第5章成运算放大电路ppt课件

1、 电路与电子技术简明教程（第二版）（第二版）第五章 集成运算放大电路5. 差动式放大电路 5. 差动式放大电路第五章 集成运算放大电路直接耦合放大器5.1.1两级直接耦合放大电路如图所两级直接耦合放大电路如图所示，示， 由图可以看出，由图可以看出， 只要适当只要适当选取选取RE 的值，的值， 就可以保证就可以保证UE 为正常电压，为正常电压， IB 也不致也不致过大，过大， 使两级晶体管处于正常使两级晶体管处于正常的放大状态。的放大状态。 5. 差动式放大电路第五章 集成运算放大电路直接耦合放大器5.1.1.零点漂移现象在直接耦合放大电路中， 通常把没有输入信号即输入端短路） 时的输出端直流电

2、压静态工作电压） 作为参考电压， 称之为“零点” 。当放大器的环境温度或电源电压发生变化时， 晶体管的静态工作点也要随之发生变化， 即使在输入信号为零时， 输出端也会出现缓慢的不规则变动， 如下图， 这种现象称之为“零点漂移” ， 简称“零漂” 。 5. 差动式放大电路第五章 集成运算放大电路直接耦合放大器5.1.12.产生零点漂移的原因产生零点漂移的原因很多， 如温度的变化包括环境温度的变化及三极管工作时由于管耗引起的结温变化） 、电源电压的波动及电路元件参数的变化等， 都会引起放大电路的零点漂移。其中， 主要原因是温度的变化， 因此又常称为“温漂” 。半导体器件参数受温度影响而变化是引起零

3、漂的内在原因。 5. 差动式放大电路第五章 集成运算放大电路直接耦合放大器5.1.13.抑制零点漂移的方法对于直接耦合放大器必须采取措施抑制零点漂移。抑制零点漂移的方法很多， 通常采用下列几种办法：（） 采用参数稳定性好的高质量硅半导体器件。（） 在电路中引入直流负反馈， 例如典型的静态工作点稳定电路中RE 所起的作用。（） 采用温度补偿的方法， 利用热敏元件来抵消放大管的变化。（） 采用特性相同的管子， 使它们的温漂互相抵消。 5. 差动式放大电路第五章 集成运算放大电路差动电路的组成及分析5.1.2差动放大电路又称差分放大电路） 如下图， 该电路的特点是电路的对称性， VT 、VT两只晶体

4、管参数相同， 特性相同。 5. 差动式放大电路第五章 集成运算放大电路差动电路的组成及分析5.1.2静态时， 即输入信号uI uI ， 由于电路的对称性， 两管集电极电流相等， 两管集电极电压相等， 输出电压uO ， 由此可知， 静态时输出电压为零。动态时， 在电路的两个输入端各加一个大小相等、相位相反的信号电压， 即uI uI uId ， 一只三极管电流增加， 另一只三极管的电流则减小， 所以输出信号电压1.工作原理 5. 差动式放大电路第五章 集成运算放大电路差动电路的组成及分析5.1.2由于差动放大电路与普通的单端输入、单端输出的放大电路不同， 其输入、输出都可能是双端， 为了更好地分析

5、差动放大电路的特性， 我们定义差动放大电路的输入信号为两种形式： 差模信号和共模信号。当只有共模输入电压uIc 作用时， 差动放大器的输出电压就是共模输出电压uoc ， 通常把输入共模信号时的放大器电压放大倍数称为共模电压放大倍数， 用Auc表示， 那么2.差动放大电路能抑制零漂的原理 5. 差动式放大电路第五章 集成运算放大电路差动电路的组成及分析5.1.2差动放大电路的优点是可以有效的放大差模信号， 抑制共模信号。对差模信号的放大倍数越大， 对共模信号的放大倍数越小， 放大电路的性能越好。为了全面的描述这一特点， 引入了共模抑制比的概念。共模抑制比定义为差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之

6、比的绝对值，即3.共模抑制比KCMR第五章 集成运算放大电路5.2 集成运算放大电路 5.2 集成运算放大电路第五章 集成运算放大电路集成运放的组成5.2.1集成运算放大器实质上是一种双端输入、单端输出， 具有高增益， 高输入阻抗、低输出阻抗的多极直接耦合放大电路。1.集成运放的电路集成运放的框图如图所示，集成运放的框图如图所示， 集成运放主要由输入级、中间级、集成运放主要由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成。输出级和偏置电路四部分组成。 5.2 集成运算放大电路第五章 集成运算放大电路集成运放的组成5.2.1（） 输入级： 输入级主要由差动放大器构成，以减小运放的零漂和其他方面的性能

