集成运放(第3章)课件

1作业展示主要要求：

了解零点漂移的产生原因及消除了解差动放大电路的作用、性能指标差分放大电路一、零点漂移现象现象：放大电路的输入信号为零时，输出端出现无规则输出电压。主要原因：温度变化引起，也称（零）温漂。电源电压波动、元件老化等也会产生输出电压的漂移。抑制方法：直流负反馈、温度补偿、差分放大电路二、差分放大电路ui1ui2V1V2温度变化和电源电压波动，都将使V1、V2集电极电流产生变化，且变化趋势是相同的，因此当从V1、V2

集电极输出信号时，其变化量相互抵消，理想情况下，没有温漂。ui1ui2V1V2差分放大电路的四种形式双端输入-双端输出双端输入-单端输出单端输入-双端输出单端输入-单端输出ui1ui2V1V2差分放大电路的性能指标差模电压放大倍数共模电压放大倍数共模抑制比+_uid差模输入电压+_uic差动放大电路的改进形式I当电路对称性不好时，将产生零漂，故在两管发射极之间增加一阻值很小的调零电位器Rw，以使电路对称。增加Re的阻值，可以增加抑制零漂的效果，但同时需要提高电源电压，并且在集成电路中，大阻值电阻制作困难，所以改用恒流源代替。了解集成运放的组成熟悉集成运放的性能指标掌握分析集成运算放大电路的基本方法掌握基本运算电路的结论集成运算放大器特点：高增益、高可靠性、成本、小尺寸

集成运算放大器（简称运放）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。组成：输入级、中间级、输出级、偏置电路直接耦合直接耦合什么是集成运放？集成运放的分类

特性通用型专用型构造双极型BJT结型输入JFET-BJTMOS型输入MOSFET-BJTMOS型CMOS-FET11一、理想集成运放的特点和工作特性1、理想集成运放的性能指标

实际集成运放的特性很接近理想集成运放，我们仅仅在进行误差分析时，才考虑理想化后造成的影响，一般工程计算其影响可以忽略。

开环差模增益：

差模输入电阻：

输出电阻：

共模抑制比：

上限截止频率：

失调电压、失调电流及其温漂：均为0，无噪声。

∞-++UO同相输入端输出端反相输入端UPUN线性区非线性区理想运放的图形符号理想运放的传输特性二、集成运放的线性应用概述运放线性应用的必要条件

负反馈运放线性应用的分析要点虚短虚断运放的同相输入端和反相输入端的电位“无穷”接近，好象短路一样，但却不是真正的短路。Up=UN运放的同相输入端和反相输入端的电流趋于0，好象断路一样，但却不是真正的断路。Ip=IN≈0理想运放线性区放大倍数趋于无穷大，在输入端只要加一个非无穷小的电压，其输出就会超出其线性工作区，因此，只有电路引入负反馈，才能使其工作于线性区。14

理想运放工作于线性区，因其放大倍数趋于无穷大，所以在输入端只要加一个无穷小的电压，其输出就会超出其线性工作区，因此，只有电路引入负反馈，才能使其工作于线性区。理想集成运放工作于非线性区

电路中没有引入负反馈或引入的是正反馈，理想运放工作于非线性区。因其放大倍数趋于无穷大，所以输出电压只有两种可能：15三

比例运算电路

为了保持运放差放输入级的对称性，同相输入端的电阻R´为uI=0时反相输入端的等效电阻：R´=R//Rf。

对于理想的集成动放，虚短和虚断成立。1、反相比例运算电路电路的输入电阻为R，为了保证较大的比例系数以及工艺等原因,R不能太大。基本电路16T型网络反相比例运算电路当R3=∞时0172、同相比例运算电路特点：输入电阻大，输出电阻小3、电压跟随器：将输出电压全部反馈到反相输入端uIuouo18例：如图，已知R2≫R4,

R1=R2,求uo与uI的比例系数。解：电路与T型网络反相比例运算电路完全相同R2≫R4，R1=R2若R4开路19例：如图，已知uO=－55uI，求R5的值。解：A1构成同相比例运算电路A2构成反相比例运算电路若ui与地接反，则A1

、A2都构成反相比例运算电路20反相求和运算电路：1、求和运算电路四.加减运算电路作用：将若干个输入信号之和或之差按比例放大。实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要21同相求和运算电路：222、加减运算电路23缺点：电阻的选取与调整不方便，输入电阻小。可采用两级电路形式：右图称为差分比例运算电路两级都引入电压串联负反馈，输入电阻无穷大。24第一级为同相比例运算电路利用叠加原理，第二级电路的输出令R1=Rf2，Rf1=R3，则25例：设计一个运算电路，要求uO=10uI1－5uI2－4uI3解：由题意，采用如图电路形式实现26五.积分运算电路和微分运算电路Rf：防止低频时增益过大1、积分运算电路27应用举例２：tui0tuo0输入阶跃信号应用举例１：uI为常量时，求t1到t2的积分输出是斜线，经过一定时间后饱和tui0tuo0输入方波输出是三角波输入正弦波输出余弦波超前90°-Uom应用举例3：282、微分运算电路29t0uo若输入：则：应用举例１：输入方波，输出是尖顶波应用举例2：输入正弦波输出余弦波滞后90°uit030实用微分运算电路限制输入电流限制输出电压补偿电容，提高稳定性313、逆函数型微分运算电路利用积分运算电路来实现微分运算电路具有普遍意义32例

