直接耦合放大電路和集成運(yùn)算放大器詳解演示文稿

直接耦合放大電路和集成運(yùn)算放大器詳解演示文稿本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第1頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分（優(yōu)選）直接耦合放大電路和集成運(yùn)算放大器本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第2頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分

一、直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移問(wèn)題與阻容耦合的放大電路相比，直接耦合放大電路突出的問(wèn)題就是零點(diǎn)漂移問(wèn)題。從實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于兩級(jí)以上的耦合放大電路，即使在輸入端不加信號(hào)（即輸入端短路），輸出端也會(huì)出現(xiàn)大小變化的電壓，如圖9-1所示。這種現(xiàn)象稱作零點(diǎn)漂移，簡(jiǎn)稱零漂。級(jí)數(shù)越多，放大倍數(shù)越大，零漂現(xiàn)象越嚴(yán)重。嚴(yán)重的零點(diǎn)漂移將使放大電路不能工作。以圖9-1電路為例，放大電路的總放大倍數(shù)為300。當(dāng)輸入端短路時(shí)，觀察其輸出電壓，在半小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)了0.5V的漂移。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第3頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9–1零點(diǎn)漂移現(xiàn)象

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第4頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分若用這個(gè)放大電路放大一個(gè)2mV的信號(hào)，則應(yīng)有Uo=2×10-3×300=0.6V的輸出。但是，由于零漂的存在，輸出端實(shí)際輸出可達(dá)1.1V，而不是0.6V。因此無(wú)法區(qū)分信號(hào)電壓與漂移電壓。引起零漂的原因很多，如電源電壓波動(dòng)、溫度變化等，其中以溫度變化的影響最為嚴(yán)重。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，晶體管的β、ICBO、UBE隨溫度而變。這些參數(shù)變化造成的影響，相當(dāng)于在輸入端加入信號(hào)，使輸出電壓發(fā)生變化。在阻容耦合電路中，各級(jí)的零漂被限制在本級(jí)內(nèi)，所以影響較小。而在直接耦合電路中，前一級(jí)的零漂電壓將毫無(wú)阻攔地傳遞到下一級(jí)，并逐級(jí)放大，所以第一級(jí)的零漂影響最為嚴(yán)重。抑制零漂，應(yīng)著重在第一級(jí)解決。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第5頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分減小零漂常用的一種方法，是利用兩只特性相同的三極管，接成差動(dòng)式電路。這種電路在模擬集成電路中作為基本單元而被廣泛采用。

二、差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路又稱差動(dòng)電路，它能比較完善地抑制零點(diǎn)漂移，常用于要求較高的直流放大電路中。差動(dòng)電路又是當(dāng)今集成電路的主要單元結(jié)構(gòu)。

1.電路組成和抑制零漂原理圖9-2所示電路為典型的差動(dòng)放大電路。兩側(cè)的三極管電路完全對(duì)稱。即：Rc1=Rc2，Rb1=Rb2，三極管V1和V2的參數(shù)相同，兩管的射極相連并接有公共的射極電阻Re，由兩組電源+UCC和-UEE供電。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第6頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9–2差動(dòng)放大電路

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第7頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分由于三極管V1和三極管V2參數(shù)完全相同且電路對(duì)稱，因而在靜態(tài)時(shí)，Ui=0，三極管集電極電壓Uc1=Uc2，Uo=Uc1-Uc2=0，實(shí)現(xiàn)了零輸入、零輸出的要求。如果溫度升高，Ic1和Ic2同時(shí)增大，Uc1和Uc2同時(shí)下降，兩管集電極電壓變化量相等。所以ΔUo=ΔUc1-ΔUc2=0，輸出電壓仍然為零，這就說(shuō)明，零點(diǎn)漂移因?yàn)殡娐穼?duì)稱而抵消了。

2.差模信號(hào)和差模放大倍數(shù)在圖9-2中，輸入信號(hào)uid分成幅度相同的兩個(gè)部分：ui1和ui2，它們分別加到兩只三極管的基極。由圖看出：ui1和ui2極性（或相位）相反。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第8頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分這種對(duì)地大小相等、極性（或相位）相反的電壓信號(hào)叫差模信號(hào)，用uid表示為uid=ui1-ui2(9-1)差模信號(hào)就是待放大的有用信號(hào)。在它的作用下，一只三極管內(nèi)電流上升，另一只管內(nèi)電流下降，于是輸出端將有電壓輸出。所以差動(dòng)放大電路對(duì)差模信號(hào)能進(jìn)行放大。設(shè)差動(dòng)放大電路單側(cè)的放大倍數(shù)為A1，由于電路對(duì)稱，所以輸出電壓本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第9頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分Uod=Uo1-Uo2=A1·Uid差動(dòng)放大電路的電壓放大倍數(shù)為（注意：Uo1、Uo2、Uid、Uo均為電壓有效值。）式（9-2）說(shuō)明：差動(dòng)式放大電路（兩管）的電壓放大倍數(shù)和單管放大電路的放大倍數(shù)相同。差動(dòng)電路的特點(diǎn)是多用一個(gè)放大管來(lái)?yè)Q取對(duì)零漂的抑制。

