概述零點(diǎn)漂移差動放大電路集成運(yùn)算放大器的性能參數(shù)集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用19/25/2023第9章 集成運(yùn)算放大器研究對象：集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用。關(guān)注焦點(diǎn)：如何利用理想運(yùn)放的特點(diǎn)，分析運(yùn)放電路。本章主要討論集成運(yùn)放的應(yīng)用，關(guān)于集成運(yùn)放的工作

原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)留給要深入了解集成運(yùn)放同學(xué)自學(xué)集成運(yùn)放的應(yīng)用電路從功能上分有信號運(yùn)算、信號處理、信號產(chǎn)生電路等。29/25/20231.集成電路簡介集成電路(

Integrated

circuit縮寫為IC

)是應(yīng)用半導(dǎo)體制造工藝把晶體管、場效應(yīng)管、電阻、小容量電容等許多元器件以及它們之間的連線都做在同一硅片上，然后封裝在管殼里。這樣制成的具有特定功能的電子電路稱為集成電路。特點(diǎn)：體積小、重量輕、性能好、功耗低、可靠性高。39/25/20239.1

概述2.集成電路的分類49/25/2023集成電路按功能可分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩大類。模擬集成電路按其特點(diǎn)分為集成運(yùn)算放大器、集成穩(wěn)壓器、集成功率放大器等。3.集成電路的工藝特點(diǎn)：59/25/2023元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特別有利于實(shí)現(xiàn)需要對稱結(jié)構(gòu)的電路。集成電路的芯片面積小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。不易制造大電阻。需要大電阻時，往往使用有源負(fù)載。只能制作幾十pF以下的小電容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大電容，只有外接。不能制造電感，如需電感，也只能外接。9.2零點(diǎn)漂移溫漂指標(biāo)：產(chǎn)生零漂的原因：由溫度變化引起的。當(dāng)溫度變化使第一級放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)發(fā)生微小變化時，這種變化量會被后面的電路逐級放大，最終在輸出端產(chǎn)生較大的電壓漂移。因而零點(diǎn)漂移也叫溫漂。零漂現(xiàn)象：輸入Vi=0時，，輸出有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。溫度每升高1度時，輸出漂移電壓按電壓增益折算到輸入端的等效輸入漂移電壓值。69/25/2023若第一級漂了100

uV，則輸出漂移1

V。例如假設(shè)第一級是關(guān)鍵若第二級也漂了100

uV，則輸出漂移10

mV。減小零漂的措施：用非線性元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償采用差分式放大電路漂了100uV漂移10

mV+100uV漂移1

V+

10mV漂移1

V+

10mV79/25/20239.3

差動放大電路一.結(jié)構(gòu):

對稱性結(jié)構(gòu)即：β1=β2=βVBE1=VBE2=

VBErbe1=

rbe2=

rbeRC1=RC2=

RCRb1=Rb2=

Rb89/25/2023差動放大電路一般有兩個輸入端：雙端輸入——從兩輸入端同時加信號。單端輸入——僅從一個輸入端對地加信號。差分放大電路可以有兩個輸出端，一個是集電極C1，另一個是集電極C2。雙端輸出——從C1

和C2輸出。單端輸出——從C1或C2

對地輸出。二.

幾個基本概念99/25/20233.

差模信號與共模信號差模信號：共模信號：差模電壓增益共模電壓增益總輸出電壓4.共模抑制比109/25/2023三.差動放大電路的基本工作原理1.

靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算：忽略Ib，有：Vb1=Vb2=0V119/25/20232.抑制零漂的原理:vo=

(vC1

+

Δ

vC1

)

-

(vC2

+

Δ

vC2

)

=

0當(dāng)vi1

=vi2

=0

時，vo=

vC1

-

vC2

=

0當(dāng)溫度變化時：vC1

=

vC2Δ

vC1

=

Δ

vC2129/25/20233.電路的動態(tài)分析

(1)加入差模信號設(shè)：

vi1=-vi2

=vid/2，vic=0。Re對差模信號相當(dāng)于短路設(shè)vi1

↑,vi2

↓→ib1

↑,ib2

↓

ie1

↑,ie2

↓→|Δie1

|

=

-

|Δie2

|→IRe不變→VE不變139/25/2023其等效電路為：因?yàn)関i1

=-vi2設(shè)vi1

↑,vi2

↓→vo1

↓,vo2

↑。由于電路對稱→│vo1│=│vo2│→

vo=vo1

–vo2=-2

vo1差模電壓放大倍數(shù)差模輸入電阻輸出電阻149/25/2023(2)加入共模信號設(shè)：

vi1=vi2

=vic，vid=0。設(shè)vi1

↑，vi2

↑，使vo1

↓，vo2

↓。因vi1

=vi2，→vo1

=vo2→vo=0(理想化)。共模電壓放大倍數(shù)159/25/2023四.差動放大器的輸入輸出方式差動放大器共有四種輸入輸出方式:雙端輸入、雙端輸出（雙入雙出）雙端輸入、單端輸出（雙入單出）單端輸入、雙端輸出（單入雙出）單端輸入、單端輸出（單入單出）主要討論的問題有：差模電壓放大倍數(shù)、共模電壓放大倍數(shù)差模輸入電阻輸出電阻169/25/20231.雙端輸入雙端輸出(1)差模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù)差模輸入電阻輸出電阻179/25/20232.雙端輸入單端輸出(1)差模電壓放大倍數(shù)這種方式適用于將

差分信號轉(zhuǎn)換為單端輸出的信號。差模輸入電阻輸出電阻189/25/2023（4）共模電壓放大倍數(shù)共模等效電路199/25/20233.

單端輸入雙端輸出單端輸入等效雙端輸入:因?yàn)橛覀?cè)的Rb+rbe歸算到發(fā)射極回路的值[(Rs+rbe)/(1+β)]<<Re，故Re

對Ie

分流極小，可忽略，于是有vi1

=

－vi2

=

vi

/2計(jì)算同雙端輸入雙端輸出：209/25/20234.單端輸入單端輸出注意放大倍數(shù)的正負(fù)號：設(shè)從T1的基極輸入信號，如果從C1

輸出，為負(fù)號；從C2

輸出為正號。計(jì)算同雙入單出：_+RL+VCCRc1

Rc2Rs1Δ_UO+Rs2ΔUI219/25/2023Re-VEE單端輸入單端輸出電路差動放大器動態(tài)參數(shù)計(jì)算總結(jié)差模電壓放大倍數(shù)與單端輸入還是雙端輸入無關(guān)，只與輸出方式有關(guān)：雙端輸出時：單端輸出時：共模電壓放大倍數(shù)與單端輸入還是雙端輸入無關(guān)，只與輸出方式有關(guān)：雙端輸出時：單端輸出時：229/25/2023(3)差模輸入電阻不論是單端輸入還是雙端輸入，差模輸入電阻Rid是基本放大電路的兩倍。(4)輸出電阻單端輸出時，雙端輸出時，239/25/2023(5)共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一個重要指標(biāo)。，或249/25/2023雙端輸出時KCMR可認(rèn)為等于無窮大，單端輸出時共模抑制比：五.帶恒流源的差動放大電路根據(jù)共模抑制比公式：恒流源的直流電流數(shù)值為IE3

=(VZ

-

VBE3

)/

Re恒流源不影響差模放大倍數(shù)。恒流源使共模放大倍數(shù)減小，從而增加共模抑制比。理想的恒流源相當(dāng)于阻值為無窮大的電阻，所以共模抑制比無窮大。可以看出：加大Re，可以提高共模抑制比。為此可用恒流源T3來代替Re

