集成运放电路基础.pptx
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1、 采采用用半半导导体体制制造造工工艺艺将将管管子子、电电阻阻、电电容容等等器器件件及及连连线线制制作作在在一一块块硅硅片片上上,形形成成一一个个不不可可分分割割的的固固体体组组件件,称称为为集集成成电电路路。集集成成电电路路按按其其功功能能可可分分为为模模拟拟集集成成电电路路和和数数字字集集成成电电路路两两大大类类。模模拟拟集集成成电电路路中中应应用用最最广广泛泛的的集集成成运运算算放放大大器器,目目前前已已广广泛泛应应用用于于信信号号处处理理、信信号号变变换换及及信信号号发发生生等等各各个个方方面面,在控制、测量、仪表等领域中占有重要地位。在控制、测量、仪表等领域中占有重要地位。第三章第三章
2、 集成运算放大电路基础集成运算放大电路基础3.1.1 3.1.1 基本差分放大器基本差分放大器 静态时,由于电路结构完全对称,集电极电位相等,故输出为零。静态时,由于电路结构完全对称,集电极电位相等,故输出为零。当温度变化,或电源电压波动,将引起两管集电极电流当温度变化,或电源电压波动,将引起两管集电极电流I IC1C1、I IC2C2同时增同时增大或减小,这就是零飘现象,相当于在两管的输入端同时加人一对大小大或减小,这就是零飘现象,相当于在两管的输入端同时加人一对大小相等、极性相同的信号相等、极性相同的信号u ui1i1、u ui2i2,称为共模输入信号。对于共模输入信,称为共模输入信号。对
3、于共模输入信号,两管的集电极电位总是相等的。若采用双端输出方式,输出电压为号,两管的集电极电位总是相等的。若采用双端输出方式,输出电压为零,或者说,差动放大电路的共模电压放大倍数零,或者说,差动放大电路的共模电压放大倍数A AC=0C=0,即差动放大电路,即差动放大电路可以有效地抑制零飘,换句话说,差动放大电路,对共模信号没有放大可以有效地抑制零飘,换句话说,差动放大电路,对共模信号没有放大作用。作用。3.1.2 3.1.2 典型的差分放大器典型的差分放大器 由于由于R RE E的电流负反馈作用,使每个管子的漂移又得到了的电流负反馈作用,使每个管子的漂移又得到了一定程度的抑制,这样,输出端的漂
4、移就进一步减小了。显一定程度的抑制,这样,输出端的漂移就进一步减小了。显然,然,R RE E愈大,电流负反馈作用愈强,因而抑制每个管子的漂愈大,电流负反馈作用愈强,因而抑制每个管子的漂移作用就愈显著。这样就进一步增强了差动电路抑制漂移和移作用就愈显著。这样就进一步增强了差动电路抑制漂移和共模信号的能力。因此共模信号的能力。因此R RE E也称为共模负反馈电阻。也称为共模负反馈电阻。3.1.3 3.1.3 带恒流源的差动放大器带恒流源的差动放大器 如图如图3-33-3(a a)所示,就是一个具有恒流源的差放电路,)所示,就是一个具有恒流源的差放电路,图中:图中:T3T3和和R R1 1、R R2
5、 2、R RE3E3、T4T4、T5T5组成恒流源,电阻组成恒流源,电阻R R1 1、R R2 2、R RE3E3用来调整和确定用来调整和确定T3T3的静态工作电流的静态工作电流I IC3C3,二极管,二极管D4D4、D5D5用用作温度补偿。将电流源简化,其电路如图作温度补偿。将电流源简化,其电路如图3-33-3(b b)所示。)所示。(a)(b)图3-3 带恒流源的差分放大电路3.1.43.1.4差动放大器的输入、输出方式差动放大器的输入、输出方式单端输入、单端输出的差分放大电路单端输入、单端输出的差分放大电路 单端输入、双端输出的差分放大电路单端输入、双端输出的差分放大电路 双端输入、单端