3.共模信號(hào)和共模抑制比KCMRR在差動(dòng)電路中，如果兩輸入端同時(shí)加一對(duì)對(duì)地大小相等、極性（或相位）相同的信號(hào)電壓，這種信號(hào)叫共模信號(hào)，用uic表示，uic=uic1=uic2。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第10頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分共模信號(hào)是無(wú)用的干擾或噪聲信號(hào)。零漂信號(hào)便是一種共模信號(hào)。差動(dòng)放大電路由于電路對(duì)稱，當(dāng)輸入共模信號(hào)時(shí)，uic1=uic2，三極管V1和三極管V2各電量同時(shí)等量變化，輸出端uoc1=uoc2，所以共模輸出uoc=uoc1-uoc2=0，表明差動(dòng)電路對(duì)共模信號(hào)無(wú)放大能力，這反映了差動(dòng)電路抑制共模信號(hào)的能力。為了表示一個(gè)電路放大有用的差模信號(hào)和抑制無(wú)用的共模信號(hào)的能力，引用了一個(gè)叫抑制比的指標(biāo)KCMRR，它定義為

KCMRR=(9-3)其中,Ad為差模信號(hào)放大倍數(shù)，Ac為共模信號(hào)放大倍數(shù)KCMRR對(duì)理想的差動(dòng)放大電路為無(wú)窮大,對(duì)實(shí)際差動(dòng)電路，KCMRR愈大愈好。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第11頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分9.2集成電路基本知識(shí)1959年美國(guó)德克薩斯儀器公司的仙童半導(dǎo)體公司成功地制造了世界上第一塊集成電路。40余年來(lái)，集成電路的制造技術(shù)飛速發(fā)展。集成電路的發(fā)明，是電子技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑。

一、什么是集成電路前面講述的放大電路均是由彼此相互分開(kāi)的三極管、二極管、電阻、電容等元件，借助導(dǎo)線或印刷電路連接成的一個(gè)完整的電路系統(tǒng)，稱之為分立元件電路。利用半導(dǎo)體三極管常用的硅平面工藝技術(shù)，把組成電路的電阻、電容、二極管、三極管及連接導(dǎo)線同時(shí)制造在一小塊硅片上，便成為一塊集成電路，其對(duì)外部完成某一電路的功能。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第12頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分集成電路出現(xiàn)后，以其體積小、重量輕、可靠性高、組裝和調(diào)試工作量小等一系列優(yōu)異性能，在科學(xué)技術(shù)各個(gè)部門(mén)得到了普遍的推廣使用。目前，各類(lèi)集成電路已在計(jì)算機(jī)、國(guó)防科技及儀器儀表、通訊、廣播電視等領(lǐng)域廣泛使用。

二、集成電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖9-3是半導(dǎo)體硅片集成電路放大了的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。集成電路把小硅片電路及其引線封裝在金屬或塑料外殼內(nèi)，只露出外引線。集成電路看上去是個(gè)器件，實(shí)際上又是個(gè)電路系統(tǒng)，它把元器件和電路一體化了，單片計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就是一個(gè)典型例子。因此，集成電路又叫固體電路。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第13頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分從圖9-3集成電路剖面結(jié)構(gòu)圖來(lái)看，集成電路在結(jié)構(gòu)上有以下三個(gè)特點(diǎn)。(1)使用電容較少，不用電感和高阻值電阻。在硅片上制成一個(gè)元件的成本與它在硅片上占據(jù)的面積成正比。電感元件、較大阻值的電阻和高值電容都會(huì)占用較大面積的硅片，因此，在集成電路中盡量較少使用電容元件，不用電感和高阻值電阻。(2)大量使用三極管作為有源單元。三極管占據(jù)單元面積小且成本低廉，所以在集成電路內(nèi)部用量最多。三極管單元除用作放大以外，還大量用作恒流源或作為二極管、穩(wěn)壓管使用，如圖9-3中的二極管V1和V2。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第14頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9–3集成電路剖面結(jié)構(gòu)示意圖

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第15頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分(3)電路元件間的絕緣采用反偏的PN結(jié)隔離槽或二氧化硅絕緣層。在圖9-3中，P型襯底往往接在電路的最低電位，元件間的P型隔離槽也接向這個(gè)低電位。這樣無(wú)形中構(gòu)成了許多反偏的PN結(jié)，呈現(xiàn)出高達(dá)幾十兆歐姆的電阻，巧妙地把各元件隔離起來(lái)。此外，也可用二氧化硅薄層作為絕緣層。

