模電第六章-課件

模電第六章

集成電路集成電路：把整個(gè)電路中的元器件制作在一塊硅基片上，完成特定功能的電子電路。按功能分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路。在模擬集成電路中集成運(yùn)放是應(yīng)用極為廣泛的一種。集成運(yùn)放的基本單元電路：電流源和差分式放大電路。6.1模擬集成電路中的直流偏置技術(shù)6.1.1BJT電流源電路6.1.2FET電流源1.鏡像電流源2.微電流源*3.高輸出阻抗電流源*4.組合電流源1.MOSFET鏡像電流源2.MOSFET多路電流源3.JFET電流源

電流源是一個(gè)使輸出電流恒定的電源電路，與電壓源相對(duì)應(yīng)。

(1)電流源電路在模擬集成放大器中用以穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，這對(duì)直接耦合放大器是十分重要的。

電流源(2)用電流源做有源負(fù)載，可獲得增益高、動(dòng)態(tài)范圍大的特性。(3)用電流源給電容充電，以獲得線性電壓輸出。(4)電流源還可單獨(dú)制成穩(wěn)流電源使用。

鏡像電流源電路的特點(diǎn)是工作三極管的集電極電流是電流源電路電流的鏡像(相等)。6.1.1BJT電流源電路1.鏡像電流源T1、T2的參數(shù)完全相同（對(duì)管）

即β1＝β2，ICEO1＝ICEO2

當(dāng)時(shí)，IC2和IREF是鏡像關(guān)系。6.1.1BJT電流源電路1.鏡像電流源當(dāng)BJT的β較大時(shí)，基極電流IB可以忽略

Io＝IC2≈IREF＝

代表符號(hào)

無(wú)論C2支路的負(fù)載值如何，IC2的電流值將保持不變。動(dòng)態(tài)(交流)電阻一般ro在幾百千歐以上電流源內(nèi)阻越大穩(wěn)流特性越好。電流源具有直流電阻小而交流電阻大的特點(diǎn)。2.微電流源由于很小，所以IC2也很小。微電流源電路通過(guò)接入Re2電阻得到一個(gè)比基準(zhǔn)電流小許多倍的微電流源，適用于微功耗的集成電路。A1和A3分別是T1和T3的相對(duì)結(jié)面積動(dòng)態(tài)輸出電阻ro遠(yuǎn)比微電流源的動(dòng)態(tài)輸出電阻為高*3.高輸出阻抗電流源*4.組合電流源T1、R1和T4支路產(chǎn)生基準(zhǔn)電流IREFT1和T2、T4和T5構(gòu)成鏡像電流源T1和T3，T4和T6構(gòu)成了微電流源6.1.2FET電流源1.MOSFET鏡像電流源ro=rds2

MOSFET基本鏡像電路

用T3代替R，T1~T3特性相同，且工作在放大區(qū)，當(dāng)

=0時(shí)，輸出電流為常用的鏡像電流源2.MOSFET多路電流源

通過(guò)一個(gè)基準(zhǔn)電流源穩(wěn)定多個(gè)三極管的工作點(diǎn)電流，即可構(gòu)成多路電流源。圖中一個(gè)基準(zhǔn)電流IREF可獲得多個(gè)恒定電流ID2、ID3

。3.JFET電流源(a)電路(b)輸出特性4.電流源作有源負(fù)載共射電路的電壓增益為：放大管鏡像電流源VT2RVT3VT1vivo-+-++VCC用三極管代替負(fù)載電阻RC

，組成有源負(fù)載，獲得較高的電壓放大倍數(shù)6.2差分式放大電路6.2.1差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)6.2.2射極耦合差分式放大電路6.2.3源極耦合差分式放大電路

6.2.0

概述6.2.0概述1.直接耦合放大電路可以放大直流信號(hào)2.直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移零漂：主要原因：溫漂指標(biāo)：#為什么一般的集成運(yùn)算放大器都要采用直接耦合方式？溫度變化引起，也稱溫漂。輸入短路時(shí)，輸出仍有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。溫度每升高1℃時(shí)，輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。電源電壓波動(dòng)也是原因之一零點(diǎn)漂移是怎樣形成的

