集成電路運(yùn)算放大器及應(yīng)用

集成電路運(yùn)算放大器及應(yīng)用1第1頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.1

差動(dòng)放大電路集成電路運(yùn)算放大器是一種具有高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。當(dāng)多級(jí)直接耦合放大電路的輸入端短路(ui＝0)，輸出端電壓它并不保持恒值，而在緩慢地、無(wú)規(guī)則地變化著，這種現(xiàn)象就稱為零點(diǎn)漂移。產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的主要原因是三極管受溫度的影響。抑制零點(diǎn)漂移有效的措施之一是采用差動(dòng)放大電路。2第2頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月本節(jié)主要內(nèi)容：5.1.1基本差分電路5.1.2長(zhǎng)尾式差分電路5.1.3長(zhǎng)尾式差分電路的工作原理分析5.1.4差分放大電路四種接法的分析與比較3第3頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)對(duì)稱。差動(dòng)放大電路的工作情況vi1vi2voRCR1T1RBRCR1T2RB+VCC4第4頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.1.1基本差分電路1、基本差分電路的組成基本差分電路如圖5-1-1和圖5-1-2。其工作原理是利用對(duì)稱性來(lái)解決和克服零漂問題。電路左右兩邊對(duì)稱，指電路結(jié)構(gòu)及元件的特性與參數(shù)完全相同，使T1、T2在同一個(gè)直流電源供電情況下具有相同的靜態(tài)工作點(diǎn)。圖5-1-1基本差分電路形式之一圖5-1-2基本差分電路形式之二5第5頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸入信號(hào)：輸出信號(hào)：電壓放大倍數(shù)：6第6頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月①當(dāng)輸入信號(hào)vi1和vi2大小相等、極性相反時(shí)，定義為差分輸入信號(hào)或差模輸入信號(hào)vd

。vi1=-vi2

，此時(shí)，放大電路的輸入電壓為：或：式中，vd稱為差動(dòng)輸入電壓。2、基本差分電路的工作原理7第7頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②當(dāng)輸入信號(hào)vi1和vi2大小相等、極性相同時(shí)，定義為共模輸入信號(hào)vc

。則：或：8第8頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③當(dāng)輸入信號(hào)中既有差模信號(hào)，又有共模信號(hào)時(shí)，則基本差分電路輸入端的信號(hào)可分解為二種信號(hào)的疊加，即

9第9頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)兩式可得出如下結(jié)論：在差分放大電路輸入端施加的任意形式的信號(hào)都可以分解為差模信號(hào)與共模信號(hào)的疊加，輸出端的響應(yīng)都可視為差模信號(hào)與共模信號(hào)共同作用的結(jié)果。10第10頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例已知基本差分放大電路如圖5-1-1所示vi1=5V，vi2=3V，求此時(shí)作用于放大電路輸入端的差模電壓為多少？共模電壓為多少？解：根據(jù)差模信號(hào)的定義，總的差模輸入信號(hào)為：由電路的對(duì)稱性可知，每個(gè)輸入端的輸入電壓為：11第11頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月于是，兩個(gè)實(shí)際的輸入信號(hào)電壓可等效為圖(a)或圖(b)的形式。根據(jù)共模信號(hào)的定義有：12第12頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由圖可見，對(duì)于差模輸入信號(hào)，由于vi1=-vi2

則根據(jù)共射放大電路輸出與輸入反相的特點(diǎn)：得，差模輸入信號(hào)作用下的電壓放大倍數(shù)為：Ad稱為差模電壓放大倍數(shù)。對(duì)于共模輸入信號(hào)：由于電路對(duì)稱，則