同相积分运算电路同相积分运算电路33例

调节器电路34六、对数运算电路和指数运算电路1、对数运算电路采用二极管的对数运算电路35利用三极管的对数运算电路36集成对数运算电路372、指数运算电路38七、利用对数和指数运算电路实现的乘法运算电路和除法运算电路求差运算电路除法电路乘法电路39补充

模拟乘法器及其在运算电路中的应用1、

模拟乘法器简介理想情况下:ri1、ri2、fH为无穷大，ro为0，失调电压、电流及其温漂为0，

k

值不随ux、uy幅值和频率的变化而变化。有单象限、两象限和四象限之分。模拟乘法器的符号及等效电路402、

变跨导型模拟乘法器的基本原理

实际电路需在多方面改进，如线性度、温度的影响、输入电压的极性等方面。413、

模拟乘法器在运算电路中的应用2)乘方运算1)乘法运算

实际的模拟乘法器k常为+0.1V-1或－0.1V-1。若k=+0.1V-1，uI1=uI2=10V，则uO=10V。实现了对正弦波电压的二倍频变换3次方和4次方运算电路423)除法运算运算电路中集成运放必须引入负反馈！4)开方运算43一、滤波电路的基础知识有源滤波电路滤波电路的种类

滤波器：是一种能使有用频率信号通过，而同时抑制或衰减无用频率信号的电子装置。LPF：低通滤波器HPF：高通滤波器BPF：带通滤波器BEF：带阻滤波器APF：全通滤波器

按信号性质分类

按电路功能分类:

按所用元件分类模拟滤波器和数字滤波器无源滤波器和有源滤波器

按阶数分类:一阶，二阶…高阶44

理想低通滤波器（LPF）

高通滤波器（HPF）

带通滤波器（BPF）

带阻滤波器（BEF）

全通滤波器：f=0~∞范围内信号都能通过。45抑制50Hz的干扰信号应选用哪种类型的滤波电路？放大音频信号应选用。为获得输入电压中的低频信号，应选用。为获得输入电压中的高频信号，应选用。输入信号频率趋于零时输出电压幅值趋于零的电路为。输入信号频率趋于无穷大时输出电压幅值趋于零的电路为。输入信号频率趋于零和无穷大时输出电压幅值均趋于零的电路为。输入信号频率趋于零和无穷大时输出电压幅值均为通带放大倍数的电路为。带阻滤波器带通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器低通滤波器带通滤波器带阻滤波器462、滤波器的幅频特性

过渡带越窄，频率特性越陡，越接近理想滤波器的特性，电路的选择性越好，滤波特性越好。通带电压增益通带截止频率任务：求解通带电压增益Aup、通带截止频率fp、过渡带的斜率。47无源低通滤波器：由无源器件（R、L、C）构成。3、无源滤波电路和有源滤波电路

求图示RC低通滤波器在带负载和不带负载情况下放大倍数的频率特性表达式，并画出其幅频特性波特图。

不带负载时：48低通电路的幅频特性曲线和相频特性曲线过渡带的斜率为-20dB/十倍频程49

带负载时：通带电压增益数值减小、通带截止频率升高，都随负载而变化。50无源滤波电路缺点:1．带载能力很差，当负载变化时，其放大倍数减小，上限截止频率增大；２．特性不理想，边沿不陡。电路的幅频特性波特图在无源滤波电路和负载间加一个高输入电阻，低输出电阻的隔离电路→电压跟随器，就构成了有源滤波电路。2、有源低通滤波电路51传递函数：滤波器输出量与输入量之比滤波器3、有源滤波电路的传递函数52传递函数中出现

的一次项，故称为一阶滤波器。二.低通滤波器1、同相输入低通滤波器一阶电路53电路的优点：１．有放大作用２．运放输出，带负载能力强电路的缺点：特性不理想，边沿不陡

为了使过渡带变窄，需采用多阶滤波器，即增加RC环节。在Au(s)表达式分母中s的方次就是滤波器的阶数。幅频特性54二阶电路55简单二阶低通滤波电路的幅频特性fp=0.37fo衰减斜率为

-40dB/十倍频程56引入正反馈为使fp=f0，且在f=f0时幅频特性按－40dB/十倍频下降,引入正反馈.

f→0时，C1断路，正反馈断开，放大倍数为通带放大倍数；

f→∞，C2短路，正反馈不起作用，放大倍数小→0；

因而有可能在f=f

0时放大倍数等于或大于通带放大倍数。对于不同频率的信号正反馈的强弱不同。压控电压源二