運(yùn)算放大器均是采用直接耦合方式，而直接耦合方式放大電路的各級(jí)Q點(diǎn)是相互影響的，由于各級(jí)的放大作用，第一級(jí)的微弱變化，會(huì)使輸出級(jí)產(chǎn)生很大的變化。當(dāng)輸入短路時(shí)（由于一些原因使輸入級(jí)的Q點(diǎn)發(fā)生微弱變化

，如：溫度），輸出將隨時(shí)間緩慢變化，這樣就形成了零點(diǎn)漂移。

產(chǎn)生零漂的主要原因是：晶體三極管的參數(shù)受溫度的影響。例如若第一級(jí)漂了100μV，則輸出漂移1V。

若第二級(jí)也漂了100μV，則輸出漂移10mV。假設(shè)

第一級(jí)是關(guān)鍵3、

減小零漂的措施

用非線性元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償

調(diào)制解調(diào)方式。如“斬波穩(wěn)零放大器”

采用差分式放大電路漂了100μV漂移

10mV+100μV漂移1V+10mV漂移1V+10mV4、

差分式放大電路中的一般概念差分式放大電路就其功能來(lái)說(shuō)，是放大兩個(gè)輸入信號(hào)之差。

理想情況：vo=Avdvid=Avd（vi1-vi2）；Avd差模電壓增益放大電路兩個(gè)輸入端所共有的任何信號(hào)對(duì)輸出電壓無(wú)影響。（如共有的干擾信號(hào)）實(shí)際情況：vo=Avdvid+Avcvic

；Avd差模電壓增益，Avc共模電壓增益。其中，差模信號(hào)vid=vi1-vi2

，共模信號(hào)vic=1/2（vi1+vi2）差模信號(hào)和共模信號(hào)差模信號(hào)是指在兩個(gè)輸入端加上幅度相等，極性相反的信號(hào)；共模信號(hào)是指在兩個(gè)輸入端加上幅度相等，極性相同的信號(hào)。差分放大電路僅對(duì)差模信號(hào)具有放大能力，對(duì)共模信號(hào)不予放大。

溫度對(duì)差分式放大電路輸入端的影響相當(dāng)于加入了共模信號(hào)。差分式放大電路抑制共模信號(hào)，放大差模信號(hào)，是模擬集成運(yùn)算放大電路輸入級(jí)所采用的電路形式。例如，溫漂信號(hào)屬共模信號(hào)，它對(duì)差分放大電路的兩個(gè)輸入端影響相同。如果輸入信號(hào)極性相同，幅度也相同，則是純共模信號(hào)。如果極性相同，但幅度不等，則可以認(rèn)為既包含共模信號(hào)，又包含差模信號(hào)，應(yīng)分開加以計(jì)算。

共模、差模信號(hào)混合的情況即：vi1=vic-vid/2

vi2=vic+vid/2差模信號(hào)vid=vi1-vi2

，共模信號(hào)vic=1/2（vi1+vi2）如vi1=＋50μV，vi2=－50μV，

則vid=vi1-vi2=100μV

，vic=1/2（vi1+vi2）=0如vi1=＋1050μV，vi2=＋950μV，則vid=vi1-vi2=100μV

，vic=1000μV

兩種情況下輸出電壓是不同的。（除非共模增益為零）動(dòng)畫6.2.1差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu)1.用三端器件組成的差分式放大電路差放+-vi1+-vi2+-vo1vo2+-+-vid+-vo2.有關(guān)概念差模信號(hào)共模信號(hào)差模電壓增益共模電壓增益總輸出電壓其中——差模信號(hào)產(chǎn)生的輸出——共模信號(hào)產(chǎn)生的輸出共模抑制比反映抑制零漂能力的指標(biāo)差分放大電路是由對(duì)稱的兩個(gè)基本放大電路，通過(guò)射極電流源耦合構(gòu)成。對(duì)稱的含義是兩個(gè)三極管的特性一致，電路參數(shù)對(duì)應(yīng)相等。

1=

2=

VBE1=VBE2=VBErbe1=rbe2=rbe

ICBO1=ICBO2=ICBO

Rc1=Rc2=Rc

6.2.2射極耦合差分式放大電路1.電路組成及工作原理信號(hào)的輸出方式：差分放大電路可以有兩個(gè)輸出端，一個(gè)是集電極C1，另一個(gè)是集電極C2。從C1