。恒流源的作用恒流源相當(dāng)于阻值很大的電阻。259/25/20231.若在基本差動放大電路中增加兩個電阻Re（如圖所示）。則動態(tài)指標(biāo)將有何變化？答：雙端輸出差模增益差模輸入電阻單端輸出共模增益增加了Re269/25/2023差動放大器實(shí)例279/25/20232.差動放大電路如圖所示。分析下列輸入和輸出的相位關(guān)系：反相同相同相反相反相同相vC1與vi1vC2與vi1vC1與vi2vC2與vi2vO與vi1vO與vi23.靜態(tài)時，兩個輸入端是否有靜態(tài)偏置電流？289/25/20231.認(rèn)識集成運(yùn)算放大器目前集成運(yùn)放常見封裝方式有圓金屬殼式和雙列直插式封裝，后者居多。雙列直插式有8、10、12、14、16管腳等種類。在這些管腳中，有一個同相輸入端、一個反相輸入端和一個輸出端，有正、負(fù)電源輸入端和公共地端。此外根據(jù)設(shè)計(jì)的不同要求還有若干個外接調(diào)零端。至少有一個外接調(diào)零端。+Ucc-Ucc同相輸入端輸出端反相輸入端―+A9.4

集成運(yùn)算放大器的性能參數(shù)299/25/20232.集成運(yùn)算放大器的常用技術(shù)指標(biāo)309/25/2023開環(huán)增益：器件輸出電壓同相應(yīng)輸入電壓的比值。它表示器件放大倍數(shù)的大小電壓增益：輸出電壓變化量同相應(yīng)輸入電壓變化量比值電源電壓范圍：器件正常工作的電源電壓變化范圍。電源電流：器件輸入為0、輸出開路、正常工作時從電源拉出的電流輸入失調(diào)電壓：使器件輸出0V時的輸入電壓。輸入電阻：在一個輸入端接地時，輸入電壓的變化量與輸出電流變化量的比。輸入電壓范圍：使器件能夠正常工作的輸入電壓的變化范圍。電源電壓擬制比：電源電壓規(guī)定的變化量與此范圍內(nèi)如失調(diào)電壓變化量之比。共模擬制比：開環(huán)增益與共模增益的比值，單位是dB。帶寬：電壓增益降至低頻率值以下3dB時的頻率。轉(zhuǎn)換時間：輸入大的階躍信號后，受內(nèi)部限制可以得到輸出電壓的變化速率。319/25/20233.集成運(yùn)算放大器的重要指標(biāo)Uo(V)10V-0.4 -0.2-0.3-0.10.1

0.2

0.3

0.4

Uid(mV)-10V線性區(qū)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod一般Aod越大越好，理想情況Aod=∞最大輸出電壓Uop-p集成運(yùn)放最大不失真輸出電壓的峰--峰值。例如：

F007

電源電壓為±

15V

，

U

op-p

=

±

10V

，

若

A

od

=10差模輸入電壓Uid=±0.1mVUo329/25/2023—++Uid——++339/25/2023uidrid--Aod

+rouo差模輸入電阻rid：差模輸入電阻越大越好，理想情況rid=∞。輸出電阻ro：輸出電阻越小，說明帶負(fù)載能力越強(qiáng)。理想情況ro=09.5集成運(yùn)算放大器應(yīng)用運(yùn)算放大器的兩個工作區(qū)域（狀態(tài)）1.

