第十二章集成运算放大器及其应用课时

12-1差动放大电路12-2运算放大器的工作原理及主要参数12-3运算放大器的线性应用第十二章集成运算放大器及其应用12-4运算放大器的非线性应用1集成电路简介在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上(厚约0.2-0.25毫米，面积约零点几平方毫米)，构成特定功能的电子电路，称为集成电路。由于具有体积小、重量轻、耗电省、成本低、可靠性高和电性能优良等突出优点，所以随着微电子技术的进步，集成电路得到了飞速的发展。从60年代以来，集成电路的发展经历了小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）四个阶段，目前已能在一小块硅基片上制作（光刻）出上亿个元器件。一、集成电路的分类1、按集成度分为：

小规模：(0~100)个元件/基片

中规模：(100~1000)个元件/基片

大规模：(1000~1万)个元件/基片

超大规模：(1万以上)个元件/基片32、按功能分为：模拟集成电路

数字集成电路线性集成电路非线性集成电路

在模拟集成电路中，集成运算放大器（简称集成运放或运放）是应用极为广泛的一种。该电路为本章讨论的重点。

线性集成电路中的器件工作在线性放大状态，输出信号和输入信号成线性关系。集成运放属于线性集成电路。二、集成电路的封装形式圆壳式双列直插式扁平式单列直插式菱形式运算放大器外形图6三、模拟集成电路的特点12电路结构与元件参数具有对称性

各元件在同一块硅片上，经相同工艺制造出来，元件参数绝对值有同向的偏差，温度匀一性好，特性相同。用有源器件代替无源器件电路中的电阻元件是由硅半导体中的体电阻构成，电阻值的范围一般为几十欧到20千欧左右，范围不大，且电阻值精度不易控制，误差可达10%-20%左右。故在集成电路中，高阻值的电阻多用BJT或FET等有源器件组成的恒流源电路代替。34采用复合结构的电路

复合结构电路的性能较佳，制作并不困难，故集成电路中多用复合管、共射-共基、共集-共基等组合电路。级间采用直接耦合方式

电路中的电容量不大，约在几十皮法以下，常用结结电容构成，误差较大。而电感的制造非常困难。故在集成电路中，级间都采用直接耦合方式。5二极管由BJT的发射结构成电路中的二极管多用作温度补偿元件或电位移动电路。一、直接耦合放大电路的零点漂移问题可以放大直流、交流信号零漂：输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产生。即输出电压偏离原来的起始点而上下漂动。主要原因：主要由于温度变化引起，也称温漂。直流电源波动，器件老化也是原因之一。12-1

差动放大电路9若第一级漂移了100uV，则输出漂移100mV。若第二级漂移了100uV，则输出漂移10mV。假设可见，克服零漂第一级是关键！减小零漂的措施采用差动放大电路若第三级漂移了100uV，则输出漂移0.1mV。10二、差动（差分）放大电路1、电路组成结构特点:对称性结构即：1=2=

VBE1=VBE2=VBE

rbe1=rbe2=rbe

RC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb

差动放大电路一般有两个输入端：从两输入端同时加信号——双端输入从一个输入端对地加信号——单端输入11(2)有公共的射极电阻Re组成特点：(1)直接耦合的共射极电路从集电极C1

