第十二章集成運算放大器及其應用課時

12-1差動放大電路12-2運算放大器的工作原理及主要參數(shù)12-3運算放大器的線性應用第十二章集成運算放大器及其應用12-4運算放大器的非線性應用1集成電路簡介在半導體制造工藝的基礎上，把整個電路中的元器件制作在一塊硅基片上(厚約0.2-0.25毫米，面積約零點幾平方毫米)，構成特定功能的電子電路，稱為集成電路。由于具有體積小、重量輕、耗電省、成本低、可靠性高和電性能優(yōu)良等突出優(yōu)點，所以隨著微電子技術的進步，集成電路得到了飛速的發(fā)展。從60年代以來，集成電路的發(fā)展經(jīng)歷了小規(guī)模集成電路（SSI）、中規(guī)模集成電路（MSI）、大規(guī)模集成電路（LSI）和超大規(guī)模集成電路（VLSI）四個階段，目前已能在一小塊硅基片上制作（光刻）出上億個元器件。一、集成電路的分類1、按集成度分為：

小規(guī)模：(0~100)個元件/基片

中規(guī)模：(100~1000)個元件/基片

大規(guī)模：(1000~1萬)個元件/基片

超大規(guī)模：(1萬以上)個元件/基片32、按功能分為：模擬集成電路

數(shù)字集成電路線性集成電路非線性集成電路

在模擬集成電路中，集成運算放大器（簡稱集成運放或運放）是應用極為廣泛的一種。該電路為本章討論的重點。

線性集成電路中的器件工作在線性放大狀態(tài)，輸出信號和輸入信號成線性關系。集成運放屬于線性集成電路。二、集成電路的封裝形式圓殼式雙列直插式扁平式單列直插式菱形式運算放大器外形圖6三、模擬集成電路的特點12電路結構與元件參數(shù)具有對稱性

各元件在同一塊硅片上，經(jīng)相同工藝制造出來，元件參數(shù)絕對值有同向的偏差，溫度勻一性好，特性相同。用有源器件代替無源器件電路中的電阻元件是由硅半導體中的體電阻構成，電阻值的范圍一般為幾十歐到20千歐左右，范圍不大，且電阻值精度不易控制，誤差可達10%-20%左右。故在集成電路中，高阻值的電阻多用BJT或FET等有源器件組成的恒流源電路代替。34采用復合結構的電路

復合結構電路的性能較佳，制作并不困難，故集成電路中多用復合管、共射-共基、共集-共基等組合電路。級間采用直接耦合方式

電路中的電容量不大，約在幾十皮法以下，常用結結電容構成，誤差較大。而電感的制造非常困難。故在集成電路中，級間都采用直接耦合方式。5二極管由BJT的發(fā)射結構成電路中的二極管多用作溫度補償元件或電位移動電路。一、直接耦合放大電路的零點漂移問題可以放大直流、交流信號零漂：輸入短路時，輸出仍有緩慢變化的電壓產生。即輸出電壓偏離原來的起始點而上下漂動。主要原因：主要由于溫度變化引起，也稱溫漂。直流電源波動，器件老化也是原因之一。12-1

差動放大電路9若第一級漂移了100uV，則輸出漂移100mV。若第二級漂移了100uV，則輸出漂移10mV。假設可見，克服零漂第一級是關鍵！減小零漂的措施采用差動放大電路若第三級漂移了100uV，則輸出漂移0.1mV。10二、差動（差分）放大電路1、電路組成結構特點:對稱性結構即：1=2=

VBE1=VBE2=VBE

rbe1=rbe2=rbe

RC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb

差動放大電路一般有兩個輸入端：從兩輸入端同時加信號——雙端輸入從一個輸入端對地加信號——單端輸入11(2)有公共的射極電阻Re組成特點：(1)直接耦合的共射極電路從集電極C1

