了解集成运放的基本组成及主要参数的意义

1、了解集成运放的基本组成及主要参数的意义第1页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日 集成运算放大器的简单介绍一 集成运算放大器的特点 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、应用最广泛的一种模拟集成电路。集成电路分类模拟集成电路数字集成电路集成运算放大器、集成功率放大器、集成稳压电源、集成A/DD/A等。 在集成电路工艺中难于制造电感元件；制造容量大于200pF的电容也比较困难，因而放大器各级之间都采（1）级间采用直接耦合方式第2页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日一 集成运算放大器的特点用直接耦合，必须使用电容的场合，也大多

2、采用外接的方法。（2）电路结构和参数具有对称性 集成电路中的电阻是由硅半导体的体电阻构成，阻值大约为10030K，且阻值精度不高，因此常常用晶体管恒流源代替电阻（动态电阻）；必须使用直流高阻值的场合，也大多采用外接的方法。 由于集成电路中的各个元件是通过同一工艺过程制作在同一硅片上，同一片内的元件参数绝对值有同向的偏差，温度均一性好（3）用有源器件代替无源器件第3页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日二 电路的简单说明中间级输入级输出级偏置电路一、电路的基本组成及作用输入级：要求输入电阻高，差模放大倍数高，抑制零点漂移和共模干扰信号的能力强。都采用差分放大电路。中间级：要求电

3、压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。第4页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日偏置电路：为各级放大电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点，一般由恒流源电路构成。+UCCRUBE1VT1VT2UBE2+-+-IC2IC2IREF2IBIB2IB1一、镜像电流源由电路对称当满足2时，IC2作为提供给某个放大器的偏置电流。第5页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日中间级： 提供足够的电压放大倍数，本身还应有高的输入电阻，以减小对前级的影响。+UCCRVT1VT2IC2IREFuiu0+UCCVT2uiu0-UEE第6页，共51页，202

4、2年，5月20日，7点59分，星期日 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。+UCCUEEuouu+输入级中间级输出级同相输入端输出端反相输入端第7页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日二 主要参数1. 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。2. 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。 Auo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 UICM 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。愈小愈好3. 输

5、入失调电压 UIO4. 输入失调电流 IIO5. 输入偏置电流 IIB第8页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日3.3 理想运算放大器及其分析依据1. 理想运算放大器Auo ， rid ，ro 0 ， KCMR 2. 电压传输特性 uo= f (ui)线性区：uo = Auo(u+ u)非线性区：u+ u 时， uo = +Uo(sat) u+ u 时， uo = + Uo(sat) u+ 0 ui = Ui u 时，uo= +Uo (sat) u+u 时，uo= Uo (sat) 即 uiUR 时，uo = Uo (sat)可见，在 ui =UR 处输出电压 uo 发生跃变

6、。参考电压动画第29页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日uitOUROuot +Uo (sat) Uo (sat)t1t2单限电压比较器： 当 ui 单方向变化时， uo 只变化一次。URuouiR2+R1+电压传输特性Uo(sat) +Uo(sat)uiuoOUR第30页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日ui UR，uo=+ Uo (sat)ui UR，uo= Uo (sat)URuouiR2+R1+uiuoURR2+R1+ Uo(sat) +Uo(sat)uiuoOUR输入信号接在反相端输入信号接在同相端电压传输特性Uo(sat) +Uo(sat)u

7、iuoOUR第31页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日URuouiR2+R1+uiuoURR2+R1+Ot +Uo(sat) Uo(sat)uo输入信号接在反相端输入信号接在同相端uitOUROuot +Uo (sat) Uo (sat)t1t2第32页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日输出带限幅的电压比较器设稳压管的稳定电压为UZ，忽略稳压管的正向导通压降则 ui UR，uo = UZUZ UZuoRDZURuouiR2+R1+电压传输特性 Uo(sat) +Uo(sat)uiuoOURuiUR 时，uo = Uo (sat) 第33页，共51页，20

8、22年，5月20日，7点59分，星期日过零电压比较器利用电压比较器将正弦波变为方波URuouiR2+R1+电压传输特性Uo(sat) +Uo(sat)uiuoOUR= 0tuiOtuo+Uo(sat)Uo(sat)O第34页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日2. 滞回比较器上门限电压下门限电压 电路中引入正反馈(1) 提高了比较器的响应速度；(2) 输出电压的跃变不是发生 在同一门限电压上。RF当 uo = + Uo(sat)， 则 当 uo = Uo(sat)， 则门限电压受输出电压的控制R2uoui+R1+第35页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日上