6、输出差分放大电路双端输入、单端输出差分放大电路 3.23.2集成运算放大器简介集成运算放大器简介 3.2.13.2.1集成运算放大器的基本结构及其特点集成运算放大器的基本结构及其特点1 1、集成运算放大器的基本结构、集成运算放大器的基本结构2 2、集成运算放大器的图形符号和管脚功能、集成运算放大器的图形符号和管脚功能 集成运放的图形符号如图集成运放的图形符号如图3-103-10所示。所示。图中可见,集图中可见,集成运放有两个输入端和一个输出端,输入端输入方式有三成运放有两个输入端和一个输出端,输入端输入方式有三种从种从“-”端输入端输入(u(u-)-)称反相输入,输出电压与输入电压称反相输入,
7、输出电压与输入电压相位相反;从相位相反;从“+”端输入端输入(u u+)+)称同相输入,输出电压与称同相输入,输出电压与输入电压相位相同;从输入电压相位相同;从“-”、“+”两个端输入称差分输两个端输入称差分输出(出(u uId=Id=u u-u u+),输出电压与差分输入电压相位相),输出电压与差分输入电压相位相反。反。3-10集成运放符号(a)国际标准符号;(b)习惯通用符号。3.2.23.2.2集成运算放大器主要参数的意义集成运算放大器主要参数的意义 (1)开环差模电压放大倍数趋于无穷;开环差模电压放大倍数趋于无穷;(2)输入电阻趋于无穷;输入电阻趋于无穷;(3)输出电阻趋于零;输出电阻
8、趋于零;(4)共模抑制比趋于无穷;共模抑制比趋于无穷;(5)有无限宽的频带;有无限宽的频带;(6)当输入端当输入端u-=u+时,时,uo=0。目目前前,集集成成运运放放的的开开环环差差模模电电压压放放大大倍倍数数均均在在104以以上上,输输入入电电阻阻达达到到兆兆欧欧数数量量级级,输输出出电电阻阻在在几几百百欧欧以以下下。因因此此,作近似分析时,常常对集成运放作理想化处理。作近似分析时,常常对集成运放作理想化处理。3.2.33.2.3理想集成运算放大器的分析方法理想集成运算放大器的分析方法集成运放输出电压与差分输入电压之间的关系,集成运放输出电压与差分输入电压之间的关系,可用图可用图8.19所
9、示的电压传输特性来描述。所示的电压传输特性来描述。图图8.19运算放大器的电压传输特性运算放大器的电压传输特性 3.33.3基本运算电路基本运算电路1.1.反相比例运算电路反相比例运算电路2.2.同相比例运算电路同相比例运算电路(a)同相比例运算电路(b)电压跟随器 3.3.加法运算电路加法运算电路4.4.减法运算电路减法运算电路3.3.3.3.3.3.积分与微分电路积分与微分电路 积分运算指集成运放的输出电压与输入电压积分运算指集成运放的输出电压与输入电压的积分成比例的运算。积分运算电路如图的积分成比例的运算。积分运算电路如图3-213-21所所示。图中,用示。图中,用CFCF代替代替R R
10、F F构成反馈电路。构成反馈电路。1.1.积分电路积分电路 图3-21 积分运算电路2.2.微分运算电路微分运算电路微分运算是积分运算的逆运算。积分电路中,微分运算是积分运算的逆运算。积分电路中,电阻电阻R R1 1与电容与电容C CF F的位置对调一下,即得微分电的位置对调一下,即得微分电路,电路如图路,电路如图3-223-22所示。所示。图3-22 微分运算电路 (1)电压比较器电压比较器 电压比较电路如图电压比较电路如图3-24所示所示。图图3-24电压比较器电压比较器 3.4 信号处理电路信号处理电路 信号幅度比较电路大致可分为三种:电压比较电路、滞回比较电路和窗口比较电路。图3-25
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