電子技術(shù)基礎(chǔ)第五版第三章課件

§3-1差動(dòng)放大電路§3-2集成運(yùn)算放大器概述§3-3集成運(yùn)算放大器的基本電路§3-4集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用電路§3-5集成運(yùn)放的使用常識(shí)§3-1差動(dòng)放大電路§3-2集成運(yùn)算放大1.了解零點(diǎn)漂移的基本概念。2.了解基本差動(dòng)放大電路的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)。3.理解差模信號(hào)、共模信號(hào)的含義及共模抑制比的含義。4.了解恒流源的基本概念，認(rèn)識(shí)具有恒流源的差動(dòng)放大電路?！?-1差動(dòng)放大電路1.了解零點(diǎn)漂移的基本概念?！?-1差動(dòng)放大電路一、零點(diǎn)漂移輸入電壓為零、輸出電壓不為零的現(xiàn)象，稱(chēng)為零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱(chēng)零漂。零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：

在阻容耦合和變壓器耦合放大電路中，也存在零點(diǎn)漂移，但這種緩慢的漂移信號(hào)不會(huì)傳遞到下一級(jí)被進(jìn)一步放大。產(chǎn)生的原因：如溫度的變化，電源電壓波動(dòng)以及電路元件參數(shù)的變化等。一、零點(diǎn)漂移輸入電壓為零、輸出電壓不為零的現(xiàn)象，稱(chēng)為零點(diǎn)漂移缺點(diǎn):由于零點(diǎn)漂移的存在，使得輸出端既有被放大的真信號(hào)，又有零點(diǎn)漂移產(chǎn)生的漂移信號(hào)，當(dāng)漂移信號(hào)可以與輸出端的有用信號(hào)相比時(shí)，有用信號(hào)將被淹沒(méi)，失去分辨能力。對(duì)于一個(gè)多級(jí)直接耦合的放大電路，級(jí)數(shù)越多，放大倍數(shù)越大，零點(diǎn)漂越嚴(yán)重，會(huì)造成后級(jí)放大電路無(wú)法正常工作。解決的辦法：采用差動(dòng)放大電路抑制零點(diǎn)漂移是直接耦合放大器的突出問(wèn)題。缺點(diǎn):由于零點(diǎn)漂移的存在，使得輸出端既有被放大的真信二、基本差動(dòng)放大電路特點(diǎn)：a.兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端b.元件參數(shù)對(duì)稱(chēng)c.ui1=ui2

時(shí)，

uo=0能有效地克服零點(diǎn)漂移ui2ui+-+--ui1++uo-1.電路組成RR+VCCRE-VEE基本差動(dòng)放大電路二、基本差動(dòng)放大電路特點(diǎn)：a.兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端b.uo=UC1–

UC2=02.工作原理2IE+IC1UC1UC2uoIC2IB1IB2++-IB1=IB2IC1=IC2UC1=UC2ui1=ui2=0ui=0直流通路IE1IE2IE1=IE2（1）靜態(tài)uo=UC1–UC2=02.工作原理2IE+I（2）動(dòng)態(tài)分析1）差模輸入差模輸入ui1=–

ui2差模輸入電壓uid=ui1

–

ui2=2ui1

使得：ic1=–

ic2uo1=–

uo2差模輸出電壓uod

=uc1

–uc2=uo1–

（–

uo2）差模電壓放大倍數(shù)大小相同極性相反ib1=–

ib2=Ad1ie1=–

ie2ie

=0=2uo1ib1+uodui2ui+-ib2++---ui1ic2ic1uo1uo2差模輸入放大電路ie1ie2ie=0++（2）動(dòng)態(tài)分析1）差模輸入差模輸入ui1=–ui2差2）共模輸入共模輸入ui1=ui2共模輸出電壓uic=ui1=ui2使得:ie1=ie2ie1ie2ue

=2ie1RE共模輸入電壓uoc=uc1

–uc2=0共模抑制比大小相同極性相同共模信號(hào)交流通路ui1uodui2uC1uC2共模放大倍數(shù)3）共模抑制比+VCCV1V2-VEERCRCRE衡量差動(dòng)放大器的質(zhì)量，即差模放大能力和共模抑制能力2）共模輸入共模輸入ui1=ui2共模輸出電壓uic三、具有電流源的差動(dòng)放大電路增大共模放大倍數(shù)的思路：