三、集成電路的外形封裝圖9-4中為半導(dǎo)體集成電路的幾種封裝形式。圖(a)為金屬圓殼式封裝，采用金屬圓筒外殼，類(lèi)似于一個(gè)多管腳的普通晶體管，但引線較多，有8、12、14根引出線。圖（b）是扁平式塑料封裝，用于要求尺寸微小的場(chǎng)合，一般有14、18、24根引出線。圖（c）是雙列直插式封裝，它的用途最廣。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第16頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9-4半導(dǎo)體集成電路外形圖本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第17頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分其外殼用陶瓷或塑料，通常設(shè)計(jì)成2.5mm的引線間距，以便與印刷電路板上的標(biāo)準(zhǔn)件插孔配合。對(duì)于集成功率放大器和集成穩(wěn)壓電源等，還帶有金屬散熱片及安裝孔。封裝引線有14、18、24根等。圖（d）為超大規(guī)模集成電路的一種封裝形式，外殼多為塑料，四面都有引出線。

五、集成電路的分類(lèi)集成電路的品種很多，按其產(chǎn)品大致可分為：TTL，HTL，ECL，PMOS，NMOS，CMOS，集成運(yùn)算放大器，集成穩(wěn)壓電源，時(shí)基電路，功放、寬帶放大、射頻放大等其它線性電路，接口電路，電視機(jī)、音響、收錄機(jī)等專(zhuān)用電路以及敏感型集成電路等13種。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第18頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分集成電路按其功能可分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩大類(lèi)。數(shù)字集成電路用于產(chǎn)生、變換和處理各種數(shù)字信號(hào)（所謂數(shù)字信號(hào)，是指幅度隨時(shí)間作不連續(xù)變化，只有高、低兩種電位的信號(hào)）。模擬集成電路用于放大變換和處理模擬信號(hào)（所謂模擬信號(hào)，是指幅度隨時(shí)間作連續(xù)變化的信號(hào)）。模擬集成電路又稱線性集成電路。集成電路還可按單片上能集成的元器件數(shù)目（即集成度）分成小規(guī)模（SSI）、中規(guī)模（MSI）、大規(guī)模（LSI）和超大規(guī)模（VLSI）集成電路。這里應(yīng)當(dāng)指出，在模擬集成電路中，由于內(nèi)部有源器件工作狀態(tài)復(fù)雜，制造難度大，所以一般能在單片上集成100個(gè)以上的元器件，就稱為大規(guī)模集成電路了。這點(diǎn)是與數(shù)字電路的集成度數(shù)量有很大差別的。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第19頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分9.3集成運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)和指標(biāo)集成運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放）是模擬集成電路中品種最多、應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)組件，它幾乎可以實(shí)現(xiàn)以往各種由分立元器件組成的模擬電子電路的功能。集成運(yùn)放在發(fā)展初期主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬運(yùn)算功能，后來(lái)成為像三極管一樣的通用器件，因其高增益（高放大倍數(shù)）、高可靠性、低成本和小尺寸等優(yōu)越的性能而被廣泛地應(yīng)用在電路與系統(tǒng)的各個(gè)領(lǐng)域中，被稱為“萬(wàn)用器件”、“萬(wàn)能放大器件”等。

一、集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第20頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分1.集成運(yùn)放的特點(diǎn)作為一個(gè)電路元件，集成運(yùn)放是一種理想的增益器件，它的放大倍數(shù)可達(dá)104～107。集成運(yùn)放的輸入電阻從幾十千歐到幾十兆歐，而輸出電阻很小，僅為幾十歐姆，而且在靜態(tài)工作時(shí)有零輸入、零輸出的特點(diǎn)。

2.集成運(yùn)放內(nèi)部的電路組成集成運(yùn)放品種很多，但它們內(nèi)部都是一個(gè)直接耦合的多級(jí)放大電路。和分立電路相似，集成運(yùn)放內(nèi)部電路可分為輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路四部分，如圖9-5所示。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第21頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9–5集成運(yùn)放結(jié)構(gòu)方框圖

輸入級(jí)是具有恒流源的差動(dòng)放大電路，用于消除零漂。中間級(jí)一般由一級(jí)共射極放大電路（或共源極放大電路）或組合放大電路組成，用以提供高的電壓放大倍數(shù)。輸出級(jí)大多為互補(bǔ)推挽電路，并附有安全保護(hù)電路。偏置電路采用恒流源電路，為各級(jí)電路設(shè)置穩(wěn)定的直流偏置。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第22頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分

