LF356模拟集成电路.ppt

第三讲 模拟集成电路 1.1 集成运算放大器 集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放大器。在该 集成电路的输入与输出之间接入不同的反馈网络，可实现不同 用途的电路，例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号 放大、信号运算（加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开 方等）、信号的处理（滤波、调制）以及波形的产生和变换。 集成运算放大器的种类非常多，可适用于不同的场合。 1通用型运算放大器 通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主 要特点是价格低廉、产品量大面广，其性能指标能适合于一般性使 用。例A741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及 以场效应管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广 泛的集成运算放大器。 2高阻型运算放大器 这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高，输入偏置 电流非常小，一般rid（1091012），IIB为几pA到几十pA。实现这 些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点，用场效应管 组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级，不仅输入阻抗高 ，输入偏置电流低，而且具有高速、宽带和低噪声等优点，但输入 失调电压较大。常见的集成器件有LF356、LF355、LF347（四运放 ）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。 集成运算放大器可分为如下几类： 1.1.1 集成运算放大器的使用要点 1集成运放的电源供给方式 集成运放有两个电源接线端+VCC和-VEE，但有不 同的电源供给方式。对于不同的电源供给方式，对 输入信号的要求是不同的。 （1）对称双电源供电方式 运算放大器多采用这种方式供电。相对于公共 端（地）的正电源（+E）与负电源（-E）分别接于 运放的+VCC和-VEE管脚上。在这种方式下，可把信 号源直接接到运放的输入脚上，而输出电压的振幅 可达正负对称电源电压。 （2）单电源供电方式 单电源供电是将运放的-VEE管脚连接到地上。此时为了保 证运放内部单元电路具有合适的静态工作点，在运放输入端一 定要加入一直流电位，如图3.2.1所示。此时运放的输出是在 某一直流电位基础上随输入信号变化。对于图3.2.1交流放大 器，静态时，运算放大器的输出电压近似为VCC/2，为了隔离 掉输出中的直流成分接入电容C3。 2集成运放的调零问题 由于集成运放的输入失调电压和输入失调电流的影 响，当运算放大器组成的线性电路输入信号为零时， 输出往往不等于零。为了提高电路的运算精度，要求 对失调电压和失调电流造成的误差进行补偿，这就是 运算放大器的调零。常用的调零方法有内部调零和外 部调零，而对于没有内部调零端子的集成运放，要采 用外部调零方法。下面以A741为例，图3.2.2给出了 常用调零电路。图3.2.2(a)所示的是内部调零电路； 图（b）是外部调零电路。 3集成运放的自激振荡问题 运算放大器是一个高放大倍数的多级放大器，在接成深度 负反馈条件下，很容易产生自激振荡。为使放大器能稳定的工 作，就需外加一定的频率补偿网络，以消除自激振荡。图 3.2.3是相位补偿的使用电路。 另外，防止通过电源内阻造成低频振荡或高频振荡的措施是在 集成运放的正、负供电电源的输入端对地一定要分别加入一电 解电容（10F）和一高频滤波电容（0.01F0.1F）。如图 3.2.3所示。 4.运算放大器的应用 u理想运算放大器 v开环电压放大倍数 AV0= v差摸输入电阻 Rid= v输出电阻 R0=0 u 运算放大器的两个工作区域（状态） 线性区和非线性区 u线性应用 条件：运放与外围电路构成负反馈。 u非线性应用 条件：a.运放处于开环状态或与外围电 路 构成正反馈。 b.输出端有稳压二极管稳压或通 过 稳压二极管与反相输入端相连 。 特点：a. 若U+U-，则UO=+UOM； 若U+U-，则UO=-UOM。 b. i+i0 （虚断） 注：不能使用虚短！ 两个重要的概念： 1.集成运放两个输入端之间的电压通常接近 于零，即vIvv-0。若把它理想化，则 有vI0，但又不是短路，故称为虚短。 2. 集成运放两输入端几乎不取用电流，即 iI 0，若把它理想化，则有iI 0，但不是 断开，故称为虚断。 l 线性应用 4.1 比例运算电路 _ + + Rf R1 RP uiuo i1 iF ii- ii+ 虚地点 i1=iF （虚断） 因为有负反馈， 利用虚短和虚断 u+ =0 u=u+=0（虚地） 平衡电阻:RP=R1/RF (使输入端对地的静态电阻相等) 反馈方式： 电压并联负反馈 （1）反相比例运算电路 电压放大倍数 该电路的电压放大倍数不宜过 大。反馈电阻RF一般小于1M， Rf过大会影响阻值的精度；但Rf也 不能太小，过小会从信号源或前级 吸取较大的电流。 由于电路存在虚地所以共模输 入电压ViC=0 二. 同相比例运算放大器 u-= u+= ui _ + + Rf R1 RP ui uo iF i1 Au=1+ Rf R1 i1=iF （虚断） RP=Rf/R1 f 1 f 1 ) 因为有负反馈， 利用虚短和虚断 反馈方式： 电压串联负反馈 由于运算放大器在该电路中不是“虚 地”，其输入端存在着较大的共模信 号，共模输入电压为：ViC=Vi _ + + RF Rf RP ui uo Au=1+ RF Rf 当RF=0时,Au=1uo=ui 三.电压跟随器 此电路是同相比 例运算的特殊情况 ，输入电阻大，输 出电阻小。在电路 中作用与分离元件 的射极输出器相同 ，但是电压跟随性 能好。 1. 反相求和运算： _ + + Rf R1 R2 ui2uo RP ui1 i1 i2 iF 虚地 uo =-( ui1 R1 Rf + ui2 R2 Rf ) 若R1 =R2 =R, uo = - (ui1 R Rf +ui2 ) 取RP= R1/ R2/Rf uo _ + + RF R1 RP uii1 + i2= iF ui1 R1 = ui2 R2 + -uo Rf 4.2 基本运算电路 一. 加法运算电路 2. 同相求和运算： Au= Rf R1 1+ uo = Au u+ =( )( + ) Rf R1 1+ R3 R2 + R3 ui1 R2 R2 + R3 ui2 取R2/R3=R1/Rf 当R2 = R3 时, uo = ( )(ui1 + ui2) Rf R1 1+ 1 2 R1Rf + + u i1 uoR2 R3 ui2 - u+ _ + + Rf R1 RP ui uo 二. 减法运算电路 1、利用加法器 vi2-vi1 = vi2+(-vi1) 反相器（-1） 叠加定理 （二）减法器 2、差动减法器 Vi1作用 Vi2作用 综合： 1. 积分电路 三. 积分和微分电路 i iC u i - + + R RP C uo uc 反相积分器：如果u i=直流电压U,输出将反相积分， 经过一定的时间后输出饱和。 t ui 0 U t uo 0 -Uom TM 积分时限 = t U RC 设Uom=15V,U=+3V, R=10k ,C=1F =0.05秒 练习: 画出在 给定输入波形 作用下积分器 的输出波形。 (a