AC稱為共模電壓放大倍數(shù)。3、放大倍數(shù)的計(jì)算：13第13頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、放大倍數(shù)的計(jì)算：基本差分放大電路只對(duì)差模輸入信號(hào)進(jìn)行放大，而不對(duì)共模信號(hào)進(jìn)行放大。在雙端輸出的情況下，放大電路的差模電壓放大倍數(shù)等于一個(gè)單級(jí)共射放大電路的電壓放大倍數(shù)。在理想對(duì)稱的條件下，如果共模信號(hào)能夠模擬溫度的變化，則不難看出，無(wú)論溫度怎么變化，輸出端皆為零，從而達(dá)到了抑制輸出信號(hào)電壓的零點(diǎn)漂移。14第14頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.1.2長(zhǎng)尾式差分電路前面介紹的基本差分放大電路中，依靠電路對(duì)稱，利用兩個(gè)放大電路的輸出之差，抑制了零點(diǎn)漂移電壓的輸出，但是并沒有消除單級(jí)放大電路本身的零漂。為了進(jìn)一步減小或消除零漂，提高抑制零點(diǎn)漂移的效果，需要在基本差分放大電路的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，減小單級(jí)放大電路自身的零點(diǎn)漂移。15第15頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在基本差分放大電路的發(fā)射極接入一個(gè)射極電阻RE，以便引入電流負(fù)反饋，穩(wěn)定輸入電壓，減小零漂。發(fā)射極電阻RE猶如在基本差分電路中多了一條尾巴，RE愈大，穩(wěn)定性愈好，相當(dāng)于尾巴愈長(zhǎng)，故稱為長(zhǎng)尾式差分電路。射極電阻RE愈大，對(duì)共模信號(hào)的反饋?zhàn)饔糜鷱?qiáng)，抑制零漂的效果愈好，但同時(shí)，RE上的直流壓降也愈大，三極管放大的動(dòng)態(tài)范圍愈小。解決辦法是增加一個(gè)負(fù)電源VEE，用以增加三極管的動(dòng)態(tài)范圍。如圖5-1-3所示。圖5-1-3長(zhǎng)尾式差分放大電路1、長(zhǎng)尾式差分電路的組成16第16頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、長(zhǎng)尾式差分電路的幾種接法（1）雙端輸入雙端輸出輸入信號(hào)分別在三極管T1、

T2的基極輸入，從T1、T2的集電極之間輸出。這種接法稱為雙端輸入雙端輸出電路。如圖5-1-3所示。圖5-1-3長(zhǎng)尾式差分放大電路17第17頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.5.2長(zhǎng)尾式差分電路（2）雙端輸入單端輸出輸入信號(hào)分別在三極管T1、

T2的基極輸入，但輸出卻只從T1或T2的集電極單獨(dú)對(duì)地之間輸出，稱為雙端輸入單端輸出。如果從T1的集電極輸出，稱為左側(cè)輸出，電壓放大倍數(shù)為單級(jí)共射放大電路的一半，且輸出與輸入反相，如圖5-1-4所示。如果從T2的集電極輸出，稱為右側(cè)輸出，電壓放大倍數(shù)也為單級(jí)共射放大電路的一半，但輸出與輸入同相。圖5-1-4雙端輸入左側(cè)單端輸出18第18頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.5.2長(zhǎng)尾式差分電路（3）單端輸入雙端輸出輸入信號(hào)只從三極管

T1或T2的基極一端輸入，從三極管T1和T2

的集電極之間輸出。圖5-1-5單端輸入雙端輸出的接法19第19頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.5.2長(zhǎng)尾式差分電路（4）單端輸入單端輸出輸入信號(hào)只從三極管T1或

T2的基極一端輸入，只從三極管T1或T2的集電極一端對(duì)地輸出。在長(zhǎng)尾式差分電路的幾種接法中，值得注意的是：在單端輸入時(shí)（包括單端輸入雙端輸出和單端輸入單端輸出），由于對(duì)稱，輸入的差模信號(hào)在圖5-1-5和圖5-1-6的虛線所示的輸入回路中，將被對(duì)半分配到兩側(cè)的輸入端，相當(dāng)于雙端輸入；可以說(shuō)單端輸入等同于雙端輸入。圖5-1-6單端輸入左側(cè)單端輸出20第20頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.5.3長(zhǎng)尾式差分電路

的工作原理分析前面就長(zhǎng)尾式差分放大電路的幾種接法進(jìn)行了介紹。下面以

圖4-5-4所示的長(zhǎng)尾式差分放大電路為例，對(duì)雙端輸入雙端輸出電路的工作原理進(jìn)行分析。1、靜態(tài)分析靜態(tài)時(shí)，輸入信號(hào)vi1和vi2均為零，等效處理方法是將兩個(gè)輸入端分別對(duì)地短路。由于電路左右對(duì)稱，T1和T2特性相同，則有IC1=IC2、VC1=VC2得到：V0=VC1-VC2=I0RL=0(1)I0=0(2)式(2)表明，在靜態(tài)時(shí)，RL電阻中沒有電流流過,相當(dāng)于開路，也就是說(shuō)，RL可以拿掉。RL拿掉后的直流通路如圖5-1-7所示。圖5-1-3長(zhǎng)尾式差分放大電路21第21頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.1.3長(zhǎng)尾式差分電路