和C2輸出稱為雙端輸出，僅從集電極C1或C2

對(duì)地輸出稱為單端輸出。信號(hào)的輸入方式：若信號(hào)同時(shí)從兩個(gè)輸入端輸入，稱為雙端輸入；若信號(hào)僅從一個(gè)輸入端對(duì)地加入，稱為單端輸入。差分放大電路的差模工作狀態(tài)分為四種1.雙端輸入、雙端輸出（雙—雙）2.雙端輸入、單端輸出（雙—單）3.單端輸入、雙端輸出（單—雙）4.單端輸入、單端輸出（單—單）差分放大電路的工作狀態(tài)分差模和共模兩種：靜態(tài)動(dòng)態(tài)僅輸入差模信號(hào)，大小相等，相位相反。大小相等，信號(hào)被放大。相位相反。僅輸入共模信號(hào)，2.抑制零點(diǎn)漂移原理

溫度變化和電源電壓波動(dòng)，都將使集電極電流產(chǎn)生變化。且變化趨勢(shì)是相同的差分式放大電路對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)抑制作用。其效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端加入了共模信號(hào)。3.主要指標(biāo)計(jì)算（1）差模電壓增益微變等效電路接入負(fù)載時(shí)以雙倍的元器件換取抑制零漂的能力<A>雙入、雙出（1）差模電壓增益<B>雙入、單出接入負(fù)載時(shí)將差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端輸出信號(hào)。

<C>單端輸入單端輸入等效于雙端輸入,指標(biāo)計(jì)算與雙端輸入相同。ro很大，ro支路相當(dāng)于開路，輸入信號(hào)近似均勻地分在兩管的輸入回路上。差模輸入電阻

不論是單端輸入還是雙端輸入，差模輸入電阻Rid是基本放大電路的兩倍。

差模輸出電阻單端輸出時(shí)，

雙端輸出時(shí)，<A>雙端輸出

共模信號(hào)的輸入使兩管集電極電壓有相同的變化。所以共模增益（2）共模電壓增益<B>單端輸出抑制零漂能力增強(qiáng)共模輸入電阻

不論是單端輸入還是雙端輸入，共模輸入電阻Ric為

共模輸出電阻單端輸出時(shí)，

雙端輸出時(shí)，（3）共模抑制比雙端輸出，理想情況單端輸出抑制零漂能力越強(qiáng)（4）頻率響應(yīng)高頻響應(yīng)與共射電路相同，低頻可放大直流信號(hào)。對(duì)差分放大器，人為只加差模信號(hào)（放大），所謂共模輸入實(shí)際上是外界的干擾信號(hào)，應(yīng)抑制。例(4)當(dāng)輸出接一個(gè)12k

負(fù)載時(shí)的差模電壓增益。解：求:(1)靜態(tài)(2)電壓增益(3)差分電路的共模增益共模輸入電壓不計(jì)共模輸出電壓時(shí)(4)6.2.3源極耦合差分式放大電路1.CMOS差分式放大電路T36.3差分式放大電路的傳輸特性vBE1=vi1=vid/2vBE2=vi2=-vid/2

又

vO1＝VCC－iC1Rc1vO2＝VCC－iC2Rc2可得傳輸特性曲線

vO1，vO2＝f（vid）傳輸特性——輸出差模信號(hào)隨輸入差模信號(hào)變化的曲線根據(jù)三極管vBE

與iE的基本關(guān)系得：vO1，vO2＝f（vid）的傳輸特性曲線從傳輸特性可以看出；1、時(shí)，電路處于靜態(tài)，即Q態(tài)2、vid在0~±VT范圍變化時(shí)，vo1、vo2與vid呈線性關(guān)系，放大電路工作在放大區(qū)，放大倍數(shù)越大，曲線越陡，線性區(qū)越窄，動(dòng)態(tài)范圍小。反之：放大倍數(shù)越小，曲線越緩，線性區(qū)越寬，動(dòng)態(tài)范圍大。3、當(dāng)vid≥4VT時(shí)，差分放大電路具有限幅特性。可見，差分放大電路對(duì)差模輸入信號(hào)有一定的要求。6.4集成電路運(yùn)算放大器6.4.1CMOSMC14573集成電路運(yùn)算放大器6.4.2BJTLM741集成運(yùn)算放大器

運(yùn)算放大器是由直接耦合多級(jí)放大電路集成制造的高增益放大器，它是模擬集成電路最重要的品種，廣泛應(yīng)用于各種電子電路之中。特點(diǎn)：電壓增益高輸入電阻大輸出電阻小1、方框圖