增大RE用恒流源代替RE特點(diǎn)：直流電阻為有限值動(dòng)態(tài)電阻很大（1）三極管電流源簡(jiǎn)化畫(huà)法+VCCRLRERB1RB2ICI0ui1V1+VCCV2RCR1uodui2RCVEER2R3IC3V3ui1V1+VCCV2RCuodui2RCVEEI0電流源代替差動(dòng)電路中的RE（2）具有恒流源的差動(dòng)放大電路三、具有電流源的差動(dòng)放大電路增大共模放大倍數(shù)的思路：增大

在阻容耦合和變壓器耦合放大電路中，也存在零點(diǎn)漂移，但這種緩慢的漂移信號(hào)不會(huì)傳遞到下一級(jí)。在阻容耦合和變壓器耦合放大電路中，也存在零點(diǎn)漂移，但這種1.了解集成運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)、電路符號(hào)。2.理解集成運(yùn)放的同相和反相輸入端的含義。3.了解集成運(yùn)放的外形及分類(lèi)。4.掌握集成運(yùn)放的主要參數(shù)。§3-2集成運(yùn)算放大器概述1.了解集成運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)、電路符號(hào)?！?-2集成運(yùn)一、集成運(yùn)算放大電路組成輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)偏置電路組成框圖為負(fù)載提供一定幅度的信號(hào)電壓和信號(hào)電流。一般采用輸出電阻很低的射極輸出器或由射極輸出器組成的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放電路。使集成運(yùn)放具有較強(qiáng)的放大能力，通常由多級(jí)共射極放大器構(gòu)成。通常是具有較高輸入電阻和較高放大倍數(shù)的差動(dòng)放大器，利用它可以使集成運(yùn)放獲得盡可能高的共模抑制比。為各級(jí)提供所需的穩(wěn)定的靜態(tài)工作電流。一、集成運(yùn)算放大電路組成輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)偏置電路組成框圖電路符號(hào)實(shí)際上集成運(yùn)放的引出端不止三個(gè)，但分析集成運(yùn)放時(shí)，習(xí)慣上只畫(huà)出圖示中的三個(gè)端，其他接線(xiàn)端各有各的功能，但因?qū)Ψ治鰶](méi)有影響，故略去不畫(huà)。反相輸入端同相輸入端輸出端電路符號(hào)實(shí)際上集成運(yùn)放的引出端不止三個(gè)，但分析集成運(yùn)放時(shí)，習(xí)實(shí)際上集成運(yùn)放的引出端不止三個(gè)，但分析集成運(yùn)放時(shí)，習(xí)慣上只畫(huà)出圖示中的三個(gè)端，其他接線(xiàn)端各有各的功能，但因?qū)Ψ治鰶](méi)有影響，故略去不畫(huà)。實(shí)際上集成運(yùn)放的引出端不止三個(gè)，但分析集成運(yùn)放時(shí)，習(xí)慣上二、集成運(yùn)放的封裝和分類(lèi)1.封裝集成運(yùn)放封裝有塑料雙列直插式、陶瓷扁平、金屬圓殼封裝等多種。2.分類(lèi)通用型：專(zhuān)用型：低功耗型、高精度型、高速型、寬帶型、高阻型、高壓型、低漂移型、低噪聲型、大功率型等。二、集成運(yùn)放的封裝和分類(lèi)1.封裝集成運(yùn)放封裝三、集成運(yùn)放的主要參數(shù)

開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Auo

輸入失調(diào)電壓Uio

輸入失調(diào)電流Iio

輸入偏置電流IiB

最大差模輸入電壓Uidm

最大共模輸入電壓Uicm

差模輸入電阻rid

開(kāi)環(huán)輸出電阻ro

共模抑制比CMRR三、集成運(yùn)放的主要參數(shù)開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Auo輸開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)“開(kāi)環(huán)增益”，開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，輸出電壓Uo與輸入差模電壓（Ui1-Ui2）之比，即Auo=Uo/（Ui1-Ui2）。Auo越大，器件的性能越穩(wěn)定，其運(yùn)算精度也就越高。