的工作原理分析對(duì)于輸入回路：

由于在設(shè)計(jì)時(shí)，RE通常選得比較大，使得IBQ非常小，一般可以忽略，則(約為-0.7V)

根據(jù)電路的對(duì)稱性可知，每個(gè)管子的集電極電流為IEQ的一半，即

說(shuō)明T1的工作點(diǎn)電壓VCEQ近似為它的集電極對(duì)地電位。圖5-1-7長(zhǎng)尾差分放大電路的直流通路22第22頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)差分放大電路兩輸入端加上任意信號(hào)vi1、vi2時(shí)，都可以等效為差模和共模信號(hào)的疊號(hào)，根據(jù)疊加原理，可以分別進(jìn)行分析。（1）差模信號(hào)vid由于電路的對(duì)稱性使vi均分給兩個(gè)輸入端，即即在輸出端RL兩端有信號(hào)輸出。圖5-1-8雙入雙出差模電路2、動(dòng)態(tài)分析23第23頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.5.3長(zhǎng)尾式差分電路

的工作原理分析此時(shí)，在RE上的電流約為，即RE上的差模交流電流為零。則RE上的差模交流電壓也為0。使VE點(diǎn)對(duì)交流信號(hào)而言相當(dāng)于接地，得：差模交流通路如圖5-1-9所示。圖5-1-9差模交流通路圖5-1-8雙入雙出差模電路24第24頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.5.3長(zhǎng)尾式差分電路

的工作原理分析①差模電壓增益由于電路對(duì)稱，RL接在兩管集電極之間，兩端電壓變化量相等，極性相反，所以，負(fù)載電阻RL的中點(diǎn)電位不變，相當(dāng)于交流接地。因此，可以將RL分為相等的兩部分，對(duì)T1、T2各取RL/2。在雙入雙出時(shí)，兩管基極之間的輸入是單邊的兩倍，兩管集電極之間的輸出也是單邊的兩倍。所以，此時(shí)差放的差模電壓放大倍數(shù)與單管放大電路的電壓放大倍數(shù)相同。即：其中圖5-1-9差模交流通路圖5-1-10差模放大微變電路25第25頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②差模輸入電阻：為差模輸入信號(hào)電壓與差模輸入信號(hào)電流之比，即從兩個(gè)輸入端看進(jìn)去的總差模輸入電阻。

③差模輸出電阻：雙端輸出時(shí)，兩輸出端之間呈現(xiàn)的差模輸出電阻為

圖5-1-10差模放大微變電路26第26頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）共模分析雙入雙出電路加共模信號(hào)

如圖5-1-11所示。加共模信號(hào)時(shí)：vic1=vic2=vic

由于電路兩邊對(duì)稱，RE上的電流變化是每個(gè)三極管電流變化的兩倍。從電壓等效的觀點(diǎn)來(lái)看，對(duì)共模信號(hào)而言，每個(gè)晶體管發(fā)射極相當(dāng)于各接2RE電阻。

如圖5-1-12所示。畫出共模信號(hào)作用下的交流通路如圖5-1-13所示。圖5-1-11雙入雙出電路加共模信號(hào)圖5-1-12共模交流通路27第27頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月①共模電壓增益由于電路對(duì)稱，ic1=ic2=ic,則vc1=vc2voc=vc1-vc2=0

結(jié)論：雙入雙出差分放大電路對(duì)共模信號(hào)不會(huì)放大。如果干擾信號(hào)屬于共模信號(hào)，則可以用這種放大電路對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行抑制。圖5-1-12共模交流通路圖5-1-13共模交流通路28第28頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②共模抑制比差分放大電路對(duì)差模信號(hào)有較高的放大能力，對(duì)共模信號(hào)有抑制作用，這種抑制作用用“共模抑制比”來(lái)評(píng)價(jià)，定義為：雙端輸出時(shí)，Avc=0，KCMR=∞通常CMR用dB數(shù)來(lái)表示，即

圖5-1-13共模交流通路29第29頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③共模輸入電阻由圖5-1-14可見，從輸入端看進(jìn)去的共模輸入電阻為

