集成运算放大器PPT课件

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1、 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级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电路。模拟集成电路。集成电路分类集成电路分类模拟集成电路模拟集成电路数字集成电路数字集成电路集成运算放大器、集成集成运算放大器、集成功率放大器、集成稳压电源、集成功率放大器、集成稳压电源、集成A/DD/A等。等。在集成电路工艺中难于制造电感元件；制造容量在集成电路工艺中难于制造电感元件；制造容量大于大于200pF的电容也比较困难，因而放大器各级之间都的电容也比较困难，因而放大器各级之间都采采（1）级间采用直接耦

2、合方式）级间采用直接耦合方式用直接耦合，必须使用电容的场合，也大多采用外接用直接耦合，必须使用电容的场合，也大多采用外接的方法。的方法。（2）电路结构和参数具有对称性）电路结构和参数具有对称性 集成电路中的电阻是由硅半导体的体电阻构成，集成电路中的电阻是由硅半导体的体电阻构成，阻值大约为阻值大约为100 30K，且阻值精度不高，因此常常，且阻值精度不高，因此常常用晶体管恒流源代替电阻（动态电阻）；用晶体管恒流源代替电阻（动态电阻）；必须使用直必须使用直流高阻值的场合，也大多采用外接的方法。流高阻值的场合，也大多采用外接的方法。由于集成电路中的各个元件是通过同一工艺过程由于集成电路中的各个元件是

3、通过同一工艺过程制作在同一硅片上，同一片内的元件参数绝对值有同制作在同一硅片上，同一片内的元件参数绝对值有同向的偏差，温度均一性好向的偏差，温度均一性好（3）用有源器件代替无源器件）用有源器件代替无源器件中间级中间级输入级输入级输出级输出级偏置电路偏置电路输入级：输入级：要求输入电阻高，差模放大倍数高，抑制要求输入电阻高，差模放大倍数高，抑制零点漂移和共模干扰信号的能力强。都采用差分放零点漂移和共模干扰信号的能力强。都采用差分放大电路。大电路。中间级：中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的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。共发射极放大电路构成。偏置电路：偏置电路：

4、为各级放大电路提供稳定和合适的偏置为各级放大电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点，一般由恒流源电路电流，决定各级的静态工作点，一般由恒流源电路构成。构成。+UCC+-+-一、镜像电流源一、镜像电流源RUVIBE1CCREFC2C1B2B1II,II由电路对称由电路对称I2I2IIIIC2REFBREFC1C221IIIC2REFC2当满足当满足2 2时，时，REFC2III IC2C2作为提供给某个放大器的作为提供给某个放大器的偏置电流。偏置电流。二、比例电流源二、比例电流源2E2BE21E1BE1RIURIUREF21C2IRRI缺点：缺点：I IC C受电源电压波动的影响。受

5、电源电压波动的影响。不适用提供微安级的电流。不适用提供微安级的电流。+UCC+UCC三、微电流源三、微电流源2E2BE2BE1RIUU2BEBE2BE1E2RUUUI2R中间级：中间级：提供足够的电压放大倍数，本身还应有高的提供足够的电压放大倍数，本身还应有高的输入电阻，以减小对前级的影响。输入电阻，以减小对前级的影响。+UCC+UCC-UEE 输出级：输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能与负载相接，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。力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。+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

6、出端输出端反相反相输入端输入端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。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。运放的共模

7、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)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的的信号顺利通过，衰减很小，信号顺利通过，衰减很小，而使高于而使高于 0的信号不易通过，的信号不易通过，衰减

8、很大，衰减很大，称一称一 阶有源低通阶有源低通滤波器。滤波器。为了改善滤波效果，为了改善滤波效果，使使 0 时信号衰减得时信号衰减得更快些，常将两节更快些，常将两节RC滤滤波环节串接起来，波环节串接起来，组成组成二阶有源低通滤波器。二阶有源低通滤波器。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

9、率大于 0 的信号通过的信号通过，而小于，而小于 0 的信号被阻止，称为的信号被阻止，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)(juAT 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）之前。由于前。由于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，

10、所以在进行A/D 转换前必须对模拟量进行瞬间采样，并把采样值保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，以满足存一段时间，以满足A/D 转换电路的需要。转换电路的需要。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+

11、uo+电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大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，或者由低电平变成高电平。由此来平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的判断输入信号的 大小和极性。大小和极性。数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等数模转换、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技术领域，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

12、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 发生跃变。发生跃变。参考电压参考电压动画动画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(s

13、at)Uo(sat)uouitOUROuot+Uo(sat)Uo(sat)t1t2UZ UZuoRDZURuouiR2+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 UUoF 2 2uRRRu 当当 uo=+Uo(sat)，则则 )(o(sat)F 2 2URRRUu 当当 uo=Uo(sat)，则则iuu )(o(sat)F 2 2 URRRUu 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+uiuoO Uo(sat)+Uo(sat)U电压传输特性电压传输特性 Uuit

14、OuoOt+Uo(sat)Uo(sat)U U两次跳变之间具有迟两次跳变之间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 动画动