3集成运算放大器ppt课件

1、 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是开展最早、运用最广泛的级直接耦合放大电路。是开展最早、运用最广泛的一种模拟集成电路。一种模拟集成电路。Auo 高高: 80dB140dBrid 高高: 105 1011 ro 低低: 几十几十 几百几百 KCMR高高: 70dB130dBuo+Auou+u。 。+UCCUEE +UCCUEEuu+输入级输入级中间级中间级 输出级输出级同相同相输入端输入端输出端输出端反相反相输入端输入端 输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流

2、源的差放信号，都采用带恒流源的差放 。 中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。共发射极放大电路构成。 输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载才输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载才干强，普通由互补对称电路或射极输出器构成。干强，普通由互补对称电路或射极输出器构成。3.1.2 镜像电流源镜像电流源恒流特性恒流特性BE1BE2=VVREFI E1E2= IIC1C2= IIRVVBECC= RVCC 无论无论Rc的值如何，的值如何， IC2的电流值将坚持不的电流值将坚持不变。变。三极管任务形状三极管任务形状flash

3、1. 镜像电流源镜像电流源交流电阻交流电阻TTo=IVR 由于由于T2的集电极电流的集电极电流根本不变。所以交流量根本不变。所以交流量T0I TTo=IVR普通普通Ro在几百千欧以上在几百千欧以上1. 镜像电流源镜像电流源精度更高的镜像电流源精度更高的镜像电流源 由于添加了由于添加了T3，使，使IC2更加接近更加接近IREFflash2. 微电流源微电流源e2BE2BE1RVV E2C2II e2BERV 由于由于很小，很小，BEV 所以所以IC2也很小也很小flash3. 多路电流源多路电流源3. 电流源作有源负载电流源作有源负载 ioV=VVA共射电路的电压增益为：共射电路的电压增益为：b

4、eLc)/(rRR 对于此电路对于此电路Rc就是就是镜像电流源的交流电阻，镜像电流源的交流电阻，因此增益为因此增益为beLV=rRA 比用电阻比用电阻Rc就作负载时提高了。就作负载时提高了。end放大管放大管镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源1. 理想运算放大器理想运算放大器Auo ， rid ，ro 0 ， KCMR 2. 电压传输特性电压传输特性 uo= f (ui)线性区：线性区：uo = Auo(u+ u)非线性区：非线性区：u+ u 时，时， uo = +Uo(sat) u+ u 时，时， uo = + Uo(sat) u+ u 时，时， uo = Uo(s

5、at) 不存在不存在 “虚短景象虚短景象 u+ u uoUo(sat)+Uo(sat) O饱和区饱和区3.1.4 主要参数主要参数1. 最大输出电压最大输出电压 UOPP 能使输出和输入坚持不失真关系的最大输出电压。能使输出和输入坚持不失真关系的最大输出电压。2. 开环差模电压增益开环差模电压增益 Auo 运放没有接反响电路时的差模电压放大倍数。运放没有接反响电路时的差模电压放大倍数。 Auo愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。6. 共模输入电压范围共模输入电压范围 UICM 运放所能接受的共模输入电压最大值。超出此值，运放所能接受的共模

6、输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至呵斥器件损坏。运放的共模抑制性能下降，甚至呵斥器件损坏。3. 输入失调电压输入失调电压 UIO3. 输入失调电流输入失调电流 IIO5. 输入偏置电流输入偏置电流 IIB一、从一个例子说起一、从一个例子说起输入量：输入量：ui、ube、ib反响反响将电子系统输出回路的电量电压或电流，以一定将电子系统输出回路的电量电压或电流，以一定的方式送回到输入回路的过程。的方式送回到输入回路的过程。3.2 运算放大器电路中的反响运算放大器电路中的反响输出量：输出量：uo、uce、ic正向传输正向传输信号从输入端到输出端的传输信号从输入端到输出端的传输TU