1.輸入級(jí)：抑制零漂，有放大作用。

常使用高性能的差分放大電路，它必須對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制能力。2.中間放大級(jí)：提供高的電壓增益，以保證運(yùn)放的運(yùn)算精度。

中間級(jí)的電路形式多為差分電路和帶有源負(fù)載的高增益放大器（共射單管、復(fù)合管放大器）。3.互補(bǔ)輸出級(jí)：提高帶負(fù)載能力。常用單管（復(fù)合管）的射極輸出器，也用單管（復(fù)合管）的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器。

4.偏置電流源：提供穩(wěn)定的幾乎不隨溫度而變化的偏置電流，以穩(wěn)定工作點(diǎn)。

2、運(yùn)算放大器的引線及符號(hào)

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。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)‘+’或‘IN+’表示；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異，用符號(hào)“-”或“IN-”表示。輸出端一般畫在輸入端的另一側(cè)，在符號(hào)邊框內(nèi)標(biāo)有‘+’號(hào)。實(shí)際的運(yùn)算放大器通常必須有正、負(fù)電源端，有的品種還有補(bǔ)償端和調(diào)零端。

(a)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)(b)原符號(hào)

為滿足實(shí)際使用中對(duì)集成運(yùn)放性能的特殊要求，除性能指標(biāo)比較適中的通用型運(yùn)放外，發(fā)展了適應(yīng)不同需要的專用型集成運(yùn)放。它們?cè)谀承┘夹g(shù)指標(biāo)上比較突出。根據(jù)運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)可以對(duì)其進(jìn)行分類，主要有通用、高速、寬帶、高精度、高輸入電阻和低功耗等幾種。3、運(yùn)算放大器的分類通用型高速型和寬帶型高精度(低漂移型)高輸入阻抗型低功耗型功率型4、運(yùn)算放大器外形圖6.4.1CMOSMC14573集成電路運(yùn)算放大器1.電路結(jié)構(gòu)和工作原理2.電路技術(shù)指標(biāo)的分析計(jì)算(1)直流分析已知VT

和KP5

，可求出IREF

根據(jù)各管子的寬長(zhǎng)比，可求出其他支路電流。(2)小信號(hào)分析設(shè)

gm1=gm2=gm

輸入級(jí)電壓增益總電壓增益Av

=

Av1·Av2

Av2=vo/vgs7

=－gm7(rds7||rds8)

第二級(jí)電壓增益將參數(shù)代入計(jì)算得Av

=

40804.8（92.2dB）6.4.2BJTLM741集成運(yùn)算放大器原理電路簡(jiǎn)化電路6.5實(shí)際集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)和對(duì)應(yīng)用電路的影響6.5.1實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)6.5.2集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題6.5.3集成運(yùn)放的電路模型6.5.4基本線性運(yùn)算電路6.5.5其他線性運(yùn)算應(yīng)用電路6.5.1實(shí)際集成運(yùn)放的主要參數(shù)一、輸入直流誤差特性（輸入失調(diào)特性）1.輸入失調(diào)電壓VIO

(inputoffsetvoltage)

在室溫（25℃）及標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，輸入電壓為零時(shí)，為了使集成運(yùn)放的輸出電壓為零，在輸入端加的補(bǔ)償電壓叫做失調(diào)電壓VIO。一般約為±（1～10）mV。超低失調(diào)運(yùn)放為（1～20）

V。高精度運(yùn)放OP-117VIO=4V。MOSFET達(dá)20mV。將輸出電壓除以電壓增益，即為折算到輸入端的電壓的負(fù)值。VIO是表征運(yùn)放內(nèi)部電路對(duì)稱性的指標(biāo)。VIO越大說(shuō)明電路的對(duì)稱性越差。2.輸入偏置電流IIB(inputbiascurrent)

輸入偏置電流是指集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端靜態(tài)電流的平均值IIB＝（IBN＋I(xiàn)BP）/2BJT為10nA～1

A；MOSFET運(yùn)放IIB在pA數(shù)量級(jí)。用于衡量差分放大對(duì)管輸入電流的大小。從使用角度看，其值越小，由信號(hào)源內(nèi)阻變化引起的輸出電壓變化也越小。3.輸入失調(diào)電流IIO

