第16章大学电工ppt课件

1、 前面介绍的分立电路前面介绍的分立电路, ,就是由各种独立元件联接起就是由各种独立元件联接起来的电子电路。这一章我们要给大家介绍集成电路，来的电子电路。这一章我们要给大家介绍集成电路，就是把整个电路的各个元件以及相互之间的联线同就是把整个电路的各个元件以及相互之间的联线同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的整体。它具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性好、整体。它具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性好、价格便宜等特点，所以一经问世，就获得了广泛的价格便宜等特点，所以一经问世，就获得了广泛的应用，标志着电子技术的一个新的飞跃。应用，标志着电子技术的一

2、个新的飞跃。 就集成度而言，集成电路有小规模、中规模、大规就集成度而言，集成电路有小规模、中规模、大规模和超大规模之分。就导电类型而言，有双极型、模和超大规模之分。就导电类型而言，有双极型、单极型和两者兼容的。就其功能而言，有数字集成单极型和两者兼容的。就其功能而言，有数字集成电路和模拟集成电路，后者又有集成运算放大器、电路和模拟集成电路，后者又有集成运算放大器、集成功率放大器、集成稳压电源等多种。集成功率放大器、集成稳压电源等多种。 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。是发展最早、应用最广泛的级直接耦合放大电路。是发展最早、应用

3、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 1011ro 低低: 几十几十 几百几百KCMR高高: 70dB130dBuo+Auou+u。 。+UCCUEE 输入端输入端输出端输出端输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置偏置电路电路输入级：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，都采用带恒流源的差分放大电路信号，都采用带恒流源的差分放大电路 。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。+UCCUEEu

4、u+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 输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。 偏置电路主要为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电路主要为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点，一般由各种恒流偏置电流，决定各级的静态工作点，一般由各种恒流源电路组成。源电路组成。 在应用集成运放时在应用集成运放时, ,需要知道它的几个管脚的用途需要知道它的几个管脚的用途以及放大器的主要参数以及放大器的主要参

5、数, ,至于它的内部电路结构如何一至于它的内部电路结构如何一般是无关紧要的。般是无关紧要的。 集成运算放大器有铝壳封装和双列直插式塑壳封集成运算放大器有铝壳封装和双列直插式塑壳封装两种。装两种。 常有七个引脚，常有七个引脚， 如下图，如下图， 用途是：用途是：F0072341567+15V-15VRP输出端输出端反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端1 1和和5 5为外接调为外接调零电位器的两零电位器的两个端子。个端子。 2 2为反相输入端，由此端接输入信号，则输出信号为反相输入端，由此端接输入信号，则输出信号与输入信号是反相的或两者极性相反）。与输入信号是反相的或两者极性相反）。 3 3为

6、同相输入端，由此端接输入信号，则输出信号为同相输入端，由此端接输入信号，则输出信号与输入信号是同相的或两者极性相同）。与输入信号是同相的或两者极性相同）。 4 4为负电源端，为负电源端，接接-15V-15V稳压电源。稳压电源。 7 7为正电源端，为正电源端，接接+15V+15V稳于电源。稳于电源。 6 6为输出端。为输出端。 F0072341567+15V-15VRP输出端输出端反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端16.1.3 主要参数主要参数1. 最大输出电压最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。2. 开环差模电压

7、增益开环差模电压增益 Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。运放没有接反馈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 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。3. 输入失调电压输入失调电压 UIO4. 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 IIB1. 理想运算放大器理想运算放大器Auo ， rid

8、，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+ 0 ui = Ui 0时，时，| T(j)| 衰减很快衰减很快 显然，电路能使低于显然，电路能使低于0的的信号顺利通过，衰减很小，信号顺利通过，衰减很小，而使高于而使高于0的信号不易通的信号不易通过，衰减很大，称一过，衰减很大，称一 阶有源阶有源低通滤波器。低通滤波器。 为了改善滤波效果，为了改善滤波效果，使使 0 时信号衰减时信号衰减得更快些，常将两

9、节得更快些，常将两节RC滤波环节串接起来，组滤波环节串接起来，组成二阶有源低通滤波器。成二阶有源低通滤波器。uoRFCR+ R1+ui+RC一阶一阶二阶二阶 幅频特性幅频特性f021uA 0| Auf0 | T(j) | O 01F1Fioj11j111 RRRCRRUUi1jUCRRU URRU)(11FouiuoRFCR+ R1+设输入为正弦波信号，则有设输入为正弦波信号，则有故：故：1oRC称截止角频率称截止角频率 可见，电路使频率大于可见，电路使频率大于0 的信号通过的信号通过 ，而小于，而小于0 的信号被阻止，称为有源高通滤波器。的信号被阻止，称为有源高通滤波器。 ,0时时当当 ,时

10、时当当 20f0)(1)(j uATf0)(juAT 0)(j T 01Fioj11)(j)(j)(j RRUUT 0f0j1 uA其模为其模为,0时时当当 2)(jf0uAT 幅频特性幅频特性f021uA 0| Auf0 | T(j) | O模拟开关模拟开关模拟输入信号模拟输入信号 SuC+ui+uo+ 采样保持电路，多用于模采样保持电路，多用于模 - 数转换电路数转换电路A/D之之前。由于前。由于A/D 转换需要一定的时间，所以在进行转换需要一定的时间，所以在进行A/D 转换前必须对模拟量进行瞬间采样，并把采样值保转换前必须对模拟量进行瞬间采样，并把采样值保存一段时间，以满足存一段时间，以

