第16章集成运算放大器

1、 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接集成运算放大器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。电路。Auo 高高: 80dB140dBrid 高高: 105 1011 ro 低低: 几十几十 几百几百 KCMR高高: 70dB130dBuo+Auou+u。 。+UCCUEE +UCCUEEuu+输入级输入级中间级中间级输出级输出级同相同相输入端输入端输出端输出端反相反相输入端输入端 输入级：输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用

2、带恒流源的差放采用带恒流源的差放 。 中间级：中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。放大电路构成。 输出级：输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。般由互补对称电路或射极输出器构成。16.1.3 主要参数主要参数1. 最大输出电压最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。2. 开环差模电压增益开环差模电压增益 Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。运放没有

3、接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo愈高，所愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。6. 共模输入电压范围共模输入电压范围 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。3. 输入失调电压输入失调电压 UIO4. 输入失调电流输入失调电流 IIO5. 输入偏置电流输入偏置电流 IIB1. 理想运算放大器理想运算放大器Auo ， rid ，ro 0 ， KCMR 2. 电压传输特性电压传输特性 uo= f (ui)

4、线性区：线性区：uo = Auo( (u+ u)非线性区：非线性区：u+ u 时，时， uo = +Uo(sat) u+ u 时，时， uo = + Uo(sat) u+ 0 ui = Ui 0时，时，| T(j )| 衰减很快衰减很快 显然，电路能使低于显然，电路能使低于 0的信号的信号顺利通过，衰减很小，而使高于顺利通过，衰减很小，而使高于 0的信号不易通过，衰减很大，的信号不易通过，衰减很大，称一称一 阶有源低通滤波器。阶有源低通滤波器。 为了改善滤波效果，使为了改善滤波效果，使 0 时信号衰减得更快些，时信号衰减得更快些，常将两节常将两节RC滤波环节串接起滤波环节串接起来，来，组成二阶

5、有源低通滤波组成二阶有源低通滤波器。器。uoRFCR+ R1+ui+RC一阶一阶二阶二阶 幅频特性幅频特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | O 01F1Fioj11j111 RRRCRRUUi1jUCRRU URRU)(11Fo频率频率角角称为截止称为截止RC1: 式中0 uiuoRFCR+ R1+设输入为正弦波信号，则有设输入为正弦波信号，则有故：故： 可见，电路使频率大于可见，电路使频率大于 0 的信号通过的信号通过 ，而小于，而小于 0 的信号被的信号被阻止，称为阻止，称为有源高通滤波器有源高通滤波器。 ,0时时当当 ,时时当当 20f0)(1)(j uATf0)(juA

6、T 0)(j T 01Fioj11)(j)(j)(j RRUUT 0f0j1 uA其模为其模为,0时时当当 2)(jf0uAT 幅频特性幅频特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | O模拟开关模拟开关模拟输入信号模拟输入信号电路电路 SuC+ui+uo+ 采样保持电路采样保持电路，多用于模，多用于模 - 数转换电路（数转换电路（A/D）之前）之前。由。由于于A/D 转换需要一定的时间，所以在进行转换需要一定的时间，所以在进行A/D 转换前必须对转换前必须对模拟量进行瞬间采样，并把采样值保存一段时间，以满足模拟量进行瞬间采样，并把采样值保存一段时间，以满足A/D 转换电路的需要。转换

7、电路的需要。采样存储采样存储电容电容控制信号控制信号电压跟随器电压跟随器 uG为高电平，为高电平， S 闭合闭合(场效应管导通场效应管导通)， ui对存储电容对存储电容C充电，充电， uo= uC = ui 。 uG为为 0， S 断开断开(场效应管截止场效应管截止)，输出，输出 保持该阶段开始瞬间的值不变。保持该阶段开始瞬间的值不变。uitouGto采样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。采样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。 SuC+ui+uo+ 电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。当电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电平变成低电平

8、，两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的 大小和大小和极性。极性。 数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，以及波形产生及变换等场合以及波形产生及变换等场合 。 uo u+ u Uo(sat)+Uo(sat)饱和区饱和区O电压传输特性电压传输特性阈值电压阈值电压(门限电平门限电平)：输出跃变所对应的输入电压。：输出跃变所对应的输入电压。 uiuoOURURuouiR2+ R1+可见，在可见，在 ui =UR 处输出电压处输出电压 uo

9、 发生跃变。发生跃变。参考电压参考电压uitOUROuot +Uo (sat) Uo (sat)t1t2 当当 ui 单方向变化时，单方向变化时， uo 只变化一次。只变化一次。URuouiR2+ R1+电压传输特性电压传输特性uiuoOURui UR，uo=+ Uo (sat)ui UR，uo= Uo (sat)URuouiR2+ R1+uiuoURR2+ R1+ uiuoOUR电压传输特性电压传输特性uiuoOURURuouiR2+ R1+uiuoURR2+ R1+Ot +Uo(sat) Uo(sat)uouitOUROuot +Uo (sat) Uo (sat)t1t2UZ UZuoRD

10、ZURuouiR2+ R1+电压传输特性电压传输特性 Uo(sat) +Uo(sat)uiuoOURURuouiR2+ R1+tuituo+Uo(sat)Uo(sat)RF UU当当 uo = + Uo(sat)， 则则 当当 uo = Uo(sat)， 则则iuu 门限电压受输门限电压受输出电压的控制出电压的控制R2uoui+ R1+ oF 2 2uRRRu)(o(sat)F 2 2URRRUu)(o(sat)F 2 2 URRRUu uiuoO Uo(sat)+Uo(sat) U电压传输特性电压传输特性 UuitOuoOt+Uo(sat)Uo(sat) U U两次跳变之间具有迟两次跳变之间

11、具有迟滞特性滞特性滞回比较器滞回比较器RFR2uoui+ R1+)(o(sat)F 2 2RF 2FRURRRURRRu 可见：可见：传输特性不再对称于纵轴，传输特性不再对称于纵轴， UU +URRFR2uoui+ R1+ U Uo(sat)F 2 2 2URRRUUU V2V6201010 U V 2V6201010 U V33. 1V62010105201020V33. 5V62010105201020 UU o(sat)2 1 2RURRRU o(sat)F 2 2RURRRU RCtCCCCeuuutu 0RU RU o(sat)F 2 2R2o(sat)o(sat)F 2 2 R0URRRUtuUuURRRUuCCC o(sat)F 2 2R3o(sat)o(sat)F 2 2R0URRRUtuUuURRRUuCCC F 22121ln2RRRCTTT F 221ln211RRRCTf = RC A1：滞回比较器：滞回比较器 因因 u- = 0 ，所以当，所以当 u+ = 0时时，A1状态改变状态改变0o2111o2121 uRRRuRRRu当当 时时，即即当当 Z121o12oURRuRRu Cuo1R3DZR2+ R6uoR5R4+ A2A1R1TT1T2T = T1+ T2