(inputoffsetcurrent)

輸入失調(diào)電流IIO是指當(dāng)輸入電壓為零時(shí)流入放大器兩輸入端的靜態(tài)基極電流之差，即IIO＝|IBP－IBN|VI＝0

一般約為1nA～0.1

A。

例：集成運(yùn)放的輸入偏置電流IIB=0.6μA輸入失調(diào)電流IIO=0.2μA時(shí)，兩個(gè)差分輸入管的基極偏流分別是多少？0.7μA和0.5μA用于表征差分級(jí)輸入電流不對(duì)稱的程度。由于信號(hào)源內(nèi)阻的存在，IIO會(huì)引起一輸入電壓，破壞放大器的平衡，希望越小越好。4.溫度漂移（1）輸入失調(diào)電壓溫漂

VIO/

T（2）輸入失調(diào)電流溫漂

IIO/

T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。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。二、差模特性1.開環(huán)差模電壓增益Avo和帶寬BW

開環(huán)差模電壓增益Avo開環(huán)帶寬BW

(fH)單位增益帶寬

BWG(fT)741型運(yùn)放AvO的頻率響應(yīng)2.差模輸入電阻rid和輸出電阻ro

BJT輸入級(jí)的運(yùn)放rid一般在幾百千歐到數(shù)兆歐MOSFET為輸入級(jí)的運(yùn)放rid＞1012Ω超高輸入電阻運(yùn)放rid＞1013Ω、IIB≤0.040pA一般運(yùn)放的ro＜200Ω，而超高速AD9610的ro＝0.05Ω。3.最大差模輸入電壓Vidmax

運(yùn)放兩輸入端能承受的最大差模輸入電壓，超過(guò)此電壓時(shí),差分管將出現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象。三、共模特性1.共模抑制比KCMR和共模輸入電阻ric

一般通用型運(yùn)放KCMR為（80～120）dB，高精度運(yùn)放可達(dá)140dB，ric≥100MΩ。2.最大共模輸入電壓Vicmax

一般指運(yùn)放在作電壓跟隨器時(shí)，使輸出電壓產(chǎn)生1%跟隨誤差的共模輸入電壓幅值，高質(zhì)量的運(yùn)放可達(dá)±

13V。四、大信號(hào)動(dòng)態(tài)特性1.轉(zhuǎn)換速率SR放大電路在閉環(huán)狀態(tài)下，輸入為大信號(hào)（例如階躍信號(hào)）時(shí)，輸出電壓對(duì)時(shí)間的最大變化速率，即

若信號(hào)為vi＝Vimsin2

ft

，則運(yùn)放的SR必須滿足SR≥2πfmaxVom2.全功率帶寬BWP

指運(yùn)放輸出最大峰值電壓時(shí)允許的最高頻率，即SR和BWP是大信號(hào)和高頻信號(hào)工作時(shí)的重要指標(biāo)。一般通用型運(yùn)放SR在nV/

s以下，741的SR=0.5V/

s，而高速運(yùn)放要求SR＞30V/

s以上。目前超高速的運(yùn)放如AD9610的SR＞3500V/

s。五、電源特性1.電源電壓抑制比KSVR

衡量電源電壓波動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響

2.靜態(tài)功耗PV

1.集成運(yùn)放的選用

根據(jù)技術(shù)要求應(yīng)首選通用型運(yùn)放，當(dāng)通用型運(yùn)放難以滿足要求時(shí)，才考慮專用型運(yùn)放，這是因?yàn)橥ㄓ眯推骷母黜?xiàng)參數(shù)比較均衡，做到技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。至于專用型運(yùn)放，雖然某項(xiàng)技術(shù)參數(shù)很突出，但其他參數(shù)則難以兼顧，例如低噪聲運(yùn)放的帶寬往往設(shè)計(jì)得較窄，而高速型與高精度常常有矛盾，如此等等。6.5.2集成運(yùn)放應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題2.失調(diào)電壓VIO、失調(diào)電流IIO和偏置電流IIB帶來(lái)的誤差輸入為零時(shí)的等效電路解得誤差電壓當(dāng)時(shí)，可以消除偏置電流引起的誤差，此時(shí)當(dāng)電路為積分運(yùn)算時(shí)，即換成電容C，則時(shí)間越長(zhǎng)，誤差越大，且易使輸出進(jìn)入飽和狀態(tài)。引起的誤差仍存在3.調(diào)零補(bǔ)償（a）調(diào)零電路（b）反相端加入補(bǔ)償電路2運(yùn)算放大器2.1集成電路運(yùn)算放大器2.2理想運(yùn)算放大器2.3基本線性運(yùn)放電路2.4其他線性運(yùn)算應(yīng)用電路2.1集成運(yùn)放的電路模型通常：開環(huán)電壓增益