開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Auo開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)“開(kāi)環(huán)增益”，開(kāi)環(huán)狀輸入電壓為零時(shí)，為使輸出電壓為零，在輸入端附加一個(gè)的補(bǔ)償電壓，該電壓稱(chēng)為輸入失調(diào)電壓（Uio）。高質(zhì)量產(chǎn)品Uio一般在1mV以下。

輸入失調(diào)電壓Uio輸入電壓為零時(shí)，為使輸出電壓為零，在輸入端附加一個(gè)的在輸入信號(hào)為零時(shí)，兩輸入端靜態(tài)基極電流之差，即Iio=IiB1-IiB2。一般在0.01～0.1mA范圍內(nèi)，此值越小越好。

輸入失調(diào)電流Iio在輸入信號(hào)為零時(shí)，兩輸入端靜態(tài)基極電流之差，即Iio

輸入偏置電流IiB當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，兩輸入端所需的靜態(tài)基極電流的平均值，即IiB=（IiB1+IiB2）/2。一般情況在1mA以下。IiB越小零漂越小。輸入偏置電流IiB當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，兩輸入端所需

最大差模輸入電壓Uidm正常工作時(shí)，在兩個(gè)輸入端之間允許加載的最大差模電壓值，使用時(shí)差模輸入電壓不能超過(guò)此值。最大差模輸入電壓Uidm正常工作時(shí)，在兩

最大共模輸入電壓Uicm兩輸入端之間所能承受的最大共模電壓。如果共模輸入電壓超過(guò)此值，集成運(yùn)放的共模抑制性能明顯下降，甚至造成器件的損壞。最大共模輸入電壓Uicm兩輸入端之間所能承受的最兩輸入端加入差模信號(hào)時(shí)的交流輸入電阻。此值越大，集成運(yùn)放向信號(hào)源索取的電流越小，運(yùn)算精度越高。

差模輸入電阻rid兩輸入端加入差模信號(hào)時(shí)的交流輸入電阻。此值越大，集成

開(kāi)環(huán)輸出電阻ro開(kāi)環(huán)時(shí)的動(dòng)態(tài)輸出電阻。ro越小帶載能力越強(qiáng)。開(kāi)環(huán)輸出電阻ro開(kāi)環(huán)時(shí)的動(dòng)態(tài)輸出電阻。ro越小帶載能力越

共模抑制比CMRR綜合衡量運(yùn)放的放大能力和抑制共模的能力。CMRR越大越好。共模抑制比CMRR綜合衡量運(yùn)放的放大能力和抑制共模的能力§3-3集成運(yùn)算放大器的基本電路1.了解理想集成運(yùn)放的基本概念。2.了解集成運(yùn)放線(xiàn)性工作區(qū)和非線(xiàn)性工作區(qū)的特性及工作特點(diǎn)。3.理解集成運(yùn)放“虛短”“虛斷”的概念。4.了解運(yùn)放電路直流平衡電阻的配置。5.掌握反相比例運(yùn)算放大電路、同相比例運(yùn)算放大電路的組成和電路參數(shù)的計(jì)算。6.掌握“虛地”的概念。7.掌握反相器和電壓跟隨器的組成和特點(diǎn)。8.會(huì)判斷集成運(yùn)放電路的反饋類(lèi)型。§3-3集成運(yùn)算放大器的基本電路1.了解理想集成運(yùn)放的基一、集成運(yùn)放的理想化1.理想集成運(yùn)放的基本概念（2）差模輸入電阻rid→∞（3）開(kāi)環(huán)輸出電阻ro→0（4）共模抑制比CRMM→∞（5）沒(méi)有失調(diào)現(xiàn)象，即當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出信號(hào)也為零理想集成運(yùn)放的符號(hào)（1）開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Auo→∞一、集成運(yùn)放的理想化1.理想集成運(yùn)放的基本概念（2）差模輸入2.理想集成運(yùn)放的電壓傳輸特性0-Uom+Uomuoui電壓傳輸特性線(xiàn)性區(qū)非線(xiàn)性區(qū)非線(xiàn)性區(qū)+Uom-Uomuo與ui是線(xiàn)性關(guān)系，即集成運(yùn)放的輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系曲線(xiàn)，稱(chēng)為電壓傳輸特性?！疤摱獭薄疤摂唷眜o只有兩種可能，即+Uom和-Uom“虛短”不成立“虛斷”仍成立集成運(yùn)放的電壓傳輸特性2.理想集成運(yùn)放的電壓傳輸特性0-Uom+Uomuoui電壓二、集成運(yùn)算放大器的兩種基本電路“虛地”R2=R1//Rf平衡電阻：1.反相比例運(yùn)算放大電路反相比例運(yùn)算放大電路“虛短”“虛斷”反相比例運(yùn)算電路二、集成運(yùn)算放大器的兩種基本電路“虛地”R2=R1//