3.集成運(yùn)放的外部引出端子集成運(yùn)放的外部引出端子有輸入端子、輸出端子、連接正負(fù)電源的電源端子、失調(diào)調(diào)整端子、相位校正用的相位補(bǔ)償端子、公共接地端子和其他附加端子。圖9-6給出了集成運(yùn)放F007的外引線圖，圖中包括輸入端子、輸出端子、電源端子和失調(diào)調(diào)整端子。對(duì)于不同的產(chǎn)品，其外部引出端子的排列可以從產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上查閱。本書(shū)的附錄Ⅵ示出了常用的一些國(guó)產(chǎn)集成運(yùn)放的引線排列圖，供使用時(shí)參考。

二、集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo)集成運(yùn)放的性能指標(biāo)比較多，具體使用時(shí)要查閱有關(guān)的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)或資料。下面簡(jiǎn)單介紹幾項(xiàng)主要的性能指標(biāo)。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第23頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9–6集成運(yùn)放F007的外引線圖

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第24頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分

1.輸入失調(diào)電壓UOS當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，為了使輸出電壓也為零，兩輸入端之間所加的補(bǔ)償電壓稱輸入失調(diào)電壓UOS。它反映了差放輸入級(jí)不對(duì)稱的程度。UOS值越小，說(shuō)明運(yùn)放的性能越好。通用型運(yùn)放的UOS為毫伏數(shù)量級(jí)，好的可小于1mV，差的達(dá)10mV左右。2.輸入失調(diào)電流IOS當(dāng)集成運(yùn)放輸出電壓uo=0時(shí)，流入兩輸入端的電流之差：IOS=IB1-IB2|就是輸入失調(diào)電流,如圖9-7所示。IOS反映了輸入級(jí)電流參數(shù)（如β）的不對(duì)稱程度,IOS越小越好。通用型運(yùn)放的IOS為納安(nA)數(shù)量級(jí)，好的可小于1nA，差的可大到5μA。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第25頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9-7輸入失調(diào)電流

3.開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)指運(yùn)放未外接反饋電路時(shí)的空載電壓放大倍數(shù)。Aod是決定運(yùn)放精度的重要因素，其值越大越好。通用型運(yùn)放的Aod一般在103～107范圍。

4.差模輸入電阻rid差模信號(hào)輸入時(shí)，運(yùn)放開(kāi)環(huán)（無(wú)反饋）輸入電阻一般在幾十千歐到幾十兆歐范圍。理想運(yùn)放rid=∞。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第26頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分

5.差模輸出電阻ro差模輸出電阻是運(yùn)放輸入端短路、負(fù)載開(kāi)路時(shí)，運(yùn)放輸出端的等效電阻，一般為20～200Ω左右。

6.最大輸出電壓Upp在額定電源電壓（±15V）和額定輸出電流時(shí)，運(yùn)放不失真最大輸出電壓的峰峰值可達(dá)±13V左右。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第27頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分9.4集成運(yùn)放的應(yīng)用基礎(chǔ)

由于結(jié)構(gòu)及制造工藝上的許多特點(diǎn)，集成運(yùn)放的性能非常優(yōu)異。通常在電路分析中把集成運(yùn)放作為一個(gè)理想化器件來(lái)處理，從而使集成運(yùn)放的電路分析大為簡(jiǎn)化。

一、集成運(yùn)放的理想化條件

1.理想集成運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)理想狀態(tài)下的集成運(yùn)放的主要技術(shù)指標(biāo)有3個(gè)：(1)開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)Aod=∞；(2)開(kāi)環(huán)輸入電阻rid=∞；(3)輸出電阻ro=0。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第28頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分

2.理想集成運(yùn)放的電路符號(hào)圖9-8所示為理想集成運(yùn)放的電路符號(hào)，它有兩個(gè)輸入端，一個(gè)輸出端。在兩個(gè)輸入端中，一個(gè)是反相輸入端，標(biāo)有“-”號(hào),它表示輸出端的電壓uo與該輸入端的電壓u-相位相反；另一個(gè)輸入端是同相輸入端，標(biāo)有“＋”號(hào)，表示輸出端的電壓uo與輸入端的電壓u+相位相同。理想運(yùn)放內(nèi)部差動(dòng)簡(jiǎn)化等效電路如圖9-9所示。在應(yīng)用原理電路中，集成運(yùn)放的其他引出端對(duì)分析電路信號(hào)沒(méi)有作用，因此在應(yīng)用原理電路中可以不畫(huà)出來(lái)。

二、集成運(yùn)放工作在線性區(qū)和非線性區(qū)的特點(diǎn)分析應(yīng)用電路的工作原理時(shí)，首先要分析集成運(yùn)放工作在線性區(qū)還是在非線性區(qū)。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第29頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9–8理想運(yùn)放的電路符號(hào)

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第30頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9–9理想運(yùn)放內(nèi)部差動(dòng)簡(jiǎn)化等效電路