7、BEICICUEIB+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReCeIC稳定任务点电路：稳定任务点电路：UB一一定定二二. 几个根本概念几个根本概念1. 开环与闭环开环与闭环电路中只需正向传输，没有反电路中只需正向传输，没有反向传输，称为开环形状。向传输，称为开环形状。正向传输正向传输信号从输入端到信号从输入端到输出端的传输输出端的传输反向传输反向传输信号从输信号从输出端到输入端的传输出端到输入端的传输既有正向传输，又有反响既有正向传输，又有反响 称为称为闭环形状。闭环形状。uu+f1oi+RRuuo+i信号的正信号的正向传输向传输信号的正信号的正向传输向传输反响传输反响传输

8、(通路通路)反响网反响网络络直流反响直流反响假设电路将直流量反响到输入假设电路将直流量反响到输入回路，那么称直流反响。回路，那么称直流反响。2.直流反响与交流反响直流反响与交流反响 该电路引入直流反响的目的，是为了稳定静态任该电路引入直流反响的目的，是为了稳定静态任务点务点Q。交流反响交流反响假设电假设电路将交流量反响到输路将交流量反响到输入回路，那么称交流入回路，那么称交流反响。反响。如去掉电容如去掉电容Ce交流反响，影响电路的交流反响，影响电路的交流任务性能。交流任务性能。直流反响直流反响交流反响交流反响+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReCeICic 解：根据反

9、响到输入端的信号是交流还是直流还是同时解：根据反响到输入端的信号是交流还是直流还是同时存在，来进展判别。存在，来进展判别。例：判别以下图中有哪些反响回路，是交流反响还是直流反响。例：判别以下图中有哪些反响回路，是交流反响还是直流反响。uu+1A+RfRoiC22R1C交、直流反交、直流反响响交流反响交流反响 留意电容的留意电容的“隔直通交作用！隔直通交作用！本级反响本级反响反响只存在于某一级放大反响只存在于某一级放大器中器中 级间反响级间反响反响存在于两级以上的放大器中反响存在于两级以上的放大器中例例3.本级反响与级间反响本级反响与级间反响VVfL+VCC+TRbe+e2Rc2c1-O-uRf

10、uRRCb1b1Rb2Cu+-2T1+iu-Re1级间反响级间反响本级反响本级反响本级反响本级反响RB1RCC1C2RB2RERL+UCCuiuo+esRB+UCCC1C2RERLui+uo+RSdoXXA ofXXF fidXXX fXdXoXiX+fidXXX 净输入信号净输入信号假设三者同相，那么假设三者同相，那么 Xd = Xi XffXdXoXiX+引入交流引入交流负反响的负反响的目的：改目的：改善放大电善放大电路的性能路的性能引入直流引入直流 负反响的负反响的目的：稳目的：稳定静态任定静态任务点务点1) 根据反响所采样的信号不同，可以分为电压反响根据反响所采样的信号不同，可以分为电

11、压反响 和电流反响。和电流反响。 电流负反响具有稳定输出电流、电流负反响具有稳定输出电流、增大输出电阻的作用。增大输出电阻的作用。 电压负反响具有稳定输出电压、电压负反响具有稳定输出电压、减小输出电阻的作用。减小输出电阻的作用。假设反响信号取自输出电压，叫电压反响。假设反响信号取自输出电压，叫电压反响。假设反响信号取自输出电流，叫电流反响。假设反响信号取自输出电流，叫电流反响。2) 根据反响信号在输入端与输入信号比较方式的根据反响信号在输入端与输入信号比较方式的 不同，可以分为串联反响和并联反响。不同，可以分为串联反响和并联反响。反响信号与输入信号串联，即反响信号与输入反响信号与输入信号串联，

