第5章 模拟集成电路及应用

1、Chapter51第第5 5章章 模拟集成电路及应用模拟集成电路及应用Chapter52主要内容主要内容 集成运算放大器集成运算放大器 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈 集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用 集成运算放大器的非线性应用集成运算放大器的非线性应用 模拟集成乘法器及应用模拟集成乘法器及应用 模拟集成功率放大器及应用模拟集成功率放大器及应用Chapter53 集成电路是集成电路是60年代初期发展起来的。年代初期发展起来的。 采用半导体制造工艺，在一小块硅单晶片上制作采用半导体制造工艺，在一小块硅单晶片上制作具有特定功能的电子线路。具有特定功能的电子线路。集成电路分为：

2、模拟集成电路与数字集成电路。集成电路分为：模拟集成电路与数字集成电路。 在模拟集成电路中，运算放大器（早期用于模拟在模拟集成电路中，运算放大器（早期用于模拟计算机的数学运算）发展最早，应用最广泛。计算机的数学运算）发展最早，应用最广泛。 随着集成技术与集成工艺的迅速发展，其他类随着集成技术与集成工艺的迅速发展，其他类型的模拟集成电路也取得了非常大的进展，型的模拟集成电路也取得了非常大的进展，如混频如混频器、调制器、宽带放大器、高频放大器、功率放大器、调制器、宽带放大器、高频放大器、功率放大器、电压比较器、器、电压比较器、A/D或或D/A转换器转换器等。等。Chapter545.1 5.1 集成

3、运算放大器集成运算放大器 运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造的高增益放大器。的高增益放大器。 它是模拟集成电路最重要的品种，广泛应用于它是模拟集成电路最重要的品种，广泛应用于用用于模拟运算、信号处理、信号测量、波形转换、自于模拟运算、信号处理、信号测量、波形转换、自动控制等领域。动控制等领域。 运算放大器的组成运算放大器的组成 运算放大器的符号与主要参数运算放大器的符号与主要参数 理想运算放大器理想运算放大器 运算放大器分类运算放大器分类Chapter555.1.1 5.1.1 集成运算放大器组成集成运算放大器组成中间级中间级输入级输入级偏置电

4、路偏置电路输出级输出级ui +ui 集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路。集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路。采用具有两个输入端采用具有两个输入端子的差动放大电路子的差动放大电路提供增益，通常是共射提供增益，通常是共射组态的放大电路组态的放大电路由有较强带负载能力的由有较强带负载能力的互补推挽电路组成互补推挽电路组成多数由恒流源多数由恒流源电路组成电路组成Chapter565.1.2 5.1.2 集成运算放大器的符号与主要参数集成运算放大器的符号与主要参数uouu +Auo1.运算放大器的符号运算放大器的符号信号传信号传输方向输方向实际运放开实际运放开环电压放大环电压放大倍数倍数

5、输出端输出端同相同相输入端输入端反相反相输入端输入端Chapter572. 运算放大器的主要参数运算放大器的主要参数uouu +Auo（1）开环差模电压放大倍数）开环差模电压放大倍数Auo uuuAouo无外加反馈时的差模电压放大倍数。无外加反馈时的差模电压放大倍数。Auo越大，电路越大，电路越稳定，运算精度也越高。一般为越稳定，运算精度也越高。一般为104107。（2）共模开环电压放大倍数）共模开环电压放大倍数Aco 反映集成运放抗温漂、抗共模干扰的能力，优反映集成运放抗温漂、抗共模干扰的能力，优质的集成运放质的集成运放Aco应接近于零。应接近于零。（3）共模抑制比）共模抑制比KCMR。综合

6、衡量集成运放的放大能力和抗温漂、抗共综合衡量集成运放的放大能力和抗温漂、抗共模干扰的能力，一般应大于模干扰的能力，一般应大于80dB。Chapter58（7）转换速率）转换速率SR 衡量集成运放对高速变化信号的适应能力，一般衡量集成运放对高速变化信号的适应能力，一般为几为几Vs，若输入信号变化速率大于此值，输出，若输入信号变化速率大于此值，输出波形会严重失真。波形会严重失真。（4）差模输入电阻）差模输入电阻rid差模信号作用下集成运放的输入电阻。差模信号作用下集成运放的输入电阻。uouu +Auo（5）输入失调电压）输入失调电压Uio为使输出电压为零，在输入级所加的补偿电压值。为使输出电压为零

7、，在输入级所加的补偿电压值。显然越小越好，一般为毫伏级。显然越小越好，一般为毫伏级。（6）失调电压温度系数）失调电压温度系数UioT。 温度变化温度变化T时所产生的失调电压变化时所产生的失调电压变化Uio的大小，的大小，直接影响集成运放的精度，一般为几十直接影响集成运放的精度，一般为几十VChapter59（1）通用型）通用型 性能指标适合一般性使用，其特点是性能指标适合一般性使用，其特点是电源电压适应范围广，允许有较大的输入电压等，电源电压适应范围广，允许有较大的输入电压等，如如CF741等。等。（2）低功耗型）低功耗型 静态功耗静态功耗2mW，如，如XF253等。等。（3）高精度型）高精度

