南航电工电子312lhc

1、第三章第三章 集集 成成 运运 算算 放放 大大 器器运算放大器的结构及基本参数运算放大器的结构及基本参数 基本运算电路基本运算电路比例电路比例电路 加减电路加减电路 有源滤波器有源滤波器 电压比较器电压比较器 运放电路中的负反馈运放电路中的负反馈 积分和微分电路积分和微分电路 采样保持电路采样保持电路电子电路电子电路分立元件电路分立元件电路由各种单个元件及连线构成的电路由各种单个元件及连线构成的电路集成电路集成电路将整个电路的各个元件及连线同时制造将整个电路的各个元件及连线同时制造 在一块芯片内在一块芯片内就集成度而言，集成电路分为小规模、就集成度而言，集成电路分为小规模、中规模、中规模、大

2、规大规 模、超大规模和极大规模集成电路模、超大规模和极大规模集成电路小规模集成电路的集成度是小规模集成电路的集成度是1 1100,100,中规模集成电路的集成度是中规模集成电路的集成度是1001001000,1000,大规模集成电路的集成度是大规模集成电路的集成度是100010001010万万, ,超大规模集成电路的集成度是超大规模集成电路的集成度是1010万万100100万万, ,极大规模集成电路的集成度大于极大规模集成电路的集成度大于100100万万SSI Small Scale IntegrationMSI Medium Scale IntegrationLSI Large Scale

3、IntegrationVLSI Very Large Scale IntegrationSLSI Super Large Scale Integration 1 2 3 4F0078 7 6 5集成电路集成电路双极型双极型（导电粒子为正负电荷）（导电粒子为正负电荷）单极型单极型（导电粒子为正或负电荷）（导电粒子为正或负电荷）按功能分类按功能分类按导电类型分类按导电类型分类集成电路集成电路模拟集成电路模拟集成电路数字集成电路数字集成电路集成运算放大器集成运算放大器集成模拟乘法器集成模拟乘法器集成锁相环集成锁相环集成运放：一种具有集成运放：一种具有高开环放大倍数高开环放大倍数并带有并带有深度深度

4、负反馈负反馈的多级直接耦合放大电路的多级直接耦合放大电路3.1 集成运放简介集成运放简介集成运放构成了现代电子电路最基本的单元，应用极广泛集成运放构成了现代电子电路最基本的单元，应用极广泛使用集成电路如集成运放时使用集成电路如集成运放时只需注意其外部特性，如芯片只需注意其外部特性，如芯片管脚、主要参数等管脚、主要参数等。对其内部电路及工艺只需作一般了解。对其内部电路及工艺只需作一般了解3.1.1 集成运放的特点集成运放的特点 集成运放的封装外形主要采用集成运放的封装外形主要采用双列直插式双列直插式及及贴片式贴片式 1 2 3 4F0078 7 6 5集成运放的特点：集成运放的特点：（1）集成电

5、路中一般不使用电容（制作工艺不允许）集成电路中一般不使用电容（制作工艺不允许）如必须使用，则采取如必须使用，则采取外接外接的方法的方法（2）芯片内电阻的取值范围不大（）芯片内电阻的取值范围不大（10020k），电阻），电阻的精度较低。高阻值的电阻一般用晶体管恒流源来代替的精度较低。高阻值的电阻一般用晶体管恒流源来代替当晶体管工作于放大区时，当晶体管工作于放大区时，IB一定，则一定，则IC 几乎不变，可几乎不变，可视为恒流源，其动态电阻很大。视为恒流源，其动态电阻很大。604020)(VUCE)(mAICCE（3）集成电路的二极管都采用三极管构成）集成电路的二极管都采用三极管构成BCEBCECE

6、输入级：零漂小，抑制共模干扰，输入级：零漂小，抑制共模干扰，ri大大3.1.2 集成运放的基本组成集成运放的基本组成 集成运放的输入级都采用差动放大电路，工艺相同，集成运放的输入级都采用差动放大电路，工艺相同，电路参数基本对称，抑制零漂的能力大大增强电路参数基本对称，抑制零漂的能力大大增强输入级的两个输入端构成了整个电路的输入级的两个输入端构成了整个电路的同相输入端同相输入端和和反反相输入端相输入端输入级输入级输出级输出级中间级中间级偏置电路偏置电路输入端输入端输出端输出端输出级输出级一般由一般由射级输出器或互补射极跟随器射级输出器或互补射极跟随器组成，以降低组成，以降低输出电阻输出电阻中间级