和C2输出

——双端输出差动放大电路可以有两个输出端：从集电极C1或C2对地输出

——单端输出12注意：（1）静态分析电路对称T放大的条件：Je正偏、Jc反偏vi1=vi2=0（静态）

Je正偏

T放大

Jc反偏vo=VC1-

VC2=0实现：0输入0输出克服零漂2、电路分析13（2）动态定性分析——输入差模信号大小相等，方向相反另外：Re相当于短路iE=014（2）动态定性分析——输入共模信号大小相等，方向也相同另外：Re相当于2ReiE=2iE1=2iE215（3）动骨态定茅量分由析小信感号等狮效（侄微变览等效雷）电旺路法利用对称启特点，转化享为单刷边电胆路求解晶。四种办接法a.双端向输入陶、双屠端输碰出b.双端缝输入订、单秀端输稿出c.单端炎输入挥、双舰端输原出d.单端飘输入陷、单而端输奖出注意桃：电阻Re和RL的处偷理16双端讲输入——都差瘦模增困益双入与双出双入装双出双入打单出RL各分问一半RL由T1单独艘负担双入怖单出Re短路17双端快输入——济共眠模增映益双入眨双出双入姨双出双入隆单出RL开路RL由T1单独钉负担双入锤单出Re对单远边相帐当于坑2Re18双端陪输入——疮共姿模抑制袋比双入洁双出双入希单出双入物双出双入东单出公共掠电阻ReKCM翠R抑制掠零漂炸能力屡增强1912听-2运算呼放大殿器的工斯作原负理及未主要崇参数集成楼电路梅运冻算放高大器直接娇耦合燃多赵级放榨大电呈路符号闸：特点译：电压悼增益踩高（康差模虾）输入迹电阻篇大输出菜电阻蠢小20UEE+UCCu+uou–反相输入检端同相输入朱端T3T4T5T1T2IS一、楚原理华框图输入产级中间瞧级输出匀级与uo反相与uo同相21对输丹入级哨的要肥求：尽量巧减小流零点运漂移,尽量组提高KCM弃RR,输入绘阻抗ri尽可瞒能大。对中证间级澡的要红求：足够样大的始电压洪放大绕倍数尾。对输吗出级千的要抛求：主要问提高对带负赖载能朴力，奴给出击足够喜的输桐出电型流io。即输乡丰出阻分抗ro小。集成运放的结构（1）采摄用四老级以叼上的摄多级云放大令器，谜输入刘级和务第二熟级一底般采划用差渴动放疗大器琴。（2）输知入级寻常采滥用复扭合三摩极管喜或场顾效应糕管，简以减堪小输沈入电怀流，冬增加撕输入订电阻慎。（3）输舱出级昌采用阻互补秒对称梅式射只极跟眠随器央，以邮进行花功率香放大畅，提旧高带范负载云的能壮力。221、开添环电安压放址大倍光数Auo无外形加反叶馈回德路的矩差模汁放大曲倍数抹。一扒般在105107之间路。理邀想运向放的Auo为。2、共掉模抑尺制比KCM给MR常用梳分贝遭作单渴位，劝一般10堂0d致B以上菜。二、汇主要植参数23ri大:几十k几百k运放铺的特渗点KCM皮RR很大ro小：栋几十几百Auo很大:筑104107理想运放：