④共模輸出電阻

圖5-1-13共模交流通路圖5-1-14共模等效電路30第30頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.1.4差分放大電路四種

接法的分析與比較差分電路四種接法：

雙入雙出雙入單出單入雙出單入單出前面已經(jīng)對(duì)“雙入雙出”進(jìn)行了分析，下面對(duì)另外三種接法進(jìn)行分析和比較。31第31頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、雙入單出電路與雙入雙出的圖相比較，只是輸出負(fù)載RL接在T1的C

與地之間。

輸入差模信號(hào)時(shí)，由于T1、T2

對(duì)稱，IEQ不變，對(duì)差模輸入信號(hào)而言E點(diǎn)電位沒有變化，相當(dāng)于交流接地，只是輸出電壓從半邊輸出。因此，放大倍數(shù)將為雙端輸出電路的一半，即其中以上單端輸出又稱為左側(cè)輸出。圖5-1-15雙入單出差模電路32第32頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、雙入單出電路如果從T2管的C極輸出，稱為右側(cè)輸出。

電路的差模輸入電阻為（由于電路的輸入回路沒有變）

電路的輸出電阻

圖5-1-15雙入單出差模電路33第33頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、雙入單出電路現(xiàn)在來(lái)討論這種電路的溫漂情況，由于溫度漂移相當(dāng)于輸入共模信號(hào)的情況，可以用共模放大倍數(shù)來(lái)表示。輸入共模信號(hào)時(shí)，由于T1、T2對(duì)稱，RE上流過的電流為2IE1，對(duì)于每個(gè)管子來(lái)說(shuō)，可等效為IE1流過阻值為2RE的電阻，如圖5-1-16所示。由圖可得：

由于式中的(1+β)2RE一般很大，所以單端輸出的溫漂也不是很大（Avc不是很大）。圖5-1-16共模等效電路34第34頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月此電路的共模抑制比為：

由上式可見，增大RE對(duì)減小共模放大倍數(shù)和提高共模抑制比都有好處，所以RE越大，對(duì)抑制溫漂越有利。35第35頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、雙入單出電路例5-1，雙入單出差分電路中，已知VCC=10V、-VEE=-10V，RC=10k，β=100，RB=5k，RE=5k，rbe=1k，RL=10k。求：Avd，Avc，KCMR。解：

36第36頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、單入雙出電路如圖5-1-17所示?？梢园研盘?hào)等效為一個(gè)共模信號(hào)和一對(duì)差模信號(hào)。變換后的電路如圖5-1-18所示。變換為雙端輸入雙端輸出。圖5-1-17單入雙出電路5-1-18單入雙出對(duì)信號(hào)源進(jìn)行等效變換37第37頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、單入雙出電路由于輸入信號(hào)中有差模和共模兩部分信號(hào)，所以輸出信號(hào)也由兩部分組成：

前面已計(jì)算過雙入雙出的Avc、Avd其中：Avc=0，，單入雙出對(duì)信號(hào)源進(jìn)行等效變換38第38頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、單入單出電路由于單端輸入可等效為雙端輸入看待。因此，“單入單出”的分析計(jì)算過程與“雙入單出”時(shí)是一樣的。圖5-1-19單入單出電路電路的差模輸入電阻為：電路的差模輸出電阻為：由于差分放大電路只放大差模信號(hào)，不放大共模信號(hào)，所以在分析放大電路單端輸入時(shí)，可以將單端輸入等同于雙端輸入看待。39第39頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、差分電路幾種接法的性能比較對(duì)于差模信號(hào)：（1）差模輸入電阻Rid與輸入方式無(wú)關(guān)，它們都是：Rid=2(RB+rbe)（2）差模輸出電阻Rod只與輸出方式有關(guān)，而與輸入方式無(wú)關(guān)。單端輸出時(shí)：Rod=RC

雙端輸出時(shí)：Rod=2RC

（3）差模增益（放大倍數(shù)）只與輸出方式有關(guān)，而與輸入方式無(wú)關(guān)。雙端輸出時(shí)：其中單端輸出時(shí)：其中（輸入與輸出在同一側(cè)時(shí)μ為負(fù)，對(duì)方一側(cè)時(shí)μ為正）40第40頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、差分電路幾種接法的性能比較對(duì)于共模信號(hào)：（1）共模輸入電阻Ric與輸入方式無(wú)關(guān)，它們都是