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第31頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分1）運(yùn)放同相輸入端與反相輸入端對(duì)地電壓相等（“虛短”特點(diǎn)）。當(dāng)集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)，作為一個(gè)線性放大元件，它的輸出信號(hào)和輸入信號(hào)應(yīng)滿足以下關(guān)系:Uo=Aod(UA′-UA)UA′-UA=(9-4)因?yàn)槔硐脒\(yùn)放Aod=∞，當(dāng)Uo等于某一有限電壓值時(shí)，由式（9-4）得UA′-UA=0即UA=UA′(9-5)本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第32頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分（2）理想運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電流都等于零（“虛斷”特點(diǎn)）。因?yàn)槔硐脒\(yùn)放的rid=∞，所以在輸入端的A點(diǎn)或A′點(diǎn)沒(méi)有電流流入運(yùn)放，即IA=IA′=0(9-6)式（9-5）和式（9-6）表達(dá)了理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的“虛短”或“虛斷”特點(diǎn)，大大簡(jiǎn)化了運(yùn)放應(yīng)用電路的分析過(guò)程。

2.非線性區(qū)若集成運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)工作狀態(tài)（即沒(méi)有外接深度負(fù)反饋電路），情況又如何呢？我們知道，集成運(yùn)放的Aod很大，以集成運(yùn)放F007為例，Aod=105，最大輸出電壓:本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第33頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分Upp=Uom=±10V；當(dāng)該運(yùn)放在線性區(qū)工作時(shí)，其允許的差模輸入電壓Uid=UA′-UA=集成運(yùn)放F007的輸入電阻rid=2MΩ，此時(shí)輸入電流IA′==0.05×10-9A=0.05nA若輸入端的電壓變化量超過(guò)0.1mV，運(yùn)放的輸出電壓立即超出線性放大范圍，到正向飽和電壓+Uom或負(fù)向飽和電壓-Uom。由上例可知，當(dāng)集成運(yùn)放的工作范圍超出線性區(qū)時(shí)，輸出電壓Uo和輸入電壓UA′－UA之間將不再滿足式（9-4）表示的關(guān)系，即本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第34頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分Uo≠Aod(UA′-UA)根據(jù)以上分析，理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)，有如下特點(diǎn)：（1）輸出電壓Uo只有兩種可能狀態(tài)，即正飽和電壓+Uom或負(fù)飽和電壓-Uom，而且兩輸入端對(duì)地電壓不一定相等，即UA′≠UA。當(dāng)輸入電壓UA′＞UA時(shí)，Uo=+Uom(9-7)當(dāng)輸入電壓UA′＜UA時(shí)，Uo=-Uom(9-8)而且，UA′=UA的點(diǎn)是兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)。（2）運(yùn)放的輸入電流等于零。由于理想運(yùn)放的rid=∞，因而雖然UA′≠UA，但輸入電流仍然為零。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第35頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9–11運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)的輸入輸出特性

集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)的輸入輸出特性如圖9-11所示?？傊?，分析運(yùn)放的應(yīng)用電路時(shí)，首先將集成運(yùn)放當(dāng)成理想運(yùn)放，以便簡(jiǎn)化分析過(guò)程。然后判斷集成運(yùn)放是否工作在線性區(qū)。在此基礎(chǔ)上根據(jù)以上運(yùn)放的線性或非線性特點(diǎn)，分析電路的工作過(guò)程。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第36頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分9.5集成運(yùn)放在信號(hào)運(yùn)算方面的應(yīng)用

用集成運(yùn)放對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，就是要求輸出信號(hào)反映出輸入信號(hào)的某種運(yùn)算結(jié)果。由此可以想到，輸出電壓將在一定范圍內(nèi)變化，而不能只有-Uom和＋Uom兩種狀態(tài)。因此，集成運(yùn)放必須工作在線性區(qū)。為了保證集成運(yùn)放工作在線性區(qū)而不進(jìn)入非線性區(qū)，在隨后將要介紹的電路中，都引入了深度負(fù)反饋。將放大器的輸出量(電壓或電流)的部分或全部反方向送回到放大器的輸入端，這種反方向傳輸信號(hào)的過(guò)程叫反饋。若引入的反饋信號(hào)使輸入信號(hào)減小，這種反饋叫負(fù)反饋。用集成運(yùn)放對(duì)模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)的基本運(yùn)算有比例、求和、積分、微分、對(duì)數(shù)、乘法等等，我們只簡(jiǎn)單介紹其中幾種。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第37頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9-12反相比例運(yùn)算電路

