8第16章集成运算放大器.ppt

1、1,第15章 基本放大电路,15.1 共发射极放大电路的组成,15.2放大电路的静态分析,15.3放大电路的动态分析,15.5 放大电路的频率特性,15.4 静态工作点的稳定,15.6 射极输出器,15.7 差分放大电路,*15.8 互补对称功率放大电路,2,若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数: Ac = 0 输出电压: uo = Ad uid,若电路不完全对称，则 Ac 0， 实际输出电压: uo = uod+ uoc = Ad uid + Ac uic 即共模信号对输出有影响 。,实际输出电压: uo = uod + uoc = Ad uid + Ac uic,15.7 差分放大电路,

2、3,全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力。,差模放大倍数,共模放大倍数,KCMRR越大，说明差放电路 分辨差模信号的能力和抑制 共模信号的能力越强。,四、共模抑制比,共模抑制比,4,电路完全对称是理想的情况，共模抑制比不可能趋于无穷大,原则上提高差分放大电路共模抑制比的途径是： 电路参数尽量对称； 加大共模抑制电阻RE .,5,15.8 互补对称功率放大电路(简介）,一、对功率放大电路的基本要求,功率放大电路的作用：是放大电路的输出级，去推动负载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转、电动机旋转等。,(1) 在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。,(2) 由于功率较大

3、，要求提高效率。,6,晶体管的工作状态,甲类工作状态 晶体管在输入信号 的整个周期都导通, 静态IC较大，波形好, 管耗大，效率低。,乙类工作状态 晶体管只在输入信号 的半个周期内导通， 静态IC=0，波形严重失真, 管耗小，效率高。,甲乙类工作状态 晶体管导通的时间大于半个周期，静态IC 0，一般功放常采用。,7,二、互补对称放大电路,互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器(Output Transformerless)电路，简称OTL电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容(Out

4、put Capacitorless)电路，简称OCL电路。 OTL电路采用单电源供电， OCL电路采用双电源供电。,8,1. OTL电路,(1) 特点,T1、T2的特性一致； 一个NPN型、一个PNP型 两管均接成射极输出器； 输出端有大电容； 单电源供电。,(2) 静态时(ui= 0), IC1 0， IC2 0,OTL原理电路,电容两端的电压,9,(3) 动态时,设输入端在UCC/2 直流基础上加入正弦信号。,T1导通、T2截止； 同时给电容充电,T2导通、T1截止； 电容放电，相当于电源,若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称。,ic1,ic2,交流通

5、路,uo,输入交流信号ui的正半周,输入交流信号ui的负半周,10,(4) 交越失真,当输入信号ui为正弦波时， 输出信号在过零前后出现的 失真称为交越失真。,交越失真产生的原因 由于晶体管特性存在非线性， ui 死区电压时晶体管导通不好。,采用各种电路以产生有不大的偏流，使静态工作点稍高于截止点，即工作于甲乙类状态。,克服交越失真的措施,11,(5) 克服交越失真的OTL互补对称放大电路,两个晶体管T1 (NPN型)和T2(PNP 型)的特性基本相同。,静态时, 调节 R3 ,使 A 点的电位 为 ；,输出电容CL上 的电压也等于 ；,R1 和 D1、D2 上的压降使两管获得合适的偏压，工作

6、在甲乙类状态。,OTL互补对称放大电路,12,在输出功率较大时常采用复合管,复合管的构成,ic1= 1 ib1 ,ic2=2 ib2 = 2 (1+1 ) ib1,ic = ic1+ ic2 =1+2 (1+1 ) ib1 1 2 ib1,方式 1,ib2= ie1=(1+1 ) ib1 ,ib= ib1 ,13,复合管的电流放大系数 1 2,复合管的类型与复合管中第一只管子的类型相同,方式2,14,OTL互补对称放大电路,3. R8和R9 的作用?,1. R4、D1、D2的作用？,2. T1 和T3 、T2 和T4 构成什么工作方式？,4. R6和R7 的作用?,15,OTL互补对称放大电路

7、,(3) R8 和R9 的作用?,(1) R4、D1、D2的作用？,(2) T1 和T3 、T2 和T4 构成什么工作方式？,(4) R6和R7 的作用?,避免产生交越失真,构成复合管,引入电流负反馈，使电路工作稳定。,分流T1、T2的ICEO， 提高温度稳定性。,16,2. 无输出电容(OCL)的互补对称放大电路,OCL电路需用正负 两路电源。其工作原理 与OTL电路基本相同。,OCL互补对称放大电路,P90图15.10,17,三、集成功率放大器,相位补偿, 消除 自激振荡, 改善 高频负载特性。,去耦，滤掉 高频交流,消振，防止高频自激,集成功放LM386接线图,特点: 工作可靠、使用方便