Avo的≥105（很高）

輸入電阻

ri≥106Ω（很大）

輸出電阻

ro≤100Ω（很?。?/p>

vO＝Avo(vP－vN)

（V－＜vO

＜V＋）

注意輸入輸出的相位關(guān)系當(dāng)Avo(vP－vN)≥V＋時(shí)

vO＝

V＋

當(dāng)Avo(vP－vN)≤

V-時(shí)

vO＝

V-電壓傳輸特性

vO＝

f

(vP－vN)線性范圍內(nèi)

vO＝Avo(vP－vN)Avo——斜率2.2理想運(yùn)算放大器

滿足下列參數(shù)指標(biāo)的運(yùn)算放大器可以視為理想運(yùn)算放大器。

1.差模電壓放大倍數(shù)Avd=

，實(shí)際上Avd≥80dB即可1.理想運(yùn)算放大器的條件2.差模輸入電阻Rid=

，實(shí)際上Rid比輸入端外電路的電阻大2～3個(gè)量級(jí)即可。3.輸出電阻Ro=0，實(shí)際上Ro比輸入端外電路的電阻小1～2個(gè)量級(jí)即可。4.帶寬足夠?qū)挕?.共模抑制比足夠大。實(shí)際上在做一般原理性分析時(shí)，產(chǎn)品運(yùn)算放大器都可以視為理想的。只要實(shí)際的運(yùn)用條件不使運(yùn)算放大器的某個(gè)技術(shù)指標(biāo)明顯下降即可。

理想運(yùn)算放大器具有“虛短”和“虛斷”的特性，這兩個(gè)特性對(duì)分析線性運(yùn)用的運(yùn)放電路十分有用。為了保證線性運(yùn)用，運(yùn)放必須在閉環(huán)(負(fù)反饋）下工作。

2.理想運(yùn)算放大器的特性

(1)虛短由于運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)很大，一般通用型運(yùn)算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)都在80dB以上。而運(yùn)放的輸出電壓是有限的，一般在10V～14

V。因此運(yùn)放的差模輸入電壓不足1

mV，兩輸入端近似等電位，相當(dāng)于“短路”。開環(huán)電壓放大倍數(shù)越大，兩輸入端的電位越接近相等?！疤摱獭笔侵冈诜治鲞\(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)時(shí)，可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡(jiǎn)稱虛短。顯然不能將兩輸入端真正短路。(2)虛斷由于運(yùn)放的差模輸入電阻很大，一般通用型運(yùn)算放大器的輸入電阻都在1M

以上。因此流入運(yùn)放輸入端的電流往往不足1

A，遠(yuǎn)小于輸入端外電路的電流.。故通常可把運(yùn)放的兩輸入端視為開路，且輸入電阻越大，兩輸入端越接近開路?！疤摂唷笔侵冈诜治鲞\(yùn)放處于線性狀態(tài)時(shí)，可以把兩輸入端視為等效開路，這一特性稱為虛假開路，簡(jiǎn)稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。

動(dòng)畫1.反相放大電路

其比例系數(shù)即為反饋放大電路的增益。該電路實(shí)際為一個(gè)深度的電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。為提高運(yùn)算精度，一般要求

輸入電阻Ri

2.3基本線性運(yùn)算電路2.同相放大電路同相比例運(yùn)算電路該電路為深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路，且所以該電路輸出始終跟隨輸入，稱電壓跟隨器（同相比例運(yùn)算電路特例）特例：電壓跟隨器的作用無(wú)電壓跟隨器時(shí)負(fù)載上得到的電壓電壓跟隨器時(shí)ip≈0，vp＝vs根據(jù)虛短和虛斷有vo＝vn≈vp＝vs當(dāng)R2>>R3時(shí)，（1）試證明VS＝(R3R1/R2)IM