一、比例運(yùn)算電路

1.反相輸入比例運(yùn)算圖9-12中，輸入信號(hào)ui經(jīng)過(guò)外接電阻R1接到集成運(yùn)放的反相輸入端A，同相輸入端接地。因?yàn)閺狞c(diǎn)A流入集成運(yùn)放的電流I′=0，所以本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第38頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分UA=UA′=0，I1=If由可知，輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系為電壓放大倍數(shù)(比例系數(shù))本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第39頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分式（9-9）表明：圖9-12的運(yùn)放，其輸出電壓和輸入電壓的幅值成正比，但相位相反。也就是說(shuō)，電路實(shí)現(xiàn)了反相比例運(yùn)算。比例系數(shù)｜Af｜由電阻Rf和R1決定，而與集成運(yùn)放內(nèi)部各項(xiàng)參數(shù)無(wú)關(guān)。只要R1和Rf的阻值足夠精確且穩(wěn)定，就可以得到準(zhǔn)確的比例運(yùn)算關(guān)系。在反相輸入的比例運(yùn)算電路中，若取Rf=R1，則比例系數(shù)為-1，此反相輸入比例運(yùn)算電路就稱為變號(hào)運(yùn)算電路或倒相電路，其輸出電壓uo=-ui。在上述電路中，A點(diǎn)的電位等于地電位，但是卻沒(méi)有電流流入該點(diǎn)（因?yàn)镮′=0），這種現(xiàn)象稱為“虛地”。虛地是反相輸入集成運(yùn)放電路的一個(gè)重要特點(diǎn)。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第40頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分2.同相輸入比例運(yùn)算同相輸入時(shí)，信號(hào)ui接到同相輸入端A(圖9-13)。為了保證集成運(yùn)放工作在線性區(qū)，輸出電壓uo通過(guò)反饋電阻Rf仍接在反相輸入端A上。在如圖9-13所示的電路中，同相輸入時(shí)，uo與ui同相位。uo通過(guò)Rf反饋到A點(diǎn)，使UA為某一值，也與uo同相位。由于UA′≠0，故同相輸入時(shí)，A端已不再是“虛地”。根據(jù)式（9-5），得UA=UA′=Ui，又因?yàn)楸疚臋n共81頁(yè)；當(dāng)前第41頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分

圖9-13同相輸入比例運(yùn)算電路

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第42頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分所以電路的放大倍數(shù)或式（9-10）表示：同相輸入比例運(yùn)算電路，比例系數(shù)大于1，且uo與ui同相位。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第43頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分總結(jié)以上分析過(guò)程，同相輸入運(yùn)算電路的特點(diǎn)是：集成運(yùn)放兩輸入端A、A′對(duì)地電壓相等，只存在虛短現(xiàn)象，不存在虛地現(xiàn)象。在同相輸入比例運(yùn)算電路中，若R1=∞（開(kāi)路），或R=0（短路），該電路比例系數(shù)Af=+1，則此電路稱為電壓跟隨器電路（圖9-14），輸出電壓uo=ui。電壓跟隨器電路廣泛作為阻抗變換器或作為輸入級(jí)使用。

二、加法運(yùn)算要求輸出信號(hào)反映多個(gè)模擬輸入量相加的結(jié)果時(shí)，用加法運(yùn)算電路，加法運(yùn)算電路如圖9-15所示。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第44頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9–14電壓跟隨器

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第45頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9-15加法運(yùn)算電路

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第46頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分I′=0，UA=UA′=0因?yàn)樗評(píng)o=-ifRf當(dāng)R1=R2=R3時(shí)，本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第47頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分以上分析說(shuō)明：反相輸入求和電路的實(shí)質(zhì)是利用A點(diǎn)的“虛地”和輸入電流I′=0的特點(diǎn)，通過(guò)電流相加的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓相加。

三、減法運(yùn)算圖9-16是減法運(yùn)算電路，它是一個(gè)雙端輸入的運(yùn)放電路?？紤]到直流平衡和降低共模，取R1=R2,Rf=R′f。當(dāng)ui1=0時(shí)，電路為同相輸入，

輸出端本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第48頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9–16減法運(yùn)算電路

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第49頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分當(dāng)ui2=0時(shí)，電流為反相輸入運(yùn)放。同相輸入端雖然沒(méi)有直接接地，而是通過(guò)R2∥R′f接地，但仍對(duì)點(diǎn)A為虛地沒(méi)有影響。所以輸出端uo1=根據(jù)疊加原理，輸出電壓或必須注意，圖9-16電路中的電阻對(duì)稱，即R1=R2，Rf=R′f。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第50頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分

四、積分運(yùn)算圖9-17所示為積分運(yùn)算電路，根據(jù)集成運(yùn)放反相輸入線性應(yīng)用的特點(diǎn)：uA=0（虛地），

因?yàn)橛忠驗(yàn)樗员疚臋n共81頁(yè)；當(dāng)前第51頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9–17積分運(yùn)算電路