“虛地”是反相輸入集成運(yùn)放電路的一個(gè)重要特點(diǎn)，是集成運(yùn)放線(xiàn)性應(yīng)用“虛短”概念的具體表現(xiàn)。凡是信號(hào)從反相輸入端輸入的，在線(xiàn)性應(yīng)用時(shí)都可以用“虛地”進(jìn)行分析。特點(diǎn)：1.為深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋，Auf=

Rf/R12.反相輸入信號(hào)時(shí)，uP

=uN=0“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)，是集成運(yùn)放當(dāng)R1=Rf時(shí)，Auf=-1反相器特殊地：反相器當(dāng)R1=Rf時(shí)，Auf=-1反相器特殊地：反2.同相比例運(yùn)算放大電路“虛短”“虛斷”R2=R1//Rf平衡電阻：

同相比例運(yùn)算放大電路同相比例運(yùn)算電路2.同相比例運(yùn)算放大電路“虛短”“虛斷”R2=R1/當(dāng)R1=

，Rf=0時(shí)，Auf=1跟隨器特殊地：同相器

特點(diǎn)：1.為深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，Auf=1+Rf/R12.uP=uN，“虛短”仍成立，但“虛地”不成立當(dāng)R1=，Rf=0時(shí)，Auf=1跟隨器

同相輸入集成運(yùn)放不存在“虛地”。凡是信號(hào)從同相輸入端輸入的，在線(xiàn)性應(yīng)用時(shí)，都可利用兩輸入端電位相等進(jìn)行分析。同相輸入集成運(yùn)放不存在“虛地”。凡是信號(hào)從同相輸入端輸入§3-4集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用電路1.掌握反相輸入加法運(yùn)算電路的組成和電路參數(shù)的計(jì)算。2.掌握減法運(yùn)算電路的組成及分析方法。3.掌握單門(mén)限電壓比較器和雙門(mén)限電壓比較器的組成和電路參數(shù)的計(jì)算。4.了解電壓比較器的傳輸特性，特別是雙門(mén)限電壓比較器的傳輸特性。5.了解RC橋式振蕩電路的特點(diǎn)和工作原理?！?-4集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用電路1.掌握反相輸入加法運(yùn)算線(xiàn)性應(yīng)用：電路引入了負(fù)反饋，非線(xiàn)性應(yīng)用：電路開(kāi)環(huán)或引入了正反饋，集成運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)。集成運(yùn)放工作在非線(xiàn)性區(qū)。（1）判斷集成運(yùn)放的工作區(qū)域。（2）根據(jù)理想運(yùn)放不同工作區(qū)的相應(yīng)特點(diǎn)，進(jìn)一步對(duì)電路進(jìn)行分析。分析集成運(yùn)放應(yīng)用電路的基本步驟是：線(xiàn)性應(yīng)用：電路引入了負(fù)反饋，非線(xiàn)性應(yīng)用：電路開(kāi)環(huán)或引入了正反一、信號(hào)運(yùn)算電路1.加法運(yùn)算電路if

i1+i2若

Rf=R1=R2

uo=

（ui1+ui2）平衡電阻：

加法運(yùn)算電路則加法運(yùn)算電路一、信號(hào)運(yùn)算電路1.加法運(yùn)算電路ifi1+i2若利用疊加原理ui2=0ui1使：2.減法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算放大電路ui2使：ui1=0同相比例運(yùn)算放大電路組合和R1//Rf=R2//R3