8、。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。,场效晶体管与双极型晶体管的比较80 表15.9.1,18,第16章 集成运算放大器,16.1 集成运算放大器的简单介绍,16.2 运算放大器在信号运算方面的应用,16.4 运算放大器在波形产生方面的应用,16.5 使用运算放大器应注意的几个问题,16.3 运算放大器在信号处理方面的应用,19,本章要求,第16章 集成运算放大器,20,The term operational amplifier was introduced in 1947 by John Ragazzini and his colleagues,in their work

9、on analog computers for the National Defense Reserch Council.,Vacuum tubes,Dual in-line package(DIP),Surface outline package(SOP),16.1 集成运算放大器的简单介绍,21,组成：是由三极管、电阻、电容、二极管等元件组成的电子电路。可由分立元件或集成电路组成。,Electric circuit of a radio receiver,In 1968，made by Fairchild Semiconductor,22,集成运算放大器是电压放大倍数很高的多级直接耦合放大

10、电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。,集成电路特点： 体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低。,23,各类型号集成芯片,16.1.1 集成运算放大器的特点,1. 元器件参数的一致性和对称性好； 2. 电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流源代替，电位器需外接； 3. 电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感 和变压器均需外接； 4. 二极管多用三极管的发射结代替。,10030k , 200pF,24,16.1.2 电路的简单说明,输入级,偏置电路,中间级,输出级,+UCC,uo,+,-UEE,T12,T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8,T9,T10,T11,

11、T13,T14,T16,T18,T17,T20,T15,T19,R1,R2,R3,R4,R5,R7,R8,R9,R10,R11,R12,C,差分放大电路,共射放大电路,互补功放,同相输入,反相输入,输出,正电源,负电源,学习集成运算放大器的原理及应用时，要侧重掌握其外部特性及使用方法，而对内部结构了解即可,25,集成运算放大器的管脚和符号,反相 输入端,同相 输入端,信号传 输方向,输出端,实际运放开环 电压放大倍数,(a),(b),(a) 符号;,(b)引脚,26,图(a),27,16.1.3 主要参数,1. 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。,2. 开环电

12、压放大倍数（增益） Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo愈高，所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 UICM 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。,愈小愈好,3. 输入失调电压 UIO 4. 输入失调电流 IIO 5. 输入偏置电流 IIB,28,VCVS,16.1.4 理想运算放大器及其分析依据,29,由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件， 用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化, 为此,后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。,1. 开环电压放大倍数,2. 开环输入电阻,3.

13、开环输出电阻,4. 共模抑制比,在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理想的运算放大器。理想化的主要条件：,30,线性区： uo = Auo(u+ u),非线性区： u+ u 时， uo = +Uo(sat) u+ u 时， uo = Uo(sat), 电压传输特性 uo= f (ui),线性区,理想特性,实际特性,饱和区,O,理想运算放大器图形符号,31, 理想运放工作在线性区的特点,uo = Auo(u+ u ),所以(1) 差模输入电压 0 即 u+= u ,称两个输入端“虚短(路)”,(2) 两个输入端的输入电流约为 0 即 i+= i 0 ,称“虚断(路)”,电压传输特性,Auo越

14、大，运放的线性范围越小,必 须加负反馈才能使其工作于线性区。,O,UCC=15V,Auo =105，则u+ u=0.15mV。,32, 理想运放工作在饱和区(非线性区）的特点,(1) 输出只有两种可能, +Uo(sat) 或Uo(sat),(2) i+= i 0,仍存在“虚断”现象,电压传输特性,当 u+ u 时， uo = + Uo(sat) u+ u 时， uo = Uo(sat) 不存在 “虚短”现象,33,16.2 运算放大器在信号运算方面的运用,集成运放与外部电阻、电容、半导体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、乘法和除法等运算。,运

15、算放大器工作在线性区时，通常要引入深度负反馈。所以，它的输出电压和输入电压的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构和参数，而与运算放大器本身的参数关系不大。改变输入电路和反馈电路的结构形式，就可以实现不同的运算。,34,16.2.1 比例运算,1.反相比例运算,(1) 电路组成,以后如不加说明，输入、输出的另一端均为地()。,(2) 电压放大倍数,因虚短, 所以u=u+= 0， 称反相输入端“虚地” 反相输入的重要特点,因虚断，i+= - i = 0 ，,所以 i1 if,因要求静态时u+、 u 对地电阻相同，所以平衡电阻 R2 = R1 / RF,35,结 论：,(1) Auf为负值，即 uo与 ui 极性相反。因为 ui 加在反相输入端。,(2) Auf 只与外部电阻 R1、RF 有关，与运放本