運(yùn)放的電壓傳輸特性：設(shè)：電源電壓±VCC=±10V。運(yùn)放的AVO=104│Ui│≤1mV時，運(yùn)放處于線性區(qū)。AVO越大，線性區(qū)越小，當(dāng)AVO→∞時，線性區(qū)→03410/3/20232.理想運(yùn)算放大器：開環(huán)電壓放大倍數(shù)AV0=∞差摸輸入電阻輸出電阻Rid=∞R0=03.線性區(qū)為了擴(kuò)大運(yùn)放的線性區(qū)，給運(yùn)放電路引入負(fù)反饋：理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的條件：電路中有負(fù)反饋！運(yùn)放工作在線性區(qū)的分析方法：虛短（U+=U-）虛斷（ii+=ii-=0）3510/3/20234.非線性區(qū)（正、負(fù)飽和輸出狀態(tài)）運(yùn)放工作在非線性區(qū)的條件：電路中開環(huán)工作或引入正反饋！運(yùn)放工作在非線性區(qū)的分析方法請同學(xué)們閱讀有關(guān)參考書3610/3/20239.5.1

比例運(yùn)算電路一.反相比例運(yùn)算_+Δ∞+RfR1RPuiuoi1iFii-ii+虛地點(diǎn)i1=iF

（虛斷）f電壓放大倍數(shù):fi反饋方式：電壓并聯(lián)負(fù)反饋因?yàn)橛胸?fù)反饋，利用虛短和虛斷

u+=0u－=u+=0（虛地）平衡電阻(使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等):RP=R1//RF10/3/202337_+Δ∞+RfR1RPuiuoi1i2ib-ib+例1.

R1=10kΩ

,

RF=20kΩ

,

ui

=-1V。求:uo

、Ri，RP應(yīng)為多大3810/3/2023？Au=-（Rf/R1）=-20/10=-2特點(diǎn)：共模輸入電壓=0（u－=u+=0）缺點(diǎn)：輸入電阻小（Ri=R1）uo=

Au

ui=(-2)(-1)=2V，

Ri=R1RP=R1//Rf=10//20=6.7

kΩ采用T型反饋網(wǎng)絡(luò)的反相比例電路目的：在高比例系數(shù)時，為避免RF阻值太大。分析：u+=u-=0（虛短）i1=i2

（虛斷）3910/3/2023二.同相比例運(yùn)算放大器_+Δ∞+RfR1RPuiuoiFi1Au=1+RfR1RP=Rf//RFf1f

)14010/3/2023反饋方式：電壓串聯(lián)負(fù)反饋因?yàn)橛胸?fù)反饋，利用虛短和虛斷u-=

u+=

uii1=iF

（虛斷）_+Δ∞+RfR1RPuiuoiFif例2.R1=10kΩ

,

Rf=20kΩ

,

ui

=-1V。求:uo

，RP應(yīng)為多大？uo=

Au

ui=(3)(-1)=-3VRP=Rf//R1

=10//20=6.7

kΩAu=1+Rf=1+20/10=3R14110/3/2023特點(diǎn)：輸入電阻(高)_+Δ∞+RFRfRPuiuoAu=1+RFRf當(dāng)RF=0時,Au=1uo=ui三.電壓跟隨器此電路是同相比例運(yùn)算的特殊情況，輸入電阻大，輸出

電阻小。在電路中

作用與分立元件的4210/3/2023射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。Δ_

∞++RfR1R2uoRPui1i1ui

i22iF虛地ou

=-(ui1R1R

fui2R2+

Rf)ou =

-i1若R1

=R2

=R,RfR(u

+

ui2)取RP=R1//R2//Rfo_

uΔRFu

R1

∞iRP

++i1

+i2=iFui2R2ui1

+R1-uo=4310/3/2023Rf9.5.2

基本運(yùn)算電路一.加法運(yùn)算電路1.

反相求和運(yùn)算：RfR1Au=

1+uo

=Au)(+RfR1u+=(

1+R3R2

+

R3ui1R2R2

+

R3u

)i2取R2//R3=R1//Rf2

3當(dāng)R =

R

時,uo

=i1i2R1(

1+

Rf

)(u +u

)122.

同相求和運(yùn)算：R1

Rf++ui1uoR2R3ui2-u+_+Δ∞+RfR1RPuiuo4410/3/2023二.減法運(yùn)算電路（一)利用加法器vi2-vi1

=

vi2+(-vi1)反相器（-1）4510/3/2023（二）減法器差動減法器疊加定理Vi1作用Vi2作用綜合：4610/3/20231.