和C2輸出

——雙端輸出差動放大電路可以有兩個輸出端：從集電極C1或C2對地輸出

——單端輸出12注意：（1）靜態(tài)分析電路對稱T放大的條件：Je正偏、Jc反偏vi1=vi2=0（靜態(tài)）

Je正偏

T放大

Jc反偏vo=VC1-

VC2=0實現(xiàn)：0輸入0輸出克服零漂2、電路分析13（2）動態(tài)定性分析——輸入差模信號大小相等，方向相反另外：Re相當于短路iE=014（2）動態(tài)定性分析——輸入共模信號大小相等，方向也相同另外：Re相當于2ReiE=2iE1=2iE215（3）動骨態(tài)定茅量分由析小信感號等獅效（侄微變覽等效雷）電旺路法利用對稱啟特點，轉化享為單刷邊電膽路求解晶。四種辦接法a.雙端向輸入陶、雙屠端輸碰出b.雙端縫輸入訂、單秀端輸稿出c.單端炎輸入揮、雙艦端輸原出d.單端飄輸入陷、單而端輸獎出注意桃：電阻Re和RL的處偷理16雙端講輸入——都差瘦模增困益雙入與雙出雙入裝雙出雙入打單出RL各分問一半RL由T1單獨艘負擔雙入怖單出Re短路17雙端快輸入——濟共眠模增映益雙入眨雙出雙入姨雙出雙入隆單出RL開路RL由T1單獨釘負擔雙入錘單出Re對單遠邊相帳當于坑2Re18雙端陪輸入——瘡共姿模抑制袋比雙入潔雙出雙入希單出雙入物雙出雙入東單出公共掠電阻ReKCM翠R抑制掠零漂炸能力屢增強1912聽-2運算呼放大殿器的工斯作原負理及未主要崇參數(shù)集成樓電路梅運凍算放高大器直接嬌耦合燃多趙級放榨大電呈路符號閘：特點譯：電壓悼增益踩高（康差模蝦）輸入跡電阻篇大輸出菜電阻蠢小20UEE+UCCu+uou–反相輸入檢端同相輸入朱端T3T4T5T1T2IS一、楚原理華框圖輸入產級中間瞧級輸出勻級與uo反相與uo同相21對輸?shù)と爰壣诘囊是螅罕M量巧減小流零點運漂移,盡量組提高KCM棄RR,輸入繪阻抗ri盡可瞞能大。對中證間級澡的要紅求：足夠樣大的始電壓洪放大繞倍數(shù)尾。對輸嗎出級千的要拋求：主要問提高對帶負賴載能樸力，奴給出擊足夠喜的輸桐出電型流io。即輸鄉(xiāng)豐出阻分抗ro小。集成運放的結構（1）采攝用四老級以叼上的攝多級云放大令器，謎輸入劉級和務第二熟級一底般采劃用差渴動放療大器琴。（2）輸知入級尋常采濫用復扭合三摩極管喜或場顧效應糕管，簡以減堪小輸沈入電懷流，冬增加撕輸入訂電阻慎。（3）輸艙出級昌采用阻互補秒對稱梅式射只極跟眠隨器央，以郵進行花功率香放大暢，提舊高帶范負載云的能壯力。221、開添環(huán)電安壓放址大倍光數(shù)Auo無外形加反葉饋回德路的矩差模汁放大曲倍數(shù)抹。一扒般在105107之間路。理邀想運向放的Auo為。2、共掉模抑尺制比KCM給MR常用梳分貝遭作單渴位，勸一般10堂0d致B以上菜。二、匯主要植參數(shù)23ri大:幾十k幾百k運放鋪的特滲點KCM皮RR很大ro?。簵潕资畮装貯uo很大:筑104107理想運放：

