第4章集成电路(xs)课件

1、第4章集成运算放大器学习目标：（）了解差动放大电路的输入输出结构；（）掌握集成运放的符号及器件的引脚功能；（）理解集成运放实现放大、运算、滤波和比较等功能的典型电路；（）掌握安装使用集成运放构成的应用电路的方法。（）运用运放芯片LM324制作加法器、滤波器、比较器和三角波产生器。4.1 差动放大电路 4.1.1 基本差动放大电路 多级直流放大电路的零点漂移问题 直接耦合方式的最大缺点是零点漂移问题；零点漂移问题 输入端短接（uI =0） ，其输出端电压有忽大忽小缓慢地、无规则地变化的输出电压这种现象就称为零点漂移。 产生零点漂移的因素：温度变化、任何元器件参数的变化，电源的波动。 2.差分放大

2、电路的组成 电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。差动放大原理电路 +UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2两个输入、两个输出两管静态工作点相同基本差动电路利用电路的对称性，具有抑制零点漂移的能力。 温度TUo=( Uc1 - Uc2 )不变 （IC )2. 有信号输入时的工作情况 两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为零，即对共模信号没有放大能力。(1) 共模信号 ui1 = ui2大小相等、极性相同 差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平。+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+ui1ui2+T

3、2+共模信号 需要抑制+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T22. 有信号输入时的工作情况两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，(2) 差模信号 ui1 = ui2大小相等、极性相反uo= (VC1VC1 )(VC2 + VC ) =2 VC1 即对差模信号有放大能力。+差模信号 是有用信号(3) 比较输入 ui1 、ui2 大小和极性是任意的。 一对比较信号ui1 、ui2 可以看成是一对共模信号和一对差模信号的叠加。 式中 放大器只 放大两个 输入信号 的差值信 号差分 放大电路。 例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV ui2 = 8 mV 2

4、 mV 例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV 可分解成: ui1 = 18 mV + 2 mV ui2 = 18 mV 2 mV 可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV共模信号差模信号 放大器只 放大两个 输入信号 的差值信 号差动 放大电路。 这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制系统中是常见的。 （Common Mode Rejection Ratio) 全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力。差模放大倍数共模放大倍数 KCMR越大，说明差放分辨差模信号的能力越强，而抑制共模信号的能力越强。3. 共模抑制比共模抑制比 若电路完全对称，理想情况下共模

5、放大倍数 Ac = 0 KCMR 输出电压 uo = Ad （ui1 ui2 ） = Ad uid 若电路不完全对称，则 Ac 0，实际输出电压 uo = Ac uic + Ad uid 即共模信号对输出有影响 。静态时UI1=UI2=0，由基极回路电压方程： 0-(-VEE)=UBEQ+2IEQRE 可得Q点为（忽略IBQ时） （1） 静态分析 3. 差动放大电路的分析+UCCuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+T2EE+RE的作用：稳定静态工作点，限制每个管子的漂移。EE：用于补偿RE上的压降，以获得合适的工作点。（2）差模输入动态分析动态分析+UCCuoui1RCRPT1RBR

6、Cui2RERB+T2UEE+对于差模信号ui1= -ui2发射极RE上的电流不随信号变化在发射极长尾电阻上没有信号电流。RE对差模信号不起反馈作用差模信号交流通路如图： 差模输入ui1 = ui2电路输入电压uid = ui1 ui2= 2ui1 = ui2差模信号交流通路ic1ic2uo1 = uo2电路输出电压uod = uC1 uC2= uo1 ( uo2)= 2uo1差模电压放大倍数大小相同 极性相反ui1V1+VCCV2RCRCuodui2uo1uo2ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC2差动电路双端输入双端输出结构的电压放大倍数和单管共射电路的放大倍数

7、相同。电路两输出端电压：Rid = 2rbeRod = 2RC例 已知： = 80，rbb = 200 ，UBEQ = 0.6 V，试求：(1)静态工作点ICQ,UCQ； (2)差模电压放大倍数 Aud，差模输入电阻 Rid，输出电阻Rod。解(1) ICQ1 = ICQ2 (VEE UBEQ) / 2REE= (12 0.6) / 2 20= 0.285 (mA)UCQ1= UCQ2 = VCC ICQ1RC=12 0.285 10= 9.15 (V)(2)= 10 / 10 = 5 (k)Rid = 2rbe= 2 7.59 = 15.2 (k)Rod = 2RC= 20 (k)ui1V1