11、满足A/D 转换电路的需要。转换电路的需要。采样存储采样存储电容电容控制信号控制信号电压跟随器电压跟随器uitouGto采样速度采样速度 愈高，愈接近模拟信号的变化情况。愈高，愈接近模拟信号的变化情况。 SuC+ui+uo+ 运放工作在开环状态或引入正反馈。运放工作在开环状态或引入正反馈。uo u+ u Uo(sat)+Uo(sat)饱和区饱和区O电压传输特性电压传输特性阈值电压阈值电压(门限电平门限电平)：输出跃变所对应的输入电压。：输出跃变所对应的输入电压。 uiuoOURURuouiR2+ R1+可见，在可见，在 ui =UR 处输出电压处输出电压 uo 发生跃变。发生跃变。参考电压参考

12、电压动画动画uitOUROuot +Uo (sat) Uo (sat)t1 t2URuouiR2+ R1+电压传输特性电压传输特性uiuoOURui UR，uo=+ Uo (sat)ui UR，uo= Uo (sat)URuouiR2+ R1+uiuoURR2+ R1+ Uo(sat) +Uo(sat)uiuoOUR电压传输特性电压传输特性uiuoOURURuouiR2+ R1+uiuoURR2+ R1+Ot +Uo(sat) Uo(sat)uouitOUROuot +Uo (sat) Uo (sat)t1 t2UZ UZuoRDZURuouiR2+ R1+电压传输特性电压传输特性 Uo(sa

13、t) +Uo(sat)uiuoOURURuouiR2+ R1+tuituo+Uo(sat)Uo(sat) o(sat)2 1 2RURRRU o(sat)F 2 2RURRRU 动画动画 RCtCCCCeuuutu 0RU RU o(sat)F 2 2R2o(sat)o(sat)F 2 2 R0URRRUtuUuURRRUuCCC o(sat)F 2 2R3o(sat)o(sat)F 2 2R0URRRUtuUuURRRUuCCC F 22121ln2RRRCTTT F 221ln211RRRCTfA1：滞回比较器：滞回比较器 因因 u- = 0 ，所以当，所以当 u+ = 0时，时，A1状态

14、状态改变改变，0o2111o2121 uRRRuRRRu当当 时时，即即当当 Z121o12oURRuRRu Cuo1R3DZR2+ R6uoR5R4+ A2A1R1动画动画TT1T2T = T1+ T2 = 2T1 = 2T2RCRRTf2141 tRCUuio uo1 UZ UZRCUURRTTZZ12212 tOuoZ12URRZ12URR (1) 改变比较器的输出改变比较器的输出 uo1、电阻、电阻R1 、R2 即可即可改变三角波的幅值。改变三角波的幅值。 (2) 改变积分常数改变积分常数RC 即可改变三角波的频率。即可改变三角波的频率。动画动画Z12URRZ12URR O动画动画16

15、.5.1 集成运放的选择集成运放的选择 集成运放按其性能指标可分为通用型、专用型。专集成运放按其性能指标可分为通用型、专用型。专用型又分为高速型、高阻型、低功耗型、大功率型、用型又分为高速型、高阻型、低功耗型、大功率型、高精度型等。高精度型等。 使用集成运放首选通用型，因为通用型的即可满使用集成运放首选通用型，因为通用型的即可满足一般的性能要求，特殊场合要选用专用型。如快足一般的性能要求，特殊场合要选用专用型。如快速速A/D和和D/A转换、高速采样转换、高速采样保持电路要选用高速保持电路要选用高速型，高阻型主要用于测量放大器、有源滤波等电路型，高阻型主要用于测量放大器、有源滤波等电路中，低功耗

16、型主要用于对能源有严格要求的遥测、中，低功耗型主要用于对能源有严格要求的遥测、遥感、空间技术等。遥感、空间技术等。16.5.2消振消振 由于集成运放内部晶体管的极间电容和其它寄生由于集成运放内部晶体管的极间电容和其它寄生参数的影响，运放电路很容易产生自激振荡，破坏参数的影响，运放电路很容易产生自激振荡，破坏正常工作。为此，要注意消振。有的集成运放有消正常工作。为此，要注意消振。有的集成运放有消振端，只要按规定接入振端，只要按规定接入消振电容或消振电容或RC消振电消振电路，就可以消除自激振路，就可以消除自激振荡。目前，很多集成运荡。目前，很多集成运放内部已接消振元件，放内部已接消振元件，使用时，不需再外接消使用时，不需再外接消振电路。振电路。7-+23 4 5+6RC16.5.3调零调零 由于集成运放内部不完全对称，因而当输入信由于集成运放内部不完全对称，因而当输入信号为零时，仍有输出信号，故使用时需设置调零电号为零时，仍有输出信号，故使用时需设置调零电路。有的运放设有调零端，在调零端接入规定阻值路。有的运放设有调零端，在调零端接