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運放獅符號功：＋－u－u+uo－＋＋

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uoAuo三、患理想逃運算仰放大閉器及稱其分駝析依蛇據(jù)24uiuo+UOM-UOMAuo越大岡，運喝放的懇線性焰范圍碌越小霸，必烘須在輸出升與輸翠入之塔間加負浙反饋才能盡使其售擴大美輸入淹信號領的線終性范先圍。uiuo_++Auo例：諸若UOM=1偉2V，Auo=1流06，則|ui|<頸12V時，耀運放恭處于駁線性策區(qū)。線性死放大朝區(qū)25由于卵運放治的開術環(huán)放漆大倍蹦數(shù)很獅大，炸輸入脖電阻柔高，透輸出久電阻疫小，獻在分葡析時錯常將嚇其理話想化壟，稱頭其所包謂的理想爬運放。理想運放的條件虛短路放大睬倍數(shù)芹與負包載無晶關。末分析哀多個詳運放角級聯(lián)倡組合肚的線惹性電穴路時泊可以境分別顆對每授個運件放進蒸行。虛開路運放刃工作乘在線饅性區(qū)貞的特鎮(zhèn)點26理想查運放齒的符榨號_++u+u-u02710該-3運算寺放大軌器的建線性面應用虛擬短路虛擬斷路放大倍數(shù)與負載無關，可以分開分析。u+uo_++u–Ii信號的放大、運算有源濾波電路運放線性應用28一、晴比例厭運算鐵電路作用丈：將信付號按牢比例脆放大于。類型吸：同相際比例橋放大袖和反徑相比住例放筐大。方法盾：引入存深度腥電壓糧并聯(lián)出負反逐饋或淋電壓救串聯(lián)脫負反識饋。精這樣渾輸出兇電壓渣與運魄放的痰開環(huán)蔽放大昌倍數(shù)過無關性，與熄輸入廚電壓忍和反爪饋系庸數(shù)有咬關。29i1=i2uo_++R2R1RPuii1i2虛短常路虛開醉路1、反引相輸將入30平衡電阻，使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等，保證靜態(tài)時輸入級的對稱性。RP=R1//R2uo_++R2R1RPuii1i2312、同緊相輸瞧入_++R2R1RPuiuou-=朽u+=減ui虛短榮路虛開日路32_++uiuo3、電驗壓跟灶隨器結構顯特點屆：輸出拾電壓旺全部迫引到診反相港輸入貴端，仿信號砍從同科相端遙輸入雁。電壓吩跟隨惰器是同相舍比例腔運算兵放大泛器的座特例阻。33二、構加凍法運孔算作用束：將若踢干個區(qū)輸入踩信號遞之和平按比搞例放栽大。類型都：同相歉求和蜂和反殃相求乞和。341、反兄相求擔和運淡算R12_++R2R11ui2uoRPui135i12iFi11R12_++R2R11ui2uoRPui1調節(jié)逼反相嚷求和損電路寬的某糊一路韻信號炒的輸琴入電留阻，恭不影抱響輸龜入電納壓和域輸出鋸電壓笛的比摩例關鉛系，板調節(jié)評方便運。362、同霉相求魂和運樸算-R1RF++ui1uoR21R22ui237此電猶路如緩果以u+為輸執(zhí)入宣，則笛輸出堪為：-R1RF++ui1uoR21R22ui2u+與ui1和ui2的關丙系如債何？注意廈：同相掩求和傘電路糕的各鍵輸入廈信號帝的放筍大倍椒數(shù)互坑相影陜響，也不能羞單獨科調整樂。流入某運放隙輸入恩端的棕電流絨為0（虛開脖路）38_++RFR1R2ui2uoR3ui1解出低：三、壯減璃法運顫算39i1iFtui0tuo0輸入證方波筋，輸無出是刃三角憂波。ui-++RR2Cuo四、壯積分夫運算應用舉例：40tui0tuo0U-UomTM積分戶時限應用嘗舉例2：如果昆積分鞠器從可某一跡時刻嶄輸入醫(yī)一直驗流電撞壓，錦輸出芬將反霉向積柏分，岔經(jīng)過踢一定富的時柿間后貞輸出鎮(zhèn)飽和冷。41積分纖電路額的主兼要用芹途：1.在電餃子開去關中返用于筐延遲幸。2.波形并變換須。例繁：將蛇方波格變?yōu)槿と浅讲ā?.性A怠/D轉換芹中，渾將電胳壓量懲變?yōu)槟X時間大量。4.移相年。42u–=u+=鼻0uit0t0uoui–++uoRR2i1iFC若輸入：則：五、番微分并運算43六、偶有源著濾波擱器濾波附電路厭的分告類1.按信俱號性新質分蠟類3.按電淋路功艘能分摟類:低通駛濾波徹器；釀高通領濾波創(chuàng)器；帶通殃濾波夾器；汪帶阻震濾波隱器2.按所咸用元曠件分姻類模擬賀濾波械器和段數(shù)字拴濾波爽器無源科濾波將器和筍有源獎濾波憲器4.按階為數(shù)分慕類:一階厚，二玻階…高階44有源怠濾波竟器的仍優(yōu)點西：1.不使邊用電勤感元緊件，晶體積鄰小重秋量輕償。2.有源客濾波欣電路鑄中可證加電墳壓串堤聯(lián)負息反饋關，使?jié)彷斎霔楇娮璞飧?、借輸出悔電阻邊低，哨輸入遙輸出坑之間曬具有端良好醉的隔鑼離。路只需神把幾世個低剩階濾憐波電們路串倉起來錦就可位構成駝高階曾濾波搞電路陣，無演需考浩慮級饅間影繁響。3.除濾循波外導，還食可放算大信剛號，閣放大厘倍數(shù)衛(wèi)容易彼調節(jié)飾。451、有捉源低搜通濾紡波器RR1RFC+-+462、有挎源高倆通濾樓波器R1RF+-+高通濾波器R47電路描中的粒運放繪處于扮非線鬧性狀桂態(tài)。++Auouo一、電壓稅比較獅器10順-4運算啦放大露器的拖非線寺性應浙用48uoui0+Uom-UomUR傳輸特性UR：參考電壓ui：被比較信號

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