（2）共模輸出電阻Roc只與輸出方式有關(guān)。單端輸出時(shí)：Roc=RC

雙端輸出時(shí)：Roc=2RC

41第41頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、差分電路幾種接法的性能比較對(duì)于共模信號(hào)：（3）共模增益（放大倍數(shù)）只與輸出方式有關(guān)，而與輸入方式無(wú)關(guān)。雙端輸出時(shí)：Avc=0單端輸出時(shí)：其中42第42頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）共模抑制比只與輸出方式有關(guān)，而與輸入方式無(wú)關(guān)。雙端輸出時(shí)：KCMR=∞單端輸出時(shí)：

掌握了以上這些特點(diǎn)和規(guī)律，也就掌握了長(zhǎng)尾式差分放大電路。4、差分電路幾種接法的性能比較43第43頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.幾種方式指標(biāo)比較輸出方式雙出單出雙出單出44第44頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.幾種方式指標(biāo)比較輸出方式雙出單出雙出單出45第45頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月重要結(jié)論在各種組態(tài)差分放大器分析比較和改進(jìn)的基礎(chǔ)上，可以知道：要盡可能的提高差分放大器的共模抑制比，兩個(gè)關(guān)鍵因素是：

電路對(duì)稱性； 共射極電阻。46第46頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月雙端輸出，理想情況

KCMR→∞?？墒箚味溯敵龅漠?dāng)Re→∞時(shí)，但是 rbe≈(1+β)VT∕IE

IE≈VEE∕2Re

rbe≈2Re(1+β)VT∕VEE―

恒流源差動(dòng)放大電路47第47頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月理想電流源具有：電流恒定；交流等效電阻無(wú)窮大的特點(diǎn)。帶恒流源的差分放大器恒流源的作用：1.提供放大電路的射極電流； 2.替代交流大電阻；（提高共模抑制比）如果IE恒定，而Re→∞；則可能使KCMR→∞。注意，此處Re→∞只要是在交流時(shí)即可。48第48頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為此由T3構(gòu)成的恒流源，輸出電阻ro3取代Re，由微變等效電路計(jì)算。49第49頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.2

復(fù)合管電路為獲得高放大倍數(shù)，可以利用多個(gè)晶體管組成復(fù)合管，以得到較大的電流放大系數(shù)。

1.復(fù)合管的組成形式

一般復(fù)合管由兩個(gè)晶體管組成，兩個(gè)晶體管的類型可以相同，也可不同。組成后的復(fù)合管應(yīng)滿足復(fù)合起來(lái)的管子都處于導(dǎo)通狀態(tài)的條件，即滿足發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置。復(fù)合管的類型與第一個(gè)晶體管的類型相同。

50第50頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月51第51頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.復(fù)合管的主要參數(shù)

復(fù)合管的主要參數(shù)是等效電流放大系效β和等效輸入電阻rbe。由上圖四種接法的復(fù)合管各極電流關(guān)系可以推出：復(fù)合管的等效電流放大系數(shù)是兩管電流放大系數(shù)的乘積，即β≈β1β2。（a）(b)兩種接法的復(fù)合管中，T1管是共集電極組態(tài)，而rbe2是T1管的射極電阻，所以復(fù)合管等效輸入電阻為rbe=rbe1+（1+β1）rbe2，。

（c）(d)兩種接法的復(fù)合管中,rbe=rbe1。

52第52頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.3集成運(yùn)算放大器一.集成運(yùn)算放大器組成輸入級(jí)輸出級(jí)偏置電路中間級(jí)UiUo集成電路運(yùn)算放大器框圖53第53頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1.輸入失調(diào)電壓UIO

輸入電壓為零時(shí)，將輸出電壓除以電壓增益，即為折算到輸入端的失調(diào)電壓。是表征運(yùn)放內(nèi)部電路對(duì)稱性的指標(biāo)。

2.輸入失調(diào)電壓溫漂dUIO/dT在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電壓隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。二.

