模擬電子電路模電課件清華大學(xué)華成英4集成運(yùn)算放大電路

模擬電子電路模電課件-清華大學(xué)華成英4集成運(yùn)算放大電路目錄CONTENTS集成運(yùn)算放大器概述集成運(yùn)算放大器的基本原理集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的性能指標(biāo)集成運(yùn)算放大器的使用注意事項(xiàng)01集成運(yùn)算放大器概述CHAPTER集成運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放）是一種高放大倍數(shù)的集成電路，利用半導(dǎo)體集成工藝將多個(gè)電路元件集成在一塊硅基片上，完成一個(gè)電路系統(tǒng)或子系統(tǒng)的功能。它是一種直接耦合的多級(jí)放大電路，具有輸入阻抗高、輸出阻抗低、電壓放大倍數(shù)高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于信號(hào)放大、運(yùn)算、濾波、測(cè)量等領(lǐng)域。集成運(yùn)算放大器的定義集成運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)一般在10^4~10^6之間，有些型號(hào)的集成運(yùn)放甚至可以達(dá)到10^7以上。高放大倍數(shù)在一定的輸入范圍內(nèi)，集成運(yùn)放的輸出與輸入呈線性關(guān)系，保證了信號(hào)的線性放大。良好的線性度集成運(yùn)放的內(nèi)部電路設(shè)計(jì)使得它在放大信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的噪聲較低。低噪聲集成運(yùn)放的輸入阻抗一般都在兆歐姆級(jí)別，使得它對(duì)信號(hào)源的影響較小。高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)按功能可以分為通用型和專(zhuān)用型兩類(lèi)。通用型集成運(yùn)放適用于多種場(chǎng)合，而專(zhuān)用型集成運(yùn)放則是針對(duì)特定應(yīng)用設(shè)計(jì)的，如儀表放大器、音頻放大器等。按性能指標(biāo)可以分為低噪聲、高精度、高速型等不同類(lèi)型。低噪聲型集成運(yùn)放主要用于信號(hào)放大，高精度型用于高精度的測(cè)量和運(yùn)算，高速型則用于高速信號(hào)處理和傳輸。集成運(yùn)算放大器的分類(lèi)02集成運(yùn)算放大器的基本原理CHAPTER差分放大電路的基本概念差分放大電路是一種將兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行減法運(yùn)算的電路，通過(guò)將兩個(gè)幅度相等、相位相反的信號(hào)輸入到電路中，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大和減法運(yùn)算。差分放大電路的組成差分放大電路由輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)三部分組成，其中輸入級(jí)采用差分放大器，中間級(jí)采用共射放大器，輸出級(jí)采用共集電極放大器。差分放大電路的工作原理差分放大電路通過(guò)將兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行減法運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大和抑制共模信號(hào)的效果。在工作過(guò)程中，電路將兩個(gè)信號(hào)分別輸入到兩個(gè)對(duì)稱的放大器中，通過(guò)比較兩個(gè)信號(hào)的差值，輸出一個(gè)差值信號(hào)。差分放大電路差分放大電路具有很高的增益，通常在80dB以上，因此可以對(duì)微弱的信號(hào)進(jìn)行放大。高增益由于差分放大電路采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此可以有效地抑制共模信號(hào)，提高電路的抗干擾能力。抑制共模信號(hào)差分放大電路的溫度穩(wěn)定性較好，因?yàn)槠鋬蓚€(gè)對(duì)稱的放大器具有相同的溫度系數(shù)，可以相互抵消溫度對(duì)增益的影響。溫度穩(wěn)定性好差分放大電路的線性范圍較大，因?yàn)槠鋬蓚€(gè)對(duì)稱的放大器具有相同的非線性失真，可以相互抵消非線性失真的影響。線性范圍大差分放大電路的特性

集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)輸入級(jí)輸入級(jí)是差分放大電路，采用對(duì)稱的晶體管結(jié)構(gòu)，將輸入信號(hào)進(jìn)行差分放大。中間級(jí)中間級(jí)是共射放大電路，采用晶體管和電阻組成的基本放大器，對(duì)差分放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步放大。輸出級(jí)輸出級(jí)是共集電極放大電路，采用晶體管和電阻組成的基本放大器，對(duì)中間級(jí)的輸出信號(hào)進(jìn)行功率放大。03集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用CHAPTER03緩沖作用集成運(yùn)算放大器作為信號(hào)傳輸?shù)木彌_器，可以隔離前后級(jí)電路之間的相互影響，保證信號(hào)質(zhì)量。01信號(hào)放大集成運(yùn)算放大器具有高電壓增益，可以將微弱信號(hào)放大到所需的幅度，用于信號(hào)傳輸和處理。02抑制噪聲通過(guò)放大有用信號(hào)，可以相對(duì)減少噪聲的影響，提高信號(hào)的信噪比。信號(hào)放大利用集成運(yùn)算放大器的反相和同相輸入端，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的加減運(yùn)算。加減運(yùn)算通過(guò)適當(dāng)配置反饋網(wǎng)絡(luò)，集成運(yùn)算放大器可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的積分和微分運(yùn)算。