7、， 它的两个输入端分别构成整个电路的同相输入端和反相输入端。（） 中间级： 中间级是整个放大电路的主要放大电路。其作用是使集成运放具有较强的放大能力， 多采用共射或共源） 放大电路。（） 输出级： 输出级一般由电压跟随器电压缓冲放大器） 或互补电压跟随器组成， 以降低输出电阻， 提高运放的带负载能力和输出功率。（） 偏置电路： 偏置电路则是为各级提供合适的工作点及能源的。2.各部分作用 5.2 集成运算放大电路第五章 集成运算放大电路集成运放的组成5.2.1集成运放有两个输入端分别称为同相输入端uP 和反相输入端uN ； 一个输出端uo 。集成运放的图形符号如图所示。3.集成运放的图形符号 5

8、.2 集成运算放大电路第五章 集成运算放大电路 集成运放的主要性能指标5.2.2集成运放无外加反馈时的直流差模放大倍数称为开环差模增益， 即该指标体现运放的放大能力， 是决定运算精度的指标， 可用分贝dB） 表示， 即通用型集成运放的Aod 通常为 左右， 即dB 左右， Aod 越大， 运放的性能越好， 运算的精度越高， 价格越高。1.开环差模电压增益Aod 5.2 集成运算放大电路第五章 集成运算放大电路 集成运放的主要性能指标5.2.2共模抑制比KCMR 等于差模放大倍数与共模放大倍数之比的绝对值， 即也可用分贝表示， 即。KCMR 值越大越好， 越大说明集成运放抑制共模信号放大有用信号

9、的能力越强。目前高质量的运放可达160dB 以上。2.共模抑制比KCMR 5.2 集成运算放大电路第五章 集成运算放大电路 集成运放的主要性能指标5.2.2差模输入电阻Rid 和输出电阻Rod表示集成运放在开环、输入差模信号时的输入电阻和输出电阻。其中Rid 越大越好， Rid 越大集成运放取信号的能力越强， Rid 的数量级为M 。输出电阻Rod 越小越好， 其值越小， 输出电压越稳定， 带载能力越强。3.差模输入电阻Rid 和输出电阻Rod 5.2 集成运算放大电路第五章 集成运算放大电路 集成运放的主要性能指标5.2.2对于理想运放， 输入为零时， 输出也应为零。但是实际运放内部电路很难

10、做到完全对称， 因此无法做到零输入时零输出不加调零装置） 。当输入电压为 时， 为了使运放的输出电压为 ， 在输入端所加的补偿电压， 就是输入失调电压UIO 。UIO 越小越好。4.输入失调电压UIO 5.2 集成运算放大电路第五章 集成运算放大电路 集成运放的主要性能指标5.2.2集成运放的输出电压为 时， 两个输入端静态基极电流之差， 称为输入失调电流IIO ， 即输入失调电流IIO 反映了差放输入对管输入电流的不对称程度。IIO 越小越好。5.输入失调电流IIO 5.2 集成运算放大电路第五章 集成运算放大电路 集成运放的主要性能指标5.2.2最大差模输入电压Uid ，max 是指集成运

11、放的两个输入端之间所能承受的最大电压值。若输入电压超过Uid ，max ， 则可能使运放输入级的三极管发射结产生反向击穿。Uid ，max 大一些好6.最大差模输入电压Uid ，max 5.2 集成运算放大电路第五章 集成运算放大电路 集成运放的主要性能指标5.2.2最大共模输入电压Uic ，max 是指运放输入端所允许的最大共模电压值。若共模输入电压超过Uic ，max ， 则可能造成运放工作不正常， 其共模抑制比KCMR 将明显下降， 运放的工作性能变差。Uic ，max 大一些好。7.最大共模输入电压Uic ，max 5.2 集成运算放大电路第五章 集成运算放大电路集成运放的电压传输特性

12、5.2.3集成运放的输出电压与输入电压同相输入端和反相输入端之间的差值电压） 之间的关系曲线称为电压传输特性， 对于正、负两路电源供电的工作在开环状态的集成运放， 电压传输特性如图 （b） 所示。 5.2 集成运算放大电路第五章 集成运算放大电路理想集成运放5.2.4为了便于分析， 通常将集成运放看成理想集成运放。所谓理想集成运放， 就是将实际的集成运放性能指标理想化。理想运放具有以下理想参数。 5.2 集成运算放大电路第五章 集成运算放大电路虚短5.2.4集成运放两个输入端之间的电压集成运放两个输入端之间的电压几乎为几乎为 ， 如同两点短路一样，如同两点短路一样， 但是实际上并未真正被短路，