9、门限电压 U+ ：ui 逐渐增加时的门限电压下门限电压U+：ui 逐渐减小时的门限电压uiuoO Uo(sat)+Uo(sat)电压传输特性uitOuoOt+Uo(sat)Uo(sat)两次跳变之间具有迟滞特性滞回比较器RFR2uoui+R1+第36页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日根据叠加原理，有改变参考电压UR，可使传输特性沿横轴移动。可见：传输特性不再对称于纵轴，+URRFR2uoui+R1+uiuoOUo(sat)+Uo(sat)电压传输特性当参考电压UR不等于零时第37页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日定义：回差电压 与过零比较器相比具有以

10、下优点：1. 改善了输出波形在跃变时的陡度。2. 回差提高了电路的抗干扰能力，U越大，抗干扰 能力越强。结论：1. 调节RF 或R2 可以改变回差电压的大小。2. 改变UR可以改变上、下门限电压， 但不影回差 电压U。 电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报警和波形发生等电路中得到广泛应用。第38页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日解：对图（1） 上门限电压 下门限电压例：电路如图所示，Uo(sat) =6V，UR = 5V， RF = 20k，R2 =10k，求上、下门限电压。（1）RFR2uoui+R1+URRFR2uoui+R1+（2）第39页，共51页，2022

11、年，5月20日，7点59分，星期日解：对图（2） 例：电路如图所示，Uo(sat) =6V，UR = 5V， RF = 20k，R2 =10k，求上、下门限电压。（1）RFR2uoui+R1+URRFR2uoui+R1+（2）第40页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日（1）RFR2uoui+R1+URRFR2uoui+R1+（2）uiuoO-6-226 图(1)的电压传输特性图(2)的电压传输特性uouiO -661.335.33第41页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日 运放在波形产生方面的应用波形发生器的作用： 产生一定频率、幅值的波形（如正弦波、方

12、波、三角波、锯齿波等）。特点：不用外接输入信号，即有输出信号。第42页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日3.5.2 矩形波发生器1. 电路结构 由滞回比较器、 RC充放电电路组成， 电容电压uC 即是比较器的输入电压，2. 工作原理设电源接通时， uo = +Uo(sat) ，uC(0) = 0。 电阻R2两端的电压UR即是比较器的参考电压。 uo 通过 RF 对电容C充电， uC 按指数规律增长。 RFCuC+R1R2uo+充电UR+第43页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日当 uo = +Uo(sat)时，电容充电， uC上升，电容放电， uC下降，

13、当uC= UR 时，uo 跳变成 Uo(sat)当 uC= UR 时，uo 跳变成 +Uo(sat) ，电容又重新充电。放电2. 工作原理RFCuC+R1R2uo+充电UR+RFCuC+R1R2uo+UR+动画第44页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日3. 工作波形充电放电uouCt1t3t2T = T1+T2电容充放电过程，uC 的响应规律为4. 周期与频率T1T2TUo(sat)+ Uo(sat)第45页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日互补对称功率放大电路（补充知识）对功率放大电路的基本要求 功率放大电路的作用：是放大电路的输出级，去推动负载工作。

14、例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转、电动机旋转等。(1) 在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。(2) 由于功率较大，就要求提高效率。第46页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶体管的工作状态甲类工作状态晶体管在输入信号的整个周期都导通静态IC较大，波形好, 管耗大效率低。乙类工作状态晶体管只在输入信号的半个周期内导通， 静态IC=0，波形严重失真, 管耗小效率高。甲乙类工作状态晶体管导通的时间大于半个周期，静态IC 0，一般功放常采用。第47页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日互

15、补对称放大电路 互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器(Output Transformerless)电路，简称OTL电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容(Output Capacitorless)电路，简称OCL电路。 OTL电路采用单电源供电， OCL电路采用双电源供电。第48页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日1. OTL电路(1) 特点T1、T2的特性一致；一个NPN型、一个PNP型两管均接成射极输出器；输出端有大电容；单电源供电。(2) 静态时(ui= 0), IC1 0， IC2 0OTL原理电路电容两端的电压RLuIT1T2+UCCCAuo+-+-第49页，共51页，2022年，5月20日，7点59分，星期日uiuo+UCCT1T2+UCCRL2. OCL电路ic1ic2静态时：ui = 0V