解:（1）根據(jù)虛斷有II

=0所以I2

=IS

=VS

/

R1

例2.3.3直流毫伏表電路（2）R1＝R2＝150k

，R3＝1k

，輸入信號(hào)電壓VS＝100mV時(shí)，通過(guò)毫伏表的最大電流IM(max)＝？又根據(jù)虛短有VP

=

VN

=0R2和R3相當(dāng)于并聯(lián)，所以–I2R2

=R3(I2-IM)所以當(dāng)R2>>R3時(shí)，VS＝(R3R1/R2)IM

（2）代入數(shù)據(jù)計(jì)算即可1、加法電路一、反相輸入加法電路

在反相比例運(yùn)算電路的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)輸入支路，就構(gòu)成了反相輸入加法電路，見圖2.4.4。此時(shí)兩個(gè)輸入信號(hào)電壓產(chǎn)生的電流都流向Rf

。所以輸出是兩輸入信號(hào)的比例和。2.4其他線性運(yùn)算應(yīng)用電路二、同相輸入加法電路

在同相比例運(yùn)算電路的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)輸入支路，就構(gòu)成了同相輸入加法電路。

因運(yùn)放具有虛斷的特性，對(duì)運(yùn)放同相輸入端的電位可用疊加原理求得:在反相輸入加法電路后，增加一個(gè)反相電路可構(gòu)成同相輸入加法電路。2、減法電路

一、利用反相信號(hào)相加以實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算

將一路輸入信號(hào)反相后，與另一路輸入信號(hào)相加，即可實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算。第一級(jí)為反相比例放大器。若R1=Rf1

則第二級(jí)為反相輸入

加法器若

則二、利用差分式電路實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算

一個(gè)信號(hào)加在反相輸入端，另一信號(hào)加在同相輸入端，其輸出信號(hào)將正比于兩輸入信號(hào)之差，可實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算。虛短對(duì)N:對(duì)P:則若選取則:即輸出電壓與兩輸入電壓之差成比例。3、儀用電路式中，負(fù)號(hào)表示vO與vI在相位上是相反的。根據(jù)“虛短”得根據(jù)“虛斷”得因此電容器被充電，其充電電流為設(shè)電容器C的初始電壓為零，則（積分運(yùn)算）4、積分電路當(dāng)vI為階躍電壓時(shí)，有vO與t

成線性關(guān)系例:畫出在給定輸入波形作用下的輸出波形。(a)階躍輸入信號(hào)(b)方波輸入信號(hào)積分器的輸入和輸出波形5、微分電路例1：設(shè)計(jì)一個(gè)加減運(yùn)算電路，RF=240k

，使vo=10vi1+8vi2–20vi3解:(1)畫電路。系數(shù)為負(fù)的信號(hào)從反相端輸入，系數(shù)為正的信號(hào)從同相端輸入。(2)求各電阻值。vo=10vi1+8vi2–20vi3優(yōu)點(diǎn)：元件少，成本低。缺點(diǎn)：要求R1//R2//R5=R3//R4//R6。阻值的調(diào)整計(jì)算不方便。單運(yùn)放的加減運(yùn)算電路改進(jìn)：采用雙運(yùn)放電路。

例2：A/D變換器要求其輸入電壓的幅度為0~+5V，現(xiàn)有信號(hào)變化范圍為-5V~+5V。試設(shè)計(jì)一電平抬高電路，將其變化范圍變?yōu)?~+5V。+5V-5V+5V+2.5V電平抬高電路A/D計(jì)算機(jī)vivovo=0.5vi+2.5Vvo=0.5vi+2.5V=0.5(vi+5)V_++10k

20k

+5V5k

vi20k

vo1vo_+20k

20k

10k

例3：由三運(yùn)放放大器組成的溫度測(cè)量電路。Rt

：熱敏電阻集成化:儀表放大器voE=+5VRRRRtviR1R1+A3R2R2+A1_A2RRRW+Rt=f(T°C)E=+5VRRRRtviuoR1R1+A3R2R2+A1_A2RRRW+6.6變跨導(dǎo)式模擬乘法器*6.6.1變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理6.6.2模擬乘法器的應(yīng)用

乘法器是一種廣泛使用的模擬集成電路，它可以實(shí)現(xiàn)乘、除、開方、乘方、調(diào)幅等功能，廣泛應(yīng)用于模擬運(yùn)算、通信、測(cè)控系統(tǒng)、電氣測(cè)量和醫(yī)療儀器等許多領(lǐng)域