積分和微分運(yùn)算利用集成運(yùn)算放大器和適當(dāng)元件組成的電路，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)運(yùn)算。對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)運(yùn)算信號(hào)運(yùn)算高通濾波器集成運(yùn)算放大器可以組成高通濾波器，用于通過(guò)高頻信號(hào)并抑制低頻信號(hào)。帶通和帶阻濾波器通過(guò)適當(dāng)配置反饋網(wǎng)絡(luò)，集成運(yùn)算放大器還可以實(shí)現(xiàn)帶通和帶阻濾波器。低通濾波器集成運(yùn)算放大器可以組成低通濾波器，用于通過(guò)低頻信號(hào)并抑制高頻信號(hào)。有源濾波器利用集成運(yùn)算放大器可以組成電壓-電流轉(zhuǎn)換電路，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。集成運(yùn)算放大器可以組成電壓-頻率轉(zhuǎn)換電路，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)。信號(hào)轉(zhuǎn)換電壓-頻率轉(zhuǎn)換電壓-電流轉(zhuǎn)換04集成運(yùn)算放大器的性能指標(biāo)CHAPTER詳細(xì)描述開(kāi)環(huán)電壓增益的數(shù)值越大，意味著對(duì)微弱信號(hào)的放大能力越強(qiáng)，因此開(kāi)環(huán)電壓增益是衡量集成運(yùn)算放大器性能的重要參數(shù)之一?？偨Y(jié)詞開(kāi)環(huán)電壓增益是衡量集成運(yùn)算放大器放大能力的重要指標(biāo)。詳細(xì)描述開(kāi)環(huán)電壓增益是指在無(wú)反饋情況下，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)集成運(yùn)算放大器放大后的輸出電壓與輸入電壓的比值。這個(gè)比值越大，說(shuō)明放大器的放大能力越強(qiáng)?？偨Y(jié)詞開(kāi)環(huán)電壓增益通常用分貝（dB）或倍數(shù)表示，其數(shù)值越大，表示放大器的放大能力越強(qiáng)。開(kāi)環(huán)電壓增益輸入電阻和輸出電阻總結(jié)詞：輸入電阻和輸出電阻是衡量集成運(yùn)算放大器輸入和輸出端性能的參數(shù)。詳細(xì)描述：輸入電阻是指集成運(yùn)算放大器輸入端的等效電阻，它反映了輸入信號(hào)源的負(fù)載效應(yīng)。輸入電阻越大，說(shuō)明輸入信號(hào)源的負(fù)載越輕，信號(hào)損失越小。輸出電阻是指集成運(yùn)算放大器輸出端的等效電阻，它反映了輸出信號(hào)的負(fù)載效應(yīng)。輸出電阻越小，說(shuō)明輸出信號(hào)的負(fù)載越輕，信號(hào)損失越小。總結(jié)詞：輸入電阻和輸出電阻的大小對(duì)集成運(yùn)算放大器的性能有重要影響，它們的大小需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行選擇。詳細(xì)描述：輸入電阻和輸出電阻的大小會(huì)影響集成運(yùn)算放大器的頻率響應(yīng)、噪聲系數(shù)、動(dòng)態(tài)范圍等性能指標(biāo)。在選擇集成運(yùn)算放大器時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求來(lái)選擇合適的輸入電阻和輸出電阻?？偨Y(jié)詞：帶寬增益乘積是衡量集成運(yùn)算放大器帶寬和增益之間關(guān)系的參數(shù)。詳細(xì)描述：帶寬增益乘積是指在保證一定的增益條件下，集成運(yùn)算放大器的帶寬與開(kāi)環(huán)電壓增益的乘積。這個(gè)參數(shù)反映了集成運(yùn)算放大器的頻率響應(yīng)特性，其數(shù)值越小，說(shuō)明帶寬與增益之間的關(guān)系越緊密，集成運(yùn)算放大器的頻率響應(yīng)越快?？偨Y(jié)詞：帶寬增益乘積是選擇適合應(yīng)用需求的集成運(yùn)算放大器的重要參考參數(shù)之一。詳細(xì)描述：在高速電路和寬帶通信等領(lǐng)域中，需要選擇具有較小帶寬增益乘積的集成運(yùn)算放大器，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。帶寬增益乘積共模抑制比是衡量集成運(yùn)算放大器抑制共模干擾能力的重要參數(shù)。總結(jié)詞共模抑制比是指在相同的輸入電壓下，差分輸入電壓與共模輸入電壓的比值。這個(gè)比值越大，說(shuō)明集成運(yùn)算放大器對(duì)共模干擾的抑制能力越強(qiáng)。詳細(xì)描述共模抑制比是集成運(yùn)算放大器性能的重要指標(biāo)之一，它影響著電路的穩(wěn)定性和性能?？偨Y(jié)詞在實(shí)際應(yīng)用中，電路中的干擾和噪聲通常是共模的，因此共模抑制比的大小直接影響到電路的性能和穩(wěn)定性。在選擇集成運(yùn)算放大器時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求來(lái)選擇具有較大共模抑制比的型號(hào)。詳細(xì)描述共模抑制比05集成運(yùn)算放大器的使用注意事項(xiàng)CHAPTER了解集成運(yùn)算放大器的規(guī)格書(shū)，確保其滿足電路的性能要求。選擇經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的集成運(yùn)算放大器品牌和型號(hào)，以確?？煽啃院头€(wěn)定性。根據(jù)電路需求選擇合適的集成運(yùn)算放大器型號(hào)，考慮帶寬、精度、功耗等參數(shù)。選擇合適的集成運(yùn)算放大器型號(hào)確保為集成運(yùn)算放大器提供穩(wěn)定的電源電壓，避免電源電壓波動(dòng)對(duì)電路性能的影響。正確接地，遵循“一點(diǎn)接地”原則，以減小接地電阻和地線噪聲?？紤]使用去耦電容，以減少電源和接