集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)54第54頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.輸入失調(diào)電流

IIO：在零輸入時(shí)，差分輸入級(jí)的差分對(duì)管基極電流之差，用于表征差分級(jí)輸入電流不對(duì)稱的程度。

3.輸入偏置電流IIB：輸入電壓為零時(shí)，運(yùn)放兩個(gè)輸入端偏置電流的平均值，用于衡量差分放大對(duì)管輸入電流的大小。5.輸入失調(diào)電流溫漂dIIO/DT:在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電流隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。55第55頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6.最大差模輸入電壓Uidmax運(yùn)放兩輸入端能承受的最大差模輸入電壓，超過此電壓時(shí),差分管將出現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象。7.最大共模輸入電壓Vicmax在保證運(yùn)放正常工作條件下，共模輸入電壓的允許范圍。共模電壓超過此值時(shí)，輸入差分對(duì)管出現(xiàn)飽和，放大器失去共模抑制能力。56第56頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

8.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)

Aod

：無(wú)反饋時(shí)的差模電壓增益。一般Aod在100～120dB左右，高增益運(yùn)放可達(dá)140dB以上。

9.差模輸入電阻rid

：雙極型管輸入級(jí)約為105～106歐姆，場(chǎng)效應(yīng)管輸入級(jí)可達(dá)109歐姆以上。

10.共模抑制比

KCMR

：

KCMR=20lg(Avd/Avc)(dB)其典型值在80dB以上，性能好的高達(dá)180dB。57第57頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三.

集成運(yùn)算放大器的低頻等效電路1.低頻等效電路集成運(yùn)放作為完整的獨(dú)立器件，只畫出三個(gè)信號(hào)端，即2個(gè)輸入端，1個(gè)輸出端。因?yàn)檩斎雞i1與輸出uo反相，所以稱u-端為反相輸入端。而輸入ui2

與電壓uo同相，所以稱u+端為同相輸入端。ui’稱為凈輸入電壓，ii’稱為凈輸入電流。u+u-u0ui’+_-++A0dUidr0ii’58第58頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月運(yùn)算放大器的符號(hào)中有三個(gè)引線端，兩個(gè)輸入端，一個(gè)輸出端。集成運(yùn)放的符號(hào)和傳輸特性－＋＋

u－

u+

uo另一個(gè)稱為反相輸入端，即該端輸入信號(hào)變化的極性與輸出端相反，用符號(hào)“N”表示。uPuN－+u+u－

uo＋一個(gè)稱為同相輸入端，即該端輸入信號(hào)變化的極性與輸出端相同，用符號(hào)‘P’表示；59第59頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.

集成運(yùn)算放大器的理想模型理想運(yùn)算放大器的特點(diǎn)是：⑴開環(huán)電壓放大倍數(shù)為無(wú)窮大Au→∞；⑵輸入電阻為無(wú)窮大ri→∞；⑶輸出電阻為零ro=0，⑷共模抑制比無(wú)窮大KCMR→∞；。60第60頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月預(yù)備知識(shí)：集成運(yùn)放的兩種工作狀態(tài)1）.運(yùn)放的電壓傳輸特性：設(shè)：電源電壓±VCC=±10V。運(yùn)放的Aod=104│Ui│≤1mV時(shí)，運(yùn)放處于線性區(qū)。Aod越大，線性區(qū)越小，當(dāng)Aod→∞時(shí)，線性區(qū)→00uoui+10V-10V+Uom-Uom-1mV+1mV線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)61第61頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）.理想運(yùn)算放大器：1、開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aod=∞2、差摸輸入電阻Rid=∞3、輸出電阻Ro=04、共摸抑制比KCMR=∞為了擴(kuò)大運(yùn)放的線性區(qū)，給運(yùn)放電路引入負(fù)反饋：理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的條件：電路中有負(fù)反饋！3）.線性區(qū)62第62頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4）.非線性區(qū)（正、負(fù)飽和狀態(tài)）運(yùn)放工作在非線性區(qū)的條件：電路開環(huán)工作或引入正反饋！+10V-10V+Uom-Uom0uoui63第63頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.

線性應(yīng)用的兩個(gè)重要概念⑴由于uo有限，如果Au→∞，則ui’=u+－u-≈0；兩輸入端的電位相等，好象短接了一樣，這一概念稱之為“虛短”。即u+≈u-

⑵由于ui’=0，而ri→∞，故凈輸入電流ii’≈0，輸入端好象斷開了一樣，但又不是真正的斷開，這一概念稱之為“虛斷”。即ii’≈0

64第64頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分析線性區(qū)理想運(yùn)放的兩個(gè)概念虛短u＋≈u－I－≈I+≈0虛斷

u+I－uoAOUiu－I+65第65頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.4

集成電路運(yùn)算放大器的應(yīng)用

“虛短”和“虛斷”的概念是分析集成運(yùn)算放大器線性應(yīng)用的理論根據(jù)。一.