平衡電阻：則：減法運(yùn)算電路利用疊加原理ui2=0ui1使：2.減法運(yùn)算電路減當(dāng)R1=R2，

Rf=R3時(shí)，上式簡(jiǎn)化為如果取Rf=R1，則uo=ui2-ui1減法運(yùn)算實(shí)際是差分電路輸出電壓等于各個(gè)輸入電壓之差，實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算。當(dāng)R1=R2，Rf=R3時(shí)，上式簡(jiǎn)化為如果取Rf=R1，則二、電壓比較器集成運(yùn)放工作在非線(xiàn)性區(qū)時(shí)，電路開(kāi)環(huán)或引入了正反饋。uP>uN時(shí)，uo=+Uom（高電平）uP<uN時(shí)，uo=-Uom（低電平）1.單門(mén)限電壓比較器ui>UR時(shí)，uo=-Uomui<UR時(shí)，uo=+Uom門(mén)限電壓為UR因輸入電壓只跟一個(gè)參考電壓UR進(jìn)行比較，故此電路稱(chēng)為“單門(mén)限電壓比較器”。若UR＝0過(guò)零電壓比較器單門(mén)限電壓比較器電路開(kāi)環(huán)，集成運(yùn)放工作在非線(xiàn)性區(qū)。單門(mén)限電源比較器二、電壓比較器集成運(yùn)放工作在非線(xiàn)性區(qū)時(shí)，電路開(kāi)環(huán)或引入了正反單門(mén)限電壓比較器的傳輸特性曲線(xiàn)uiuo0UR-Uom+Uom單門(mén)限電壓比較器的傳輸特性曲線(xiàn)uiuo0UR-Uom+Uom單門(mén)限電壓比較器的特點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高，但是抗干擾能力差單門(mén)限電壓比較器可實(shí)現(xiàn)波形的變換0tui單門(mén)限電壓比較器把正弦波變?yōu)榫匦尾▎伍T(mén)限電壓比較器的特點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高，但是抗干擾能2.雙門(mén)限電壓比較器輸出電壓uo經(jīng)Rf和R1分壓加到同相輸入端，為電路引入了正反饋當(dāng)uo=+Uom時(shí)，門(mén)限電壓用UP1表示當(dāng)輸入電壓上升到ui=UP1時(shí)，輸出電壓uo發(fā)生跳變，由+Uom跳變?yōu)?Uom，集成運(yùn)放工作在非線(xiàn)性區(qū)。門(mén)限電壓隨之變?yōu)椋弘p門(mén)限電壓比較器當(dāng)輸入電壓減小，直至ui=UP2時(shí)，輸出電壓再度跳變，由-Uom跳變?yōu)?Uom。2.雙門(mén)限電壓比較器輸出電壓uo經(jīng)Rf和R1分壓加到同相輸兩個(gè)門(mén)限電壓之差稱(chēng)為回差電壓，用ΔUP表示。雙門(mén)限電壓比較器的傳輸特性曲線(xiàn)回差電壓與參考電壓無(wú)關(guān)uiuo0UP1UP2+Uom-Uom兩個(gè)門(mén)限電壓之差稱(chēng)為回差電壓，用ΔUP表示。雙門(mén)限電壓比較器雙門(mén)限電壓比較器的抗干擾作用當(dāng)輸入電壓ui因受干擾或含有噪音信號(hào)時(shí)，只要變化幅度不超過(guò)回差電壓，輸出電壓就不會(huì)在此期間發(fā)生頻繁地跳變，而仍保持為比較穩(wěn)定的輸出電壓波形。雙門(mén)限電壓比較器的抗干擾作用當(dāng)輸入電壓ui因受干三、RC橋式振蕩電路R3和R4構(gòu)成負(fù)反饋支路；R1C1和R2C2組成串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成正反饋支路。由于R3和R4組成的負(fù)反饋支路沒(méi)有選頻作用，故只有依靠R1C1和R2C2組成的串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可用來(lái)實(shí)現(xiàn)正反饋和選頻，才能使電路產(chǎn)生振蕩。1.RC橋式振蕩電路的組成三、RC橋式振蕩電路R3和R4構(gòu)成負(fù)反饋支路2.RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性2.RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性3.振蕩電路及振蕩頻率該電路的振蕩頻率