其中K為比例因子。具有的量綱。模擬乘法器的電路符號(hào)如圖所示。

模擬乘法器符號(hào)1.運(yùn)算電路乘方6.6.2模擬乘法器的應(yīng)用除法

只有當(dāng)vX2為正極性時(shí)，才能保證運(yùn)算放大器是處于負(fù)反饋工作狀態(tài)，而vX1則可正可負(fù)，故屬二象限除法器。利用虛短和虛斷概念有得由乘法器的功能有開平方利用虛短和虛斷概念有得由乘法器的功能有vi必須為負(fù)值時(shí)，電路才能正常工作。圖中的二極管即為保證這一點(diǎn)而接入的。

2.壓控放大器

乘法器的一個(gè)輸入端加一直流控制電壓VC，另一輸入端加一信號(hào)電壓vs時(shí)，乘法器就成了增益為KVc的放大器。當(dāng)Vc為可調(diào)電壓時(shí)，就得到可控增益放大器。

調(diào)制和解調(diào)在通信、廣播、電視和遙控等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。利用模擬乘法器的功能很容易實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)的功能。3.調(diào)制解調(diào)

音頻信號(hào)需用高頻信號(hào)通過(guò)無(wú)線方式來(lái)運(yùn)載，這里的高頻信號(hào)稱為載波信號(hào)，音頻信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)。將音頻信號(hào)“裝載”于高頻信號(hào)的過(guò)程稱為調(diào)制，將音頻信號(hào)取出稱為解調(diào)。幅度調(diào)制

使一個(gè)信號(hào)的幅度受另一個(gè)信號(hào)幅度的控制,前者稱為載波,一般是一個(gè)等幅正弦波，后者稱為調(diào)制信號(hào)。幅度調(diào)制也稱調(diào)幅，用AM表示。使一個(gè)信號(hào)的頻率受另一個(gè)信號(hào)幅度的控制；頻率調(diào)制也稱調(diào)頻，用FM表示。使一個(gè)信號(hào)的相位受另一個(gè)信號(hào)幅度的控制。相位調(diào)制也稱調(diào)相，用PM表示。是調(diào)制的反過(guò)程，解調(diào)也稱為檢波。解調(diào)示意圖調(diào)制頻率調(diào)制相位調(diào)制

(a)調(diào)幅波的時(shí)域波形(b)調(diào)幅波的頻域譜線幅度調(diào)制的示意圖如圖所示。音頻信號(hào)稱為載頻cf稱為下邊頻Ff-c

幅度調(diào)制

幅度調(diào)制一般是用一個(gè)頻率較低的調(diào)制信號(hào)去調(diào)制頻率較高的載波信號(hào)的幅度。可用下式表示（1）調(diào)幅信號(hào)的分析

調(diào)制：將音頻信號(hào)“裝載”于高頻信號(hào)的過(guò)程。帶通濾波器V是已調(diào)信號(hào)（調(diào)幅波）的振幅，隨調(diào)制信號(hào)變化，故稱為調(diào)幅（AM）（2）調(diào)幅電路單邊帶信號(hào)輸出輸出電壓含兩個(gè)頻率：上邊頻下邊頻音頻信號(hào)不是單一頻率，而是一個(gè)頻帶。輸出是以載波頻率為中心的頻帶。上邊帶下邊帶

如將調(diào)幅波全部頻率成分保留，這樣的調(diào)幅電路稱為完全調(diào)幅波電路；

將載波濾去，則為雙邊帶調(diào)幅電路；

只保留一個(gè)邊帶則為單邊帶調(diào)幅電路。若在調(diào)制器的輸出端加一個(gè)帶通濾波器，濾掉上邊帶信號(hào)，可得到單邊帶調(diào)幅電路。調(diào)幅信號(hào)的解調(diào)解調(diào)把調(diào)幅信號(hào)中的載波去掉，把調(diào)制信號(hào)即包絡(luò)線取出，即為調(diào)幅波的解調(diào)。低通濾波器*6.7放大電路中的噪聲與干擾6.7.1放大電路中的噪聲6.7.2放大電路中的干擾6.7.1放大電路中的噪聲1.噪聲的種類及性質(zhì)（1）電阻的熱噪聲