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第52頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分9.6信號(hào)轉(zhuǎn)換電路

屬于信號(hào)轉(zhuǎn)換的電路種類(lèi)很多，主要有電源變換電路和非電量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電路。這些電路均系9.5節(jié)中運(yùn)算電路的直接或間接應(yīng)用。在電源變換電路中，有電壓-電壓變換，電壓-電流變換，電流-電壓變換，電流-電流變換。在非電量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的電路中，有光-電轉(zhuǎn)換電路，時(shí)間-電壓轉(zhuǎn)換電路，還有將機(jī)械變形、壓力、溫度等物理量變換成電信號(hào)的電路。下面舉例說(shuō)明集成運(yùn)放在這些方面的應(yīng)用。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第53頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分

一、電源變換電路1.電壓-電壓變換電路在一些基準(zhǔn)電壓源的應(yīng)用中，如標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管2CW7C，它的輸出電壓都是固定的，其值與實(shí)際要求的基準(zhǔn)電壓常常不符。這時(shí)便可用集成運(yùn)放進(jìn)行變換，以滿足實(shí)際要求的基準(zhǔn)電壓值。圖9-18便是這種電壓-電壓變換功能的電路，其中（a）圖是將穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓6.3V變換成3V基準(zhǔn)電壓輸出的例子；（b）圖是將2.5V電壓變換成+5V基準(zhǔn)電壓輸出的例子。這里應(yīng)用了比例運(yùn)放電路。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第54頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9-18電壓-電壓變換電路實(shí)例

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第55頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分

2.電流-電壓變換電路在很多電流測(cè)量系統(tǒng)中，常采用通過(guò)電壓測(cè)量來(lái)指示電流大小的方法。這就要用到電流-電壓變換電路。圖9-19所示電路便是這樣的一個(gè)電流-電壓轉(zhuǎn)換電路。該電路用高阻輸入的集成運(yùn)放5G28來(lái)測(cè)量三極管反向飽和電流ICEO。該電路利用反相輸入端的虛地特性，能方便地設(shè)置三極管的集-射極電壓UCE。由于5G28的實(shí)際輸入偏流小于1nA，因而當(dāng)待測(cè)三極管的反相飽和電流ICEO在大于0.1μA時(shí)，輸入偏流的影響完全可以忽略。此時(shí)運(yùn)放的輸出電壓Uo將正比于ICEO的大小，即Uo=-ICEOR在給定R值的條件下，Uo的大小就準(zhǔn)確地反映了ICEO的大小。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第56頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9-19ICEO測(cè)量電路（電流-電壓轉(zhuǎn)換）

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第57頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分

二、電量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的應(yīng)用電路

1.把光信號(hào)變換成電信號(hào)隨著光電子技術(shù)的發(fā)展，把光信號(hào)變換成電信號(hào)是實(shí)際中經(jīng)常遇到的問(wèn)題。圖9-20便是最簡(jiǎn)單的光-電轉(zhuǎn)換電路。圖中二極管是一只光敏二極管V，當(dāng)V反偏時(shí)，反向電流與光照強(qiáng)度成正比。光照強(qiáng)度越大，反向電流就越大。根據(jù)我們?cè)?.5.3節(jié)中的減法運(yùn)算，可得輸出電壓為Uo=-2IsRp本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第58頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9–20光-電轉(zhuǎn)換器

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第59頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分

2.檢測(cè)物理量變化的運(yùn)放電路圖9-21的運(yùn)放電路也稱電橋放大器，是用來(lái)測(cè)溫度、壓力、流量等物理量變化的。當(dāng)物理量無(wú)變化時(shí)，電橋平衡，電路輸出電壓Uo=0；當(dāng)物理量發(fā)生變化，傳感元件阻值改變，破壞了電橋的平衡，于是有一個(gè)信號(hào)送到放大器的輸入端。電路的輸出電壓反映了這個(gè)變化。由于該電路是利用電橋的不平衡輸出信號(hào)的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物理量的檢測(cè)的，故該電路稱為電橋放大器。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第60頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9-21電橋放大器

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第61頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分9.7集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用——電壓比較器

當(dāng)集成運(yùn)放工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)時(shí)，由于它的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)很大，即使在兩輸入端之間輸入一個(gè)微小的信號(hào)，也能使運(yùn)放飽和而進(jìn)入非線性狀態(tài)。電壓比較器便是根據(jù)這一原理工作的。電壓比較器就是將一個(gè)模擬量的電壓信號(hào)去和一個(gè)參考電壓相比較，在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生躍變。所以，通常電壓比較器輸入的是連續(xù)變化的模擬信號(hào)，輸出的是以高、低電平為特征的數(shù)字信號(hào)或脈沖信號(hào)。電壓比較器廣泛地用于越限報(bào)警、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、波形變換及信號(hào)測(cè)量等方面。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第62頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分