12、即反响信号与输入信号以电压方式作比较，称为串联反响。信号以电压方式作比较，称为串联反响。反响信号与输入信号并联，即反响信号与输入反响信号与输入信号并联，即反响信号与输入信号以电流方式作比较，称为并联反响。信号以电流方式作比较，称为并联反响。串联反响使电路的输入电阻增大，串联反响使电路的输入电阻增大，并联反响使电路的输入电阻减小。并联反响使电路的输入电阻减小。负负反反响响交流反响交流反响直流反响直流反响电压串联负反响电压串联负反响电压并联负反响电压并联负反响电流串联负反响电流串联负反响电流并联负反响电流并联负反响稳定静态任务点稳定静态任务点1.1.直流反响与交流反响直流反响与交流反响留意电容的留

13、意电容的“隔直通交作用隔直通交作用试判别以下图电路中有哪些反响支路，各是直流反响还是交流试判别以下图电路中有哪些反响支路，各是直流反响还是交流反响？反响？+V+_-+1R5R6RccRO2u4uRi3R7R3CC1C2C4 3.2.1 反响类型及判别方法2.2.反响极性：正反响与负反响反响极性：正反响与负反响断定方法断定方法“瞬时极性法瞬时极性法试判别以下电路中反响支路的反响极性。试判别以下电路中反响支路的反响极性。对于串联反响：输入量与反响量作用在不同的两点上，假设输入量对于串联反响：输入量与反响量作用在不同的两点上，假设输入量与反响量的瞬时极性一样为负反响，瞬时极性相反为正反响。与反响量的

14、瞬时极性一样为负反响，瞬时极性相反为正反响。对于并联反响：输入量与反响量作用在同一点上，假设反响元件两对于并联反响：输入量与反响量作用在同一点上，假设反响元件两端瞬时极性相反为负反响，瞬时极性一样为正反响。端瞬时极性相反为负反响，瞬时极性一样为正反响。+V+_-+1R5R6RccRO2u4uRi3R7R3CC1C2C4uu+RofA+i1RVVA+2A1uiOu1RR2R3R45RR6VV+A+uOiu1RR2CC+V3RU+VUcc2RR1Ouiu3. 取样方式取样方式电压反响与电流反响电压反响与电流反响 假设输出端交流短路假设输出端交流短路RL=0，即，即uo=0，假，假设反响信号消逝了，

15、那么为电压反响；假设反响设反响信号消逝了，那么为电压反响；假设反响信号依然存在，那么为电流反响。信号依然存在，那么为电流反响。电压反响：反响信号的大小与输出电压成比电压反响：反响信号的大小与输出电压成比 例。例。判别方法判别方法负载短路法：负载短路法：电流反响：反响信号的大小与输出电流成比电流反响：反响信号的大小与输出电流成比 例。例。试判别以下电路中引入的反响是电压反响试判别以下电路中引入的反响是电压反响还是电流反响。还是电流反响。+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReic+u-f+R1bCCTCRVRu+-Lo-+uieC2Su+-RSf-u+VVA+2A1uiOu

16、1RR2R3R45RR6+_+V-+cciuuO1RR23RR4R56Ru-uR+1f-o+LRR+iA+-du+-fuoi 4.比较方式串联反响和并联反响串联反响：反响信号与输入信号加在放大电路输串联反响：反响信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。有：入回路的两个电极。有：ud = ui -uf并联反响：反响信号与输入信号加在放大电路输并联反响：反响信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极。有：入回路的同一个电极。有：id = ii -if 此时反响信号与输入信号是电压相加减的关系。此时反响信号与输入信号是电压相加减的关系。此时反响信号与输入信号是电流相加减的关系。此时反响信号

17、与输入信号是电流相加减的关系。反响到基极为并联反响反响到基极为并联反响反响到发射极为串联反响反响到发射极为串联反响ib= ii ifibiiifube= ui uf+uiube+ufuoRL+RLioiERB1RCC1C2RB2RERL+UCCuiuo+RSeS+RB1RCC1C2RB2RERL+UCCuiuo+RSeS+ 假设有发射极旁路电容，假设有发射极旁路电容， RE中仅有直流分量中仅有直流分量的信号经过的信号经过 ，这时，这时RE引入的那么是直流反响。引入的那么是直流反响。E例例1 1：例例1 1： 3) 判别反响类型判别反响类型净输入信号：净输入信号： ui ui 与与 uf uf