8、型 失调电压温度系数在失调电压温度系数在1V左右，左右，能保证组成的电路对微弱信号检测的准确性，如能保证组成的电路对微弱信号检测的准确性，如CF75、CF7650等。等。（4）高阻型）高阻型 输入电阻可达输入电阻可达1012，如，如F55系列等。系列等。 还有宽带型、高压型等等。还有宽带型、高压型等等。3. 运算放大器的分类运算放大器的分类Chapter5105.1.3 5.1.3 集成运放的电压传输特性、理想模型集成运放的电压传输特性、理想模型 和分析依据和分析依据1. 电压传输特性电压传输特性实际运放电压传输特性实际运放电压传输特性uo uuO线性区线性区正饱和区正饱和区 负饱和区负饱和区

9、 )(uoo uuAu若若 Auo = 106 UO(sat) = 15 V则则 UIM = 0.015 mV运放要工作在线性运放要工作在线性区必须有负反馈区必须有负反馈uouu +AuoChapter5112. 理想运放模型理想运放模型1）开环电压放大倍数）开环电压放大倍数 2）开环输入电阻）开环输入电阻3）开环输出电阻）开环输出电阻4）共模抑制比）共模抑制比 ouA idr0or CMRRK在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理想的运算放大器。理想化的主要条件：想的运算放大器。理想化的主要条件：uouu + Chapter5123. 分析运放电

10、路的依据分析运放电路的依据)(oo uuAuu0)(oo uAuuu运放工作在线性区的依据运放工作在线性区的依据 相当于两输入端之间相当于两输入端之间短路短路，但又未真正短路，故，但又未真正短路，故称称 “虚短虚短” 相当于两输入端之间相当于两输入端之间断路断路，但又未真正断路，故，但又未真正断路，故称称 “ “虚断虚断”。2） i+i 0 1）u+ u 且且uo 为有限值为有限值， uoA idr u+ uuouu + i+i 0 Chapter513)(oo uuAuuuo uuO不再成立不再成立非线性区非线性区 非线性区非线性区 所以所以当当依然成立依然成立运放工作在非线性区的依据运放工

11、作在非线性区的依据当当 uu uuo(sat)oUu (sat)ooUu 时，时， uuUo 发生跃变发生跃变uouu + 时，时，2） i+i 0 1）u+ uChapter5145.2 5.2 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈5.2.1 反馈的基本概念反馈的基本概念 将放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或将放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部通过反馈网络回送到输入端，并参与对放大的全部通过反馈网络回送到输入端，并参与对放大的控制过程称反馈。控制过程称反馈。AoXiX无负反馈放大电路方框图无负反馈放大电路方框图1. 反馈的定义反馈的定义Chapter515fidXXX 带有负

12、反馈放大电路的方框图带有负反馈放大电路的方框图 输入信号输入信号 净输入信号净输入信号 反馈信号反馈信号 输出信号输出信号dXiXfXoX若三者同相，若三者同相，ifidXXXX idXX 电路为负反馈。电路为负反馈。则则iXF+fXdXAoX反馈电路反馈电路基本放大电路基本放大电路比较环节比较环节Chapter516反馈量取自输出电压为电压反馈，反馈量取自输出电压为电压反馈，取自输出电流为电流反馈；取自输出电流为电流反馈；反馈量以电流与输入信号比较为并联反馈；反馈量以电流与输入信号比较为并联反馈；反馈量以电压与输入信号比较为串联反馈。反馈量以电压与输入信号比较为串联反馈。在输入端在输入端电压

13、串联负反馈；电压串联负反馈；电压并联负反馈；电压并联负反馈；电流串联负反馈；电流串联负反馈；电流并联负反馈。电流并联负反馈。2. 反馈的类型反馈的类型iXF+fXdXAoX在输出端在输出端 根据反馈电路与基本根据反馈电路与基本放大电路在输入、输出放大电路在输入、输出端的连接方式不同，负反端的连接方式不同，负反馈有以下四种类型。馈有以下四种类型。Chapter5175.2.2负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态1.电压串联负反馈电压串联负反馈ui+R1R2RF+RLud+uf+uo 用电位的瞬时极性用电位的瞬时极性判别反馈的正、负。判别反馈的正、负。 净输入信号净输入信号 ifiduuuu 为负反馈为负反馈01F1fuRRRu 反馈电压取自输出电压，并与反馈电压取自输出电压，并与之成正比，故为电压反馈。之成正比，故为电压反馈。 uf 与与ui 在输入端以电压形式作串联比较，故为在输入端以电压形式作串联比较，故为串联反馈。串联反馈。 反馈组态判别反馈组态判别Chapter518 集成运算放大器在线