一、電壓比較器的工作原理圖9-22為電壓比較器電路。其中，（a）圖為反相型電壓比較器，（b）圖為同相型電壓比較器。以圖9-23的電壓比較器為例，輸入信號(hào)ui加于集成運(yùn)放的反相輸入端，UR為參考電壓，接在同相輸入端。根據(jù)9.4.2節(jié)中關(guān)于集成運(yùn)放在非線性區(qū)工作特點(diǎn)的分析，我們可對(duì)圖9-23中的反相型電壓比較器的工作原理說(shuō)明如下當(dāng)ui＜UR時(shí)，差動(dòng)輸入信號(hào)UA-UA′＜0,uo=+Uom當(dāng)ui＞UR時(shí)，差動(dòng)輸入信號(hào)UA-UA′＞0，uo=-Uom本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第63頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9–22簡(jiǎn)單的電壓比較器電路

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第64頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9-23反相電壓比較器及傳輸特性

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第65頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分也就是說(shuō)，當(dāng)輸入電壓ui＞UR時(shí)，電路反轉(zhuǎn)，輸出負(fù)飽和電壓-Uom；當(dāng)輸入電壓ui＜UR時(shí)，電路反轉(zhuǎn)，輸出正飽和電壓+Uom。

二、傳輸特性傳輸特性就是輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系特性。根據(jù)9.7.1節(jié)中比較器的工作原理分析，反相電壓比較器的傳輸特性如圖9-23（b）所示。

三、過(guò)零比較器在圖9-23的反相電壓比較器中，當(dāng)參考電壓UR=0時(shí)，該電路就變?yōu)橐粋€(gè)過(guò)零比較器。其關(guān)系是：本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第66頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分當(dāng)ui＞0，UA＞0時(shí),Uo=-Uom當(dāng)ui＜0，UA＜0時(shí)，Uo=+Uom過(guò)零比較器的電路和傳輸特性如圖9-24所示。利用這個(gè)特性，可以進(jìn)行波形變換。例如，將輸入的正弦波變換成矩形波電壓輸出。圖9-25就是將圖（a）中的正弦波輸入到過(guò)零比較器，然后在t1、t2、t3等時(shí)刻反轉(zhuǎn)成圖（b）的矩形波輸出。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第67頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9–24過(guò)零比較器及其傳輸特性

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第68頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分圖9–25過(guò)零比較器的波形轉(zhuǎn)換

本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第69頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分

四、專(zhuān)用集成比較器集成比較器是為了適應(yīng)模/數(shù)電壓信號(hào)之間轉(zhuǎn)換的需要而制造的。專(zhuān)用集成比較器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：(1)專(zhuān)用集成比較器輸出電壓的高低電平能與數(shù)字電路相匹配。(2)為了提供較大的上升速率，集成比較器輸入級(jí)工作電流比一般的集成運(yùn)放要大，故輸入電阻較低。(3)由于集成比較器都工作在非線性狀態(tài)，因此沒(méi)有相位補(bǔ)償問(wèn)題。表9.1介紹了幾種典型的國(guó)產(chǎn)集成電壓比較器的主要性能。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第70頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分表9.1幾種典型國(guó)產(chǎn)集成電壓比較器主要性能

型號(hào)名稱電源電壓/vAodIos/uAUos/mV相容電路CJ0710高速電壓比較器+12,-61.5×10355TTLDTLCJ0514雙高速電壓比較器+12,－61.5×103

54TTLDTLCJ0311單電壓比較器±15～+52×1030.062TTLDTLCJ0734精密電壓比較器±15≥25×103255TTLDTL本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第71頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分9.8專(zhuān)用集成電路

模擬集成電路品種很多，專(zhuān)用功能的集成電路越來(lái)越受到人們的重視。下面簡(jiǎn)單介紹幾種常用的專(zhuān)用功能集成電路。

一、集成穩(wěn)壓器隨著電子技術(shù)的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也制成了集成器件。按輸出電壓是否可調(diào)，集成穩(wěn)壓器可分為固定式穩(wěn)壓電路和可調(diào)式穩(wěn)壓電路。

1.三端固定輸出集成穩(wěn)壓器這類(lèi)穩(wěn)壓器只有三個(gè)外部輸出端子：輸入端、輸出端和公共端。由于穩(wěn)壓器內(nèi)部設(shè)置了各種保護(hù)電路，因而它具有使用方便、安全、可靠、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，目前得到了廣泛應(yīng)用，基本上已代替了由分立元件組成的穩(wěn)壓電路。本文檔共81頁(yè)；當(dāng)前第72頁(yè)；編輯于星期三\13點(diǎn)26分（1）型號(hào)規(guī)格