8、+12VV212VRCRCREEuodui210 k10 k20 k20 k例2:差模信号 调零电位器 UO=UO1-UO2=UC1-UC2 当在两个集电极之间接有负载电阻RL时： 差模输入电阻 ：RiD 2(RB +rbe+(1+ ) Rp/2)差模输出电阻 ：RO=2RC 差模地端练习：图示差分放大电路中，调零电位器Rp的动端处在中点位置，已知 1 = 2 = 50，UBE1 = UBE2 = 0.7 V，其它参数如图所示。（ rbb = 300 ）1求静态工作点(IB、IC、UCE)；2当uS1 = -uS2 = 1 mV时，求uO 。差模 共模 0.02 1.99 直接 零点漂移 对称

9、 AUD和AUC 抑制共模信号 思考题4.1.3 差动放大电路的输入输出方式 单端输入方式 单端输入，在REE足够大条件下，与双端输入状态相同，其Aud、Rid、Ro分析结论相同。 单端输出方式 差模增益： 其中RL= RC / RL。 共模增益：输出为双端输出的一半集成电路简称 IC (Integrated Circuit)集成电路按其功能分数字集成电路模拟集成电路模拟集成电路类型集成运算放大器；集成功率放大器；集成高频放大器；集成中频放大器；集成比较器；集成乘法器；集成稳压器；集成数/模或模/数转换器等。4.2 集成运算放大器的分类 集成电路的外形集成电路的外形(a)双列直插式(b)圆壳式

10、(c)扁平式4.3 集成运放组成和主要参数 4.3.1 集成运放组成 集成运放符号和组成框图 1. 集成电路的外形： 国产集成运放的封装外形主要采用圆壳式和双列直插式。4.3.2 集成运算放大器的外形和符号 2. 集成运放的型号 国家标准（GB3430-82）规定，由字母和阿拉伯数字表示，例如CF741、CF124等，其中C表示国家标准，F表示运算放大器，阿拉伯数字表示品种。4.3.3集成运放主要参数 开环差模电压增益Aod 共模抑制比KCMR 差模输入电阻R id 输出电阻Ro 输入失调电压UIO 4.3.4 理想化集成运放 理想化集成运放的参数 开环电压增益Aod； 共模抑制比KCMR，即

11、无零漂，各种失调电压失调电流为0； 差模输入电阻Rid； 输出电阻Ro0； 理想化集成运放的特点 虚短 uP = uN 条件：集成运放工作在线性放大状态 虚断 iI =0 运放线性应用时的“虚短”和“虚断” 运放只有在线性工作区时，才存在“虚短”一、反相输入运算放大器在线性应用时同时存在虚短和虚断虚断虚地特点：1.为深度电压并联负反馈，Auf = Rf / R 12.输出电压与输入电压成反相比例关系。3. uIC = 0 ，对 KCMR 的要求低u+ = u- = 0虚地虚短和虚断4.4 集成运放基本运算电路 4.4.1 基本输入电路 由于，即A端的电位接近于零电位，但实际并没有接地，所以通常

12、把A端称为“虚地”。实际电路同相输入端一般接有电阻R2,称为平衡电阻;为使两输入端对地直流电阻相等：R2 = R1 / R fAuf = 1跟随器当 R1 = ，Rf = 0 时，特点: 为深度电压串联负反馈，Auf = 1 + Rf /R1 同相输入 结论，同相输入比例运算电路的放大倍数与 无关，只取决于 与 的比值；输出电压与输入电压同相且成比例关系。 差动输入 4.4.2 基本运算电路 比例运算 需要注意的是： 反相输入能反相，比例系数可大于1、等于1或小于1。 同相输入能同相，比例系数只能大于1或等于1。 相位要求有出入时，可再加一级集成运放反相。 合理选取比例电阻，一般在几k几百k之

13、间为宜。 电压跟随器 输出电压与输入电压数值相等且同相，称为电压跟随器。(1)反相加法运算R3 = R1 / R2 / RfiF i1 + i2若 Rf = R1= R2 则 uO = (uI1+ uI2) 加法运算 R2 / R3 / R4 = R1/ Rf若 R2 = R3 = R4，则 uO = uI1+ uI2 Rf = 2R1 (2) 同相加法运算法 1：利用叠加定理uI2 = 0 uI1 使：uI1 = 0 uI2 使：一般R1 = R1； Rf = RfuO = uO1 + uO2 = Rf / R1( uI2 uI1 )法 2：利用虚短、虚断uo = Rf /R1( uI2 uI1 )减法运算实际是差分电路4、减法运算5、积分运算=当 uI = UI 时，设 uC(0) = 0 时间常数 = R1Cf积分电路输出电压：tuIOtuOOR2 = Rf虚地虚断RfC1 = 时间常数微分电路输出电压：6、微分运算 uItOuOtO练习:分别求下图中各输入信号对应的输出信号。四、计算题思考题 0 线性 非线性 虚断 虚短 4.下图中图为输入方式比例运