18、串串联联, ,以电压方式以电压方式比较比较串联反响串联反响 ui ui正半周时正半周时,uf,uf也是也是正半周正半周, ,即两者同相即两者同相 uf uf 正比于输出电流正比于输出电流电流反响电流反响+ uf+ RB1RCC1C2RB2RERL+UCCuiuo+RSeS+ieube ube = ui - uf ube = ui - uf uf = ie uf = ie RERE Ube = Ui - Uf Ube = Ui - Uf 可见可见 Ube Ui , Ube Ui , 反响电压反响电压Uf Uf 减弱了净输入电压减弱了净输入电压 ic RC ic RC RB1RCC1C2RB2RE

19、RL+UCCuiuo+RSeS+IcUfUbeibIc uf ic RE + uf+ ube Ube = Ui - Ube = Ui - UfUf 交、直流分量的信号均可经过交、直流分量的信号均可经过 RF，所以所以 RF引入的是交、直流反响。引入的是交、直流反响。+UCCRCC1RF+RS+C2+RLeSuiuo净输入信号：净输入信号： ii ii 与与 if if 并并联，以电流方式联，以电流方式比较比较并联反响并联反响 ii ii 正半周时，正半周时，if if 也也是正半周，即两者同是正半周，即两者同相相负反响负反响FobefRuui 并联电压负反响并联电压负反响 +UCCRCC1RF

20、+RS+C2+RLeSuiuoiiibifFoRu ib = ii - if ib = ii - if Ib = Ii - If Ib = Ii - If 可见可见 Ib Ii , Ib 1，称为深度负反响，此时：，称为深度负反响，此时：FA1f 例：例：|A|=300|A|=300，|F|=0.01|F|=0.01。7501. 030013001 f AFAA则：则：%6d AA若：若：%.%.51)6(01030011 AAAFAAd11d ff 则则：Auiufuduo大大略小略小略大略大略小略小略大略大 uoAF小小接近正弦波接近正弦波正弦波正弦波uiBWFABW)1(of 无负反响无

21、负反响f|Au|9900101000110001 00f.FAAA 则：则：在原上限、下限频率处在原上限、下限频率处68770701707000LHf.FA.A.A 、70709630990687fLHf.AA 、uiubeib+在同样的在同样的 ib ib下，下，ui= ube + uf ubeui= ube + uf ube，所以，所以 rif rif 提高。提高。i0if)1(rFAr biiiur 无负反响时：无负反响时：有负反响时：有负反响时：biifiur uf+bbeiu (1) 串联负反响使输入电阻添加 无反响时： 有反响时：idiii=iuiuR )(1iAFR iiif=i

22、uRifd=iuu iod=iFuu idd=iAFuu id)1(=iAFu +RiuooR-Riu+-+duii+o-uLRAi+Ro+oLiuiA+ouRu-dRiu+-RRfu-f+R1ifi(2)并联负反响使输入电阻减小并联负反响使输入电阻减小 无反响时： 有反响时：diiii=iuiuR iiif=iuRfdi=iiu Fuiuodi= AFiiuddi= )1(=diAFiu AFR 1=i+ARu-Li+uoRiR-Rd+-+diuoifouiRffii+uoLiRu-uiuAo+Rid-R+-oi+RdiiFArr0ifi1 ifbbeiiur 无负反响时：无负反响时：有负反