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运放狮符号功：＋－u－u+uo－＋＋

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uoAuo三、患理想逃运算仰放大闭器及称其分驼析依蛇据24uiuo+UOM-UOMAuo越大冈，运喝放的恳线性焰范围碌越小霸，必烘须在输出升与输翠入之塔间加负浙反馈才能尽使其售扩大美输入淹信号领的线终性范先围。uiuo_++Auo例：诸若UOM=1伟2V，Auo=1流06，则|ui|<颈12V时，耀运放恭处于驳线性策区。线性死放大朝区25由于卵运放治的开术环放漆大倍蹦数很狮大，炸输入脖电阻柔高，透输出久电阻疫小，献在分葡析时错常将吓其理话想化垄，称头其所包谓的理想爬运放。理想运放的条件虚短路放大睬倍数芹与负包载无晶关。末分析哀多个详运放角级联倡组合肚的线惹性电穴路时泊可以境分别颗对每授个运件放进蒸行。虚开路运放刃工作乘在线馒性区贞的特镇点26理想查运放齿的符榨号_++u+u-u02710该-3运算寺放大轨器的建线性面应用虚拟短路虚拟断路放大倍数与负载无关，可以分开分析。u+uo_++u–Ii信号的放大、运算有源滤波电路运放线性应用28一、晴比例厌运算铁电路作用丈：将信付号按牢比例脆放大于。类型吸：同相际比例桥放大袖和反径相比住例放筐大。方法盾：引入存深度腥电压粮并联出负反逐馈或淋电压救串联脱负反识馈。精这样浑输出凶电压渣与运魄放的痰开环蔽放大昌倍数过无关性，与熄输入厨电压忍和反爪馈系庸数有咬关。29i1=i2uo_++R2R1RPuii1i2虚短常路虚开醉路1、反引相输将入30平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。RP=R1//R2uo_++R2R1RPuii1i2312、同紧相输瞧入_++R2R1RPuiuou-=朽u+=减ui虚短荣路虚开日路32_++uiuo3、电验压跟灶随器结构显特点届：输出拾电压旺全部迫引到诊反相港输入贵端，仿信号砍从同科相端遥输入雁。电压吩跟随惰器是同相舍比例腔运算兵放大泛器的座特例阻。33二、构加冻法运孔算作用束：将若踢干个区输入踩信号递之和平按比搞例放栽大。类型都：同相歉求和蜂和反殃相求乞和。341、反兄相求担和运淡算R12_++R2R11ui2uoRPui135i12iFi11R12_++R2R11ui2uoRPui1调节逼反相嚷求和损电路宽的某糊一路韵信号炒的输琴入电留阻，恭不影抱响输龟入电纳压和域输出锯电压笛的比摩例关铅系，板调节评方便运。362、同霉相求魂和运朴算-R1RF++ui1uoR21R22ui237此电犹路如缓果以u+为输执入宣，则笛输出堪为：-R1RF++ui1uoR21R22ui2u+与ui1和ui2的关丙系如债何？注意厦：同相掩求和伞电路糕的各键输入厦信号帝的放笋大倍椒数互坑相影陕响，也不能羞单独科调整乐。流入某运放隙输入恩端的棕电流绒为0（虚开脖路）38_++RFR1R2ui2uoR3ui1解出低：三、壮减璃法运颤算39i1iFtui0tuo0输入证方波筋，输无出是刃三角忧波。ui-++RR2Cuo四、壮积分夫运算应用举例：40tui0tuo0U-UomTM积分户时限应用尝举例2：如果昆积分鞠器从可某一迹时刻崭输入医一直验流电撞压，锦输出芬将反霉向积柏分，岔经过踢一定富的时柿间后贞输出镇饱和冷。41积分纤电路额的主兼要用芹途：1.在电饺子开去关中返用于筐延迟幸。2.波形并变换须。例繁：将蛇方波格变为趣三角辰波。3.性A怠/D转换芹中，浑将电胳压量惩变为脑时间大量。4.移相年。42u–=u+=鼻0uit0t0uoui–++uoRR2i1iFC若输入：则：五、番微分并运算43六、偶有源著滤波搁器滤波附电路厌的分告类1.按信俱号性新质分蜡类3.按电淋路功艘能分搂类:低通驶滤波彻器；酿高通领滤波创器；带通殃滤波夹器；汪带阻震滤波隐器2.按所咸用元旷件分姻类模拟贺滤波械器和段数字拴滤波爽器无源科滤波将器和笋有源奖滤波宪器4.按阶为数分慕类:一阶厚，二玻阶…高阶44有源怠滤波竟器的仍优点西：1.不使边用电勤感元紧件，晶体积邻小重秋量轻偿。2.有源客滤波欣电路铸中可证加电坟压串堤联负息反馈关，使浊输入枣电阻扁高、借输出悔电阻边低，哨输入遥输出坑之间晒具有端良好醉的隔锣离。路只需神把几世个低剩阶滤怜波电们路串仓起来锦就可位构成驼高阶曾滤波搞电路阵，无演需考浩虑级馒间影繁响。3.除滤循波外导，还食可放算大信刚号，阁放大厘倍数卫容易彼调节饰。451、有捉源低搜通滤纺波器RR1RFC+-+462、有挎源高俩通滤楼波器R1RF+-+高通滤波器R47电路描中的粒运放绘处于扮非线闹性状桂态。++Auouo一、电压税比较狮器10顺-4运算啦放大露器的拖非线寺性应浙用48uoui0+Uom-UomUR传输特性UR：参考电压ui：被比较信号

++uouiUR–特点凯：运钻放处岛于开与环状航态。当ui>UR时,uo=+Uom当ui<UR时,uo=-Uom1、ui从同翠相端抬输入49++uouiURuoui0+Uom-UomUR当ui<UR时,uo=+Uom当ui>UR时,uo=-Uom2、ui从反芳相端构输入50uoui0+UOM-UOM++uoui3、过瓶零比蓝较器:对(UR=0时)++uouiuoui0+UOM-UOM51++uouitui例：利用执电压鲜比较愉