積分電路三.

積分和微分電路iiCu

i-++RRpuoucC4710/3/2023反相積分器：如果u

i=直流電壓U,輸出將反相積分，經(jīng)過一定的時間后輸出飽和。tuiUt0uo0-UomTM積分時限=

–4810/3/2023tU

RC設(shè)Uom=15V,U=+3V,R=10kΩ

,C=1μF=0.05秒練習(xí):畫出在給定輸入波形作用下積分器的輸出波形。(a)階躍輸入信號(b)方波輸入信號積分器的輸入和輸出波形圖4910/3/2023應(yīng)用舉例：輸入方波，輸出是三角波。tui0t5010/3/2023uo02.

微分電路：u-=

u+=

0u

i－

++uoR2i1iFRC5110/3/2023tui0tuo0例：,求uo。u

i+－

+uoRR2i1iFC90°5210/3/20239.5.3對數(shù)和反對數(shù)運(yùn)算電路（自學(xué)）一.

對數(shù)電路利用PN

結(jié)的指數(shù)特性實(shí)現(xiàn)對數(shù)運(yùn)算5310/3/2023BJT的發(fā)射結(jié)有其中，IES

是發(fā)射結(jié)反向飽和電流，uO是ui的對數(shù)運(yùn)算。注意：ui必須大于零，電路的輸出電壓小于0.7伏利用虛短和虛斷，電路有也可利用半導(dǎo)體三極管實(shí)現(xiàn)對數(shù)運(yùn)算5410/3/2023二.反對數(shù)（指數(shù)）電路5510/3/2023uO是ui的反對數(shù)運(yùn)算（指數(shù)運(yùn)算）用半導(dǎo)體三極管實(shí)現(xiàn)反對數(shù)運(yùn)算電路利用虛短和虛斷，電路有要求以上兩個電路溫漂很嚴(yán)重，實(shí)際電路都有溫度補(bǔ)償電路5610/3/20231.基本原理三.對數(shù)反對數(shù)型模擬乘法器實(shí)

現(xiàn)

框

圖5710/3/20232.集成模擬乘法器（一）基本原理對于差放有：5810/3/2023其中K為比例因子，量綱:V-15910/3/2023模擬乘法器功能：實(shí)現(xiàn)兩個模擬量相乘符號：（二）模擬乘法器的應(yīng)用1.

相乘運(yùn)算立方運(yùn)算電路模擬相乘器2.

平方和立方運(yùn)算平方運(yùn)算電路6010/3/2023如果令K=R2

/R1則3.

除法運(yùn)算電路工作（負(fù)反饋）條件？據(jù)虛斷4.

開平方運(yùn)算電路112O(

v

)1

RK

Rv

負(fù)反饋條件？v1為負(fù)值！二極管作用？5.

開立方運(yùn)算電路9.5.4

有源濾波電路6410/3/2023濾波器的功能：對頻率進(jìn)行選擇,過濾掉噪聲和干擾信號，保留下有用信號。有源濾波器實(shí)際上是一種具有特定頻率響應(yīng)的放大器。濾波器的分類：低通濾波器（LPF）高通濾波器（HPF）帶通濾波器（BPF）帶阻濾波器（BEF）有源濾波器的頻響本課討論由運(yùn)放及RC元件構(gòu)成的濾波器。6510/3/2023濾波器的用途濾波器主要用來濾除信號中無用的頻率成分，例如，有一個較低頻率的信號，其中包含一些較高頻率成分的干擾。6610/3/20231.

一階RC低通濾波器(無源)RCCC傳遞函數(shù)幅頻特性6710/3/2023一.低通有源濾波器010.707ω0截止頻率此電路的缺點(diǎn)：1、帶負(fù)載能力差。2、無放大作用。3、特性不理想，邊沿不陡。幅頻特