23、响时：有负反响时：ibeifiur iiibube+6 6 负反响对输出电阻的影响负反响对输出电阻的影响 电压负反响稳定输出电压当负载变化时恒压源输出电阻小。(1) 电压负反响使输出电阻减小电压负反响使输出电阻减小 电流负反响稳定输出电流当负载变化时恒流源输出电阻大。(2) 电流负反响使输出电阻提高电流负反响使输出电阻提高o0of)1(rFAr FArr0oof1 电压负反响具有稳定输出电压的作用，电压负反响具有稳定输出电压的作用，即有恒压输出特性，故输出电阻降低。即有恒压输出特性，故输出电阻降低。 电流负反响具有稳定输出电流的作用，电流负反响具有稳定输出电流的作用，即有恒流输出特性，故输出电

24、阻提高。即有恒流输出特性，故输出电阻提高。为改善性能引入负反响的普通原那为改善性能引入负反响的普通原那么么 要稳定直流量要稳定直流量引直流负反响引直流负反响 要稳定交流量要稳定交流量引交流负反响引交流负反响 要稳定输出电压要稳定输出电压 引电压负反响引电压负反响 要稳定输出电流要稳定输出电流 引电流负反响引电流负反响 要增大输入电阻要增大输入电阻 引串联负反响引串联负反响 要减小输入电阻要减小输入电阻 引并联负反响引并联负反响一一. 产生自激振荡的缘由及条件产生自激振荡的缘由及条件1. 自激振荡景象自激振荡景象 在不加输入信号的情况下，放大电路仍会产生一定频在不加输入信号的情况下，放大电路仍会

25、产生一定频率的信号输出。率的信号输出。3.3 负反响放大电路的自激振荡及消除方法负反响放大电路的自激振荡及消除方法+iL+u-+u放大器放大器-oR fidXXX 根本放大电路根本放大电路AdX oX 反响网络反响网络FfX iX +2. 产生自激振荡的缘由产生自激振荡的缘由 中频时：中频时： |idXX 高频或低频时，放大器产生的附加相移到达高频或低频时，放大器产生的附加相移到达180时。时。为负反响。为负反响。 |idXX 变为正反响。变为正反响。 此时，假设满此时，假设满足足|dfXX 那么那么Xi=0，仍会有输出信号。，仍会有输出信号。 3. 自激振荡的条件自激振荡的条件1FA幅值条件

26、幅值条件180) 12(fan相位条件附加相移相位条件附加相移根本放大电路根本放大电路AdX oX 反响网络反响网络FfX iX + fdXX 0ddXFAX 自激振荡条件：自激振荡条件：1 FA分解为幅值条件与相位条件：分解为幅值条件与相位条件：由以上分析知：由以上分析知：二二. 自激振荡的消除方法自激振荡的消除方法思索思索 假设假设 在在0dB线以上只需一个转机频率，那么线以上只需一个转机频率，那么无论反响深度如何，电路都能稳定任务，对吗？无论反响深度如何，电路都能稳定任务，对吗？Alg20 0dB线以上只需一个转机频率，那么线以上只需一个转机频率，那么在在0dB线以上的线以上的Alg20

27、 斜率为斜率为-20dB/十倍频程。十倍频程。无论反响深度如何，相交点都交在无论反响深度如何，相交点都交在 的的-20dB/十倍频十倍频程处，放大电路是稳定的。程处，放大电路是稳定的。Alg20 因此，消除自激振荡的指点思想是，人为地降低第一个极因此，消除自激振荡的指点思想是，人为地降低第一个极点的频率，拉大它与第二个极点频率之间的间隔，确保相交点的频率，拉大它与第二个极点频率之间的间隔，确保相交点出如今第一、二极点频率之间，即相交在点出如今第一、二极点频率之间，即相交在-20dB/十倍频程十倍频程处。处。1. 电容补偿法电容补偿法 同前例，为了对它进展频率补偿，在产生主极点的电容同前例，为了对它进展频率补偿，在产生主极点的电容旁边并联电容旁边并联电容C P，这样使，这样使fp1发生了改动，令发生了改动，令 f p2