比例運(yùn)算電路1.

反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路圖⊥∵i'i=ii-if≈0,∴ii=if∵u+=u≈0，u-端稱為“虛地”。rif=ui/ii=R1r0=066第66頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反相比例運(yùn)算電路的特點(diǎn)：存在“虛地”，共模輸入分量近似為零。u0與ui成比例關(guān)系,相位相反,比值是RF/R1與運(yùn)算放大器本身的參數(shù)無(wú)關(guān)，其精度和穩(wěn)定性都很高?？梢赃M(jìn)行y=ax的運(yùn)算，運(yùn)算式中的系數(shù)a＜0。當(dāng)R1=Rf時(shí)，uo=－ui，此電路稱為反相器。由于集成運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)非常大，需要引入負(fù)反饋，且是深度負(fù)反饋。電路中引入的是并聯(lián)電壓負(fù)反饋。R2為平衡電阻，為保證集成運(yùn)算放大器第一級(jí)差動(dòng)放大電路中結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，應(yīng)選擇R2=R1//Rf。67第67頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.同相比例運(yùn)算電路∵ii’=0,有ii=if∵u-=u+=ui,有68第68頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月同相輸入運(yùn)算電路特點(diǎn)：u-=u+=ui，引入共模輸入信號(hào)，要求CMR大。u0與u+成比例關(guān)系,相位相同,比值是(1+RF/R1)≥1與運(yùn)算放大器本身的參數(shù)無(wú)關(guān)，其精度和穩(wěn)定性都較高。當(dāng)R1→∞或Rf=0時(shí)，Auf=1，此時(shí)稱為跟隨器。同相比例運(yùn)算電路可以進(jìn)行y=ax的運(yùn)算，且運(yùn)算式中的系數(shù)a≥1。電路中引入了深度串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故同相輸入運(yùn)算電路的閉環(huán)輸入電阻和輸出電阻為

rif=ui/ii’→∞，ro=0R2為平衡電阻，R2=R1//Rf，作用與反相輸入運(yùn)算電路相同69第69頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.

加法運(yùn)算電路

∵ii’=0，u+=u-≈0∴ii1+ii2+ii3=if⊥1.

反相加法運(yùn)算電路70第70頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：只調(diào)整某一路的Ri，就可改變?cè)撀返谋壤禂?shù)。平衡電阻：R2=R11//R12//R13//RF反相求和電路可以實(shí)現(xiàn)如下運(yùn)算：

y=-(a0x0+a1x1…….+anxn),ai>071第71頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.

同相加法運(yùn)算電路利用同相比例公式有：72第72頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：可以進(jìn)行y=(a1

x1+a2

x2……+anxn),an>0若改變某一路的輸入電阻，將影響輸出表達(dá)式所有系數(shù)項(xiàng)，與反相求和電路比較，同相求和電路調(diào)試比較麻煩。引入共模輸入分量，使同相求和電路的應(yīng)用受到限制。73第73頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三.

減法運(yùn)算電路

采用雙端輸入可實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算。

疊加原理：ui1單獨(dú)作用時(shí)ui2單獨(dú)作用時(shí)74第74頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)可以進(jìn)行y=a1x1－a2x2的運(yùn)算，故又稱減法運(yùn)算電路。

若改變某一路的輸入電阻，將影響輸出表達(dá)式所有系數(shù)項(xiàng)，與反相求和電路比較，同相求和電路調(diào)試比較麻煩。當(dāng):RF/R1=R3/R2，則uo=RF/R1(ui2-ui1);

當(dāng):RF=R1時(shí)，得：uo=ui2－ui1同樣存在共模輸入電壓，所以，影響其運(yùn)算精度的因素與同相輸入運(yùn)算放大電路完全相同。

75第75頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四.