7、中间级主要是提高放大倍数，由一级或多级放大电路组成主要是提高放大倍数，由一级或多级放大电路组成输入级输入级输出级输出级中间级中间级偏置电路偏置电路输入端输入端输出端输出端偏置电路偏置电路的作用是为上述各级电路提供稳定和合适的偏置的作用是为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流。运放的工作电源一般为对称的正负电源（如电流。运放的工作电源一般为对称的正负电源（如+15V）2341576输出输出同相输入同相输入反相输入反相输入+15V15V k10 k1F007运放的电路符号运放的电路符号 uou_+ u326A 1 2 3 4F0078 7 6 51、最大输出电压、最大输出电压UOPP3.1.3 集

8、成运放的主要参数集成运放的主要参数 在输出电压在输出电压 uo 与输入电压与输入电压（u+ - u- ）保持不失真关系保持不失真关系的前提下的最大输出电压，与电源电压有关。的前提下的最大输出电压，与电源电压有关。2、开环差模电压放大倍数、开环差模电压放大倍数Aud uuuAoud（一般为（一般为 ，即，即80140dB）741010 uou_+ u326A3、输入电阻、输入电阻ir4、输入失调电压、输入失调电压UIO为使此时的输出电压为零，在输入级加的补偿电压为使此时的输出电压为零，在输入级加的补偿电压称为输入失调电压称为输入失调电压在输入电压为零时，输出电压不一定为零在输入电压为零时，输出电

9、压不一定为零 uou_+ u326A UUUIO5、输入失调电流、输入失调电流IIO在输出电压为零时，两个输入端静态电流之差在输出电压为零时，两个输入端静态电流之差BNBPIOIII BNIBPIou_+A6、输入偏置电流、输入偏置电流IIBBNIBPIou_+A2BNBPIBIII 7、最大共模输入电压、最大共模输入电压UICM即允许输入的最大共模输入电压，超过这个电压运放即允许输入的最大共模输入电压，超过这个电压运放将不具备共模抑制能力甚至被损坏将不具备共模抑制能力甚至被损坏 uou_+ u326udA)( uuAuudo一般为一般为741010 udA uou+ uudA uuou)(s

10、atoU )(satoU 8、运放的电压传输特性、运放的电压传输特性)( uufuo3.1.4 理想集成运放理想集成运放一、理想运放的性能指标一、理想运放的性能指标（1）开环差模电压放大倍数）开环差模电压放大倍数 Aud= （2）差模输入电阻无穷大）差模输入电阻无穷大 idr（3）输出电阻为零）输出电阻为零0 or（4）共模抑制比无穷大）共模抑制比无穷大 CMRRK今后分析运放时一律将其视为理想运放今后分析运放时一律将其视为理想运放 uou_+ u 理想运放的电路符号理想运放的电路符号二、理想运放的工作区域二、理想运放的工作区域 uou+ uudA udA uuou)(satoU )(sato

11、U uuou)(satoU )(satoU 1、非线性区域、非线性区域时）时）当当 uuUusatoo()(时）时）当当 uuUusatoo()( uuou)(satoU )(satoU uou+ uudA输出与输入之间不成线性关系，输出与输入之间不成线性关系， 很显然运放开环时处于非线性区很显然运放开环时处于非线性区 uuou)(satoU )(satoU 如果引入正反馈（即输出端与同相输入端相连），如果引入正反馈（即输出端与同相输入端相连），则闭环放大倍数更大，运放也处于非线性区则闭环放大倍数更大，运放也处于非线性区ou+ uudAF u uou_+ u 0 ii 差模输入电阻无穷大差模输

12、入电阻无穷大 idr两个输入端的电流近似为零，称为两个输入端的电流近似为零，称为“虚断路虚断路”，简称，简称“虚虚断断”2、线性区域、线性区域希望运放的输出与输入之间能满足线性关系希望运放的输出与输入之间能满足线性关系为为有有限限值值，而而但但此此时时ouduA 0 uu两个输入端的电位近似相等，即两个输入端的电位近似相等，即“虚短路虚短路”，简称，简称“虚短虚短” uou+ uudA)( uuAuudo同时很小的输入会导致输出或正向饱和或负向饱和，因同时很小的输入会导致输出或正向饱和或负向饱和，因此必须引入负反馈，以降低闭环放大倍数此必须引入负反馈，以降低闭环放大倍数 uou+ uudAF同

13、理差模输入电阻无穷大同理差模输入电阻无穷大 idr0 ii uou_+ u 虚短和虚断是理想运放工作于线性区时的两个重要特点虚短和虚断是理想运放工作于线性区时的两个重要特点理想运放的工作区域理想运放的工作区域线性区域线性区域非线性区域非线性区域输出端与反相输入端有电路相连（有负反馈）输出端与反相输入端有电路相连（有负反馈）开环或有正反馈开环或有正反馈 uou_+ u uou_+ u uou_+ u 分析含有运放的电路时，首先必须判断出运放是工作分析含有运放的电路时，首先必须判断出运放是工作于线性区还是非线性区于线性区还是非线性区 3-2 基本运算电路基本运算电路一、比例运算电路一、比例运算电路

