管是捕橫向PN揉P管，鑼發(fā)射睡結(jié)反怠向擊笛穿電植壓高她，可場(chǎng)使輸騰入差籍模信素號(hào)達(dá)狐到30V以上趟。T5、T6、T7和R1、R2、R3組成川具有雁基極詠補(bǔ)償顆作用凳的鏡幟象電罩流源匯，作德為差軌動(dòng)輸斑入級(jí)辯的有每源負(fù)塑載，貢可以滑提高涌輸入照級(jí)的押增益墳。它們煙同時(shí)膽還有笨單端薪輸出雕轉(zhuǎn)換肺為雙糾端增淺益的虛功能嚷。3.中間扶級(jí)：T16和T17是復(fù)岡合管錫組成者的共馬射放均大電頂路，T13B作這姨一級(jí)毀的集臨電級(jí)限有源半負(fù)載嶼。T14和T20管組膀成互暮補(bǔ)對(duì)董稱輸膜出級(jí)勿，T18、T19和R8為其盡提供虜靜態(tài)林偏置叼以克尋服交許越失怎真。T15和R9保護(hù)T14管，丘使其月在正尸向電俗流過足大時(shí)鉆不致挨燒壞情。T21、T23、T22管和R10保護(hù)T20管在系負(fù)向勁電流不過大滾時(shí)不鬧致燒攻壞。4.輸出益級(jí)：5.相位谷分析倦：用“馳瞬時(shí)跡極性連法”略判定憑，3號(hào)腿尚為同喉相端合；2號(hào)腿炊為反飄相端謀。1.輸入增失調(diào)銳電UIO輸入豈電壓車為零偷時(shí)，搜將輸糞出電噴壓除胖以電章壓增武益，伏即為婆折算濾到輸外入端染的失妻調(diào)電款壓。扇是表偶征運(yùn)倍放內(nèi)豆部電俘路對(duì)請(qǐng)稱性碎的指濕標(biāo)。揪（與登溫度歷有關(guān)犯，小脊于1m形V/它1℃）五文集怖成運(yùn)威算放掌大器針的主籃要參賤數(shù)2.輸入食失調(diào)顫電壓籠溫漂dUIO/dT在規(guī)峽定工陡作溫須度范曬圍內(nèi)斯，輸己入失戚調(diào)電灶壓隨載溫度戀的變夫化量辭與溫合度變犁化量視之比碌值。4.輸入忌失調(diào)蹦電流IIO：在零雞輸入秘時(shí)，拌差分粘輸入速級(jí)的盤差分余對(duì)管勸基極撞電流逢之差遲，用拳于表穿征差勸分級(jí)圈輸入愚電流自不對(duì)擱稱的價(jià)程度喜。3.輸入過偏置問電流IIB：輸入謝電壓仔為零浮時(shí)，運(yùn)放上兩個(gè)攻輸入返端偏嗎置電載流的量平均港值，秘用于瘡衡量授差分征放大遣對(duì)管俗輸入身電流啟的大應(yīng)小。5.輸入梁失調(diào)辨電流部溫漂dIIO/DT:在規(guī)飯定工采作溫盞度范半圍內(nèi)搶，輸撒入失慎調(diào)電貫流隨喬溫度晌的變砍化量比與溫陜度變外化量澆之比勁值。6.最大職差模尸輸入置電壓Uid今ma純x運(yùn)放徐兩輸從入端嫁能承傷受的蘋最大犯差模槽輸入么電壓龍，超指過此袍電壓珍時(shí),差分往管將迫出現(xiàn)堤反向身?yè)舸┮片F(xiàn)象壞。7.最大勾共模歸輸入范電壓Vic泉ma逢x在保譽(yù)證運(yùn)止放正穗常工鉗作條濟(jì)件下括，共懸模輸盜入電輪壓的舅允許溪范圍擔(dān)。共廳模電韻壓超銳過此波值時(shí)失，輸冠入差之分對(duì)施管出衣現(xiàn)飽淹和，樂放大糊器失慢去共遣模抑而制能鳥力。8.開環(huán)價(jià)差模薯電壓竿放大太倍數(shù)Aod：無(wú)反岔饋時(shí)熊的差淚模電幫壓增房誠(chéng)益。一般Aod在10譜0～12齡0dB左右攤，高斃增益呀運(yùn)放運(yùn)可達(dá)14境0dB以上把。9.差模餐輸入唉電阻rid：雙極屢型管購(gòu)輸入鼻級(jí)約儀為105～106歐姆匆，場(chǎng)介效應(yīng)幫管輸鴨入級(jí)展可達(dá)109歐姆簡(jiǎn)以上梳。10央.共模零抑制唱比KCM永R：KCM嫩R=2跡0l江g(Avd/Avc)(d肆B)其典饒型值仰在80dB以上兆，性辰能好勿的高內(nèi)達(dá)18挪0dB。二、努理想森運(yùn)放耍工作芝在線倘性區(qū)運(yùn)放抄工作庫(kù)在線顫性區(qū)稱：“虛渡斷”稱“虛紋短”為了換保證俊運(yùn)放賴工作葬在線艱性區(qū)喚，電癥路必艇須引寄入負(fù)辯反饋杯。集