積分電路與微分電路1.積分電路∵i1=if

；u-=u+=0∴if=ui/R1若ui為恒定電壓，uc(0)=0,則t≥0,｜uo｜

≤｜uoL｜時(shí)，uoL0tuo當(dāng)uo=uoL時(shí)，積分作用停止。76第76頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.微分電路∵i1=if

；u-=u+=0當(dāng)輸入信號(hào)為一系列方波時(shí)，微分電路可將方波變成尖頂波。

77第77頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五.

測(cè)量放大器根據(jù)u-=u+，ii’=0，對(duì)于A1、A2有UB=Ui1UC=Ui2

78第78頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：⑴當(dāng)輸入電壓Ui1、Ui2不變時(shí)，調(diào)節(jié)α便可調(diào)整輸出電壓UO。⑵此電路具有非常高的輸入電阻，對(duì)被測(cè)量的影響很小。⑶當(dāng)電路其它參數(shù)一定時(shí)，輸出電壓正比于Ui1與Ui2的差值。79第79頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月六.

電壓比較器電壓比較器是用來(lái)判斷輸入電壓和基準(zhǔn)電壓之間數(shù)值大小的電路。通常由集成運(yùn)算放大器組成。作為電壓比較器時(shí)，集成運(yùn)放工作在開環(huán)狀態(tài)。由于其自身的電壓放大倍數(shù)很大，只要有微小的凈輸入電壓就足以使集成運(yùn)放處于飽和工作狀態(tài)，所以它的輸出只有兩種可能：當(dāng)u+＞u-時(shí)，輸出高電位UOH，其極性為正，數(shù)值接近正電源電壓值；當(dāng)u+＜u-時(shí)，輸出低電位UOL，其極性為負(fù)，數(shù)值接近負(fù)電源電壓值。80第80頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月工作時(shí)，電壓比較器的一個(gè)輸入端輸入基準(zhǔn)電壓UB，另一端則輸入要與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較的電壓ui。電壓比較器廣泛應(yīng)用于數(shù)字儀表、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制、波形變換等方面。

81第81頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.

單門限電壓比較器

1）過零電壓比較器

∵u+=UB=0，u-=ui∴當(dāng)ui＜0時(shí)，uo=UOH，當(dāng)ui＞0時(shí)，uo=UOL。設(shè)輸入電壓ui=Umsinωt，電壓比較器將輸入的連續(xù)變化量（模擬量）變成躍變的矩形波（數(shù)字量）輸出。從電壓比較器的工作原理可以看出，輸出電壓的大小僅與輸入電壓的大小有關(guān)，而與輸入電壓的波形無(wú)關(guān)。82第82頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）非零電壓比較器∵u+=UB，u-=ui，∴當(dāng)ui＜UB時(shí)，uo=UOH，當(dāng)ui＞UB時(shí)，uo=UOL。單門限電壓比較器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。此類比較器設(shè)置了一個(gè)門限UB

，不管輸入電壓增加還是減小,經(jīng)過此門限時(shí)，電路都要產(chǎn)生動(dòng)作，因此這類比較器的抗干擾能力差。為了克服這一缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中常采用多門限電壓比較器。83第83頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.

遲滯比較器遲滯比較器在結(jié)構(gòu)上引入了正反饋，這樣不僅加快了輸出電壓的翻轉(zhuǎn)過程，而且還給電路提供了兩個(gè)不同極性的參考電壓，即設(shè)置兩個(gè)門限值，使輸入電壓增加時(shí)的門限值與輸入電壓減小時(shí)的門限值不同，電路只對(duì)某一個(gè)方向變化的電壓敏感，將雙向敏感改為單向敏感，產(chǎn)生回環(huán)，提高電路的抗干擾能力。84第84頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）反相輸入遲滯比較器

∵工作在非線性放大區(qū)，∴uo=±UZ，u+=u-=UB=±uoR2/(R2+R3)=±UZR2/(R2+R3)=ui(門限值)。設(shè)ui很小，uo輸出高電位UOH=+UZ，此時(shí)參考電位UB+=UZR2/(R2+R3)

，隨著ui增加，只要ui<UB+，uo=+UZ不變；85第85頁(yè)，課件共94頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)ui>UB+時(shí)，uo由UoH躍變到UoL=-UZ，參考電壓也躍變?yōu)閁B-=-UZR2/(R2+R3)，隨后，只要ui>UB-，uo保持UoL=-UZ不變；當(dāng)ui<UB-時(shí)，電路回到過程①。當(dāng)電路uo發(fā)生變化時(shí)