14、1、反相比例运算电路、反相比例运算电路iufi1i1R2RFR uou_+ u i i首先判断运放工作于线性区首先判断运放工作于线性区R2是平衡电阻，一般是平衡电阻，一般 R2= R1/RF即消除即消除静态基极电流静态基极电流对输出电压的影响对输出电压的影响iufi1i1R2RFR uou_+ u i i1R2RFR_+ 为使反相输入端和同相输入端对地的直流电阻一致为使反相输入端和同相输入端对地的直流电阻一致由由“虚断虚断”可知：可知：0 ii0 u由由“虚短虚短”可知：可知：0 uu（虚地）（虚地）1 RRuuAFiouf 111RuRuuiii FoFofRuRuui 1iFouRRu f

15、ii 1fii 1iufi1i1R2RFR uou_+ u i i反相（反相放大）反相（反相放大）与与负号：负号：iouu1 RRuuAFiouf 1iFouRRu 反相器反相器，若若ioufFuuARR 11iufi1i1R2RFRou_+ 2、同相比例运算电路、同相比例运算电路运放工作于线性区运放工作于线性区iufi1i1R2RFRou_+ 由由“虚短虚短”及及“虚断虚断” 可可知知R2= R1/RF0 iiiuuu fii 1110iRui FoifRuui iFouRRu)1(1 111 RRuuAFiouf为正为正1 ioufuuA电压跟随器电压跟随器如果如果R1= （断开）或（断开

16、）或RF= 0 iufi1i1R2RFRou_+ 3.2.2 加减运算电路加减运算电路一、加法运算一、加法运算R2= R11/R12 /R13 /RF0 ii0 uu3iufi13i13R2RFRou_+ 2iu12i1 iu11i11R12R11111Ruii 12212Ruii 13313Ruii 131211iiiif FofRui )(313212111iFiFiFouRRuRRuRRu 3iufi13i13R2RFRou_+ 2iu12i1 iu11i11R12R)(313212111iFiFiFouRRuRRuRRu 当当 时，时，1131211RRRR )(3211iiiFouu

17、uRRu 当当 时，时，FRR 1)(321iiiouuuu 反相加反相加二、减法运算二、减法运算0 ii2323iuRRRuu fi2RFRou_+ 1 iu1i2iu2i3R1R3i32ii fii 1FoiRuuRuu 111123231)(1(iFiFouRRuRRRRRu 两个输入端都有信号输入（差动输入）两个输入端都有信号输入（差动输入）1123231)(1(iFiFouRRuRRRRRu fi2RFRou_+ 1 iu1i2iu2i3R1R3i当当 时时321,RRRRF )(121iiFouuRRu 112RRuuuAFiiouf 减法运算减法运算)(12iiouuu 例例1：

18、 iFouRRRuS21 断断：+iuou1R2RFR4R3R+_ASiFAFouRRRRRRRuRRu3213222/ 0 uuiuRRRRRu32132A/ +iuou1R2RFR4R3R+_Ai3i2i1233211RuRuiiRuuiAAAi S合上合上例例2：1R2R1 iu1ou2 iu2ou3R4RFRouA1R2R3R4RA1ou2ouFRou11iouu 22iouu 1R2R3R4RA1ou2ouFRou求出求出uA，则，则uo 便可得出便可得出AouRRRuu434 1R2R3R4RA1ou2ouFRou432211RRuRuuRuuAAoAo 1R2R3R4RA1ou2

19、ouFRou1R2R3R4RA1ouFRou14321432)/()/(oAuRRRRRRRu 1R2R3R4RA2ouFR ou24312431 )/()/(oAuRRRRRRRu AAAuuu 求求uA也可用叠加法也可用叠加法1R2R3R4RA1ou2ouFRou也可用戴维宁定理也可用戴维宁定理3R4RFRouoRAou21/ RRRo 22oAouIRu 2121RRuuIoo 1R2RA1ou2ouAOuI443RRRRuuuoAoo 3R4RFRouoRAou估算估算VB、VC、VE（UBE=0.6V）测测量量电电路路 例例3：V12 K10K10K6V6V =？（2）若）若 电压表读数电压表读数 =200mV，VVVVVVCEB6 6 . 0 0 2010101020033AIB 501020101 63 BCII V12 K10K10K6V6VmAIC1106612 3 四、积分运算四、积分运算11Ruii dtduCdtduCioFcFc dtduCRuoFi 1积积分分时时间间常常数数FCR1 iuci1i1R2Rou_+ CF+_cudtuCRdtuCRutiFtiFo 010111有负反馈，运放工作于线性区有负反馈，运放工作于线性区）（），则则（有有初初始始电电压压若若01001CtiFoCFU