13、但是实际上并未真正被短路， 只只是表面上似乎短路，是表面上似乎短路， 因此是虚假因此是虚假的短路，称为的短路，称为“虚短虚短” 。 5.2 集成运算放大电路第五章 集成运算放大电路虚短5.2.4这是由于理想集成运放的差模输入电阻这是由于理想集成运放的差模输入电阻Rid ， 故可认为两故可认为两个输入端的输入电流为零。如同该点被断开一样，个输入端的输入电流为零。如同该点被断开一样， 这种现象称这种现象称为为“虚断路虚断路” ， 简称简称“虚断虚断” 。第五章 集成运算放大电路5.3 集成运算放大器的线性应用 5.3 集成运算放大器的线性应用第五章 集成运算放大电路比例运算电路5.3.1图所示为反

14、相输入比例运算电路。图所示为反相输入比例运算电路。Rf 为反馈电阻，为反馈电阻， R 、RP 为输入端电阻。该电路引入了电压并联负反馈。为输入端电阻。该电路引入了电压并联负反馈。1.反相输入比例运算电路 5.3 集成运算放大器的线性应用第五章 集成运算放大电路比例运算电路5.3.1同相输入比例运算电路如图所示，同相输入比例运算电路如图所示， 其中，其中， Rf 为反馈电阻；为反馈电阻； R 、RP 为输入端电阻，为输入端电阻， RP 起限流保护作用。该电路的反馈起限流保护作用。该电路的反馈类型为电压串联深度负反馈。故可认为输入电阻为无穷大，类型为电压串联深度负反馈。故可认为输入电阻为无穷大，

15、输输出电阻为零。出电阻为零。2.同相输入比例运算电路 5.3 集成运算放大器的线性应用第五章 集成运算放大电路加法和减法运算电路5.3.2图所示加法电路接成反相放大器，图所示加法电路接成反相放大器， 它是属于多端输入的电压并它是属于多端输入的电压并联负反馈电路。对反相输入节点可写出下面的方程式。联负反馈电路。对反相输入节点可写出下面的方程式。1.加法运算电路 5.3 集成运算放大器的线性应用第五章 集成运算放大电路加法和减法运算电路5.3.2） 利用反相信号求和以实现减法运算利用反相信号求和以实现减法运算图所示电路第一级为反相比例放大电路，图所示电路第一级为反相比例放大电路， 若若Rf R ，

16、 则则uO1 uI ； 第二级为反相加法电路，第二级为反相加法电路， 则可导出则可导出2.减法运算电路 5.3 集成运算放大器的线性应用第五章 集成运算放大电路加法和减法运算电路5.3.2） 利用差动式电路以实现利用差动式电路以实现减法运算减法运算图所示是用来实现两个电压图所示是用来实现两个电压uI 、uI 相减的电路，相减的电路， 两个两个输入信号分别加到集成运放的输入信号分别加到集成运放的反相输入端和同相输入端，反相输入端和同相输入端， 相当于差动输入方式。相当于差动输入方式。2.减法运算电路 5.3 集成运算放大器的线性应用第五章 集成运算放大电路积分和微分运算电路5.3.3积分电路如图

17、所示。积分电路如图所示。积分电路应用广泛，积分电路应用广泛， 除了在线性系统中用作积分外，除了在线性系统中用作积分外， 还可以还可以用来做自动控制系统中的积分校正电路等。用来做自动控制系统中的积分校正电路等。1.积分电路 5.3 集成运算放大器的线性应用第五章 集成运算放大电路积分和微分运算电路5.3.3微分电路如图所示。容易看出， 微分电路与积分电路相比相当于其电阻和电容元件互换位置， 同时选取相对较小的时间常数RC 。2.微分运算电路 5.3 集成运算放大器的线性应用第五章 集成运算放大电路仪用放大器分析与应用5.3.4仪用放大器由三个运算放大器组成， 如下图。同相放大器A1 、A2 构成

18、输入级， 信号从A3 输出。按理想运放分析， 有1.仪用放大器原理 5.3 集成运算放大器的线性应用第五章 集成运算放大电路仪用放大器分析与应用5.3.42.集成仪用放大器及其应用 5.3 集成运算放大器的线性应用第五章 集成运算放大电路仪用放大器分析与应用5.3.42.集成仪用放大器及其应用AD522的引脚功能如图所示，的引脚功能如图所示， AD522 的基本应用如图所示的基本应用如图所示 5.3 集成运算放大器的线性应用第五章 集成运算放大电路仪用放大器分析与应用5.3.42.集成仪用放大器及其应用AD522的引脚功能如图所示，的引脚功能如图所示， AD522 的基本应用如图所示的基本应用如图所示第五章 集成运算放大电路5.4 集成运算放大器的非线性应用 5.4 集成运算放大器的非线性应用第五章 集成运算放大电路简单电压比较器5.4.1电压比较器是将输