电子技术基础 课件 第4章 集成运算放大器及其应用

第4章集成运算放大器及其应用4.1差动式放大电路4.2集成运算放大电路4.3集成运算放大电路的应用集成运算放大器——高增益的直接耦合的集成的多级放大器。什么是集成运算放大器？因为电容的隔直作用以及低频时容抗加大，所以阻容耦合放大器只适用于放大频率较高的交流信号。对于直流信号和低频信号，阻容耦合已不适用，必须采用直接耦合方式。Rb1+VCCRCC1C2TRLuiuoRb2能够放大直流信号（包括慢变信号和低频信号）的放大器称为直流放大器。建立静态工作点一、直接耦合放大电路阻容耦合放大电路直耦放大电路的特殊问题——零点漂移零漂现象：产生零漂的原因：由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。输入ui=0时，，输出有缓慢变化的电压产生。uiRC1Rb1T1Rb2+VCCuoRC2T2Re2两级直接耦合放大电路例如:若输入有0.1mV的漂移电压。

则输出有1V的漂移电压假设减小零漂的措施：引入直流负反馈采用差分放大电路（差动式放大电路）漂移0.1mV漂移1V用非线性元件进行温度补偿+VCCuoRC2T2uiRC1Rb1T1Rb2Re24.1差动放大电路1.基本差分放大电路的结构:特点：a.两个输入端,两个输出端b.元件参数对称

即：

1=

2=

UBE1=UBE2=UBE

rbe1=rbe2=

rbe

RC1=RC2=RC

优点：能有效地克服零点漂移。c.加入射极电阻Re和负电源

-VEE，采用正负双电源供电。2.差模信号与共模信号差模信号：共模信号：差模电压增益：共模电压增益：差模信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相反的信号；共模信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相同的信号。uic共模输入差模输入差模输入3.抑制零漂的原理:Uo=UC1-UC2

=0静态时，ui1

=

ui2

=0当温度变化时：UC1=UC2设T

IC1

IC2

UC1

UC2

UO=0设T

IC1

，IC2

利用Re电阻的直流负反馈作用稳定静态工作点利用差动式的结构稳定静态工作点

UE

UBE1

，UBE2

IB1

，IB2

IC1

，IC2

C1C2集成电路简称IC(IntegratedCircuit)集成电路按其功能分数字集成电路模拟集成电路模拟集成电路类型集成运算放大器；集成功率放大器；集成高频放大器；集成中频放大器；集成比较器；集成乘法器；集成稳压器；集成数/模和模/数转换器等。§4.2集成运算放大电路概述集成电路:

将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。通常由差动放大电路构成，目的是为了减小放大电路的零点漂移、提高输入阻抗。通常由共发射极放大电路构成，目的是为了获得较高的电压放大倍数。一般由各种恒流源电路构成，作用是为上述各级电路提供稳定、合适的偏置电流，决定各级的静态工作点。通常由互补对称电路构成，目的是为了减小输出电阻，提高电路的带负载能力。一、集成运放的结构组成集成运算放大器符号国际符号：国内符号：集成运放的特点：电压增益高输入电阻大输出电阻小＋－uNuP

uoA同相输入端反相输入端输出端4.3集成运放的应用

一.集成运放的分析方法

1.集成运放的理想化参数：开环差模电压放大倍数Aud=∞开环差模输入电阻Rid=∞输出电阻Ro=02.运放的两条重要结论理想运放工作在线性区的条件：

电路中有负反馈！运放工作在线性区的分析方法：虚短（uN=uP）虚断（iN=iP=0）(2)两条重要结论

①理想集成运放两输入端的净输入电压等于零。即②理想集成运放的两输入端电流均为零。即通常称为“虚短”通常称为“虚断”

1比例运算电路（1）反相比例运算虚地点i1=if因为有负反馈，利用虚短和虚断

uN=uP=0（虚地）反馈方式：电压并联负反馈电压放大倍数:二、基本运算电路例题:

R1=10k

,Rf=20k,ui

=-1V。求:uo

、Ri。说明RP的作用，RP应为多大？

RP为平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):RP=R1//Rf（2）同相比例运算电路uN=uP=uii1=if平衡电阻RP=Rf//R1利用虚短和虚断反馈方式：电压串联负反馈电压放大倍数:Au=1(3)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。在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。ui=uP=uN=uo利用虚短和虚断：（1）

反相加法运算：若

R1=R2=Rf

,

平衡电阻RP=R1//R2//Rfi1+i2=if2.加法运算电路虚地利用虚短和虚断：则

uO

=

(ui1+ui2)例题:

如图所示两级运算电路，试确定输出电压与输入电压的运算关系。解：第二级为反相比例运算电路第一级为反相加法电路叠加原理

ui1作用：

ui2作用：

综合：则有：反相比例运算同相比例运算3.减法运算电路－＋A－＋A－＋A－＋A4.积分电路利用虚短和虚断：积分电路的输出电压等于由电路参数确定的一个系数乘以输入电压对时间的积分应用举例：输入方波，输出是三角波。tui0uot05.微分电路uN=uP=0ttt0uiuOtui0tuo0例：,求uo。90°4.3.3集成运放的非线性应用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。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：电压传输特性

–UOL

+UOH运放处于开环状态一.简单电压比较器阈值电压(门限电平)UTH：输出跃变所对应的输入电压。uiuoOUREF当uP>uN时，uo=+UOH

uP<uN

时，uo=–UOL

即ui<UREF时，uo

=+UOH

ui

>UREF

时，uo

=–

UOL

可见，在ui

=UREF处输出电压uo

发生跃变。参考电压UREFuouiR2+–R1AUTHui

>UR，uo=+UOHui

<UR，uo=–UOL

–UOL

+UOHuiuoOUREF输入信号接在反相端输入信号接在同相端电压传输特性–UOL

+UOHuiuoOUREFuoUREFuiR2+–R1AuiuoUREFR2+–R1A输出带限幅的电压比较器设稳压管的稳定电压为UZ，忽略稳压管的正向导通压降则ui

<

UREF，uo

=UZ

ui>UREF，uo

=–UZUZ

–UZ电压传输特性

–UOL

+UOHuiuoOUREFui<UREF时，uo'

=+UOHui

>UREF

时，uo'

=–

UOLuo'RDZUREFuouiR2+–R1A单门限比较器的特点工作在开环状态；具有开关特性。因开环增益很大，比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态；电路简单，灵敏度高，但抗干扰能力较差，容易发生误触发。迟滞比较器（1）电路组成（2）门限电压uP：门限电压上门限电压下门限电压up与uo有关系迟滞比较器（3）传输特性(VOH)(VOL)当ui增大时，直到ui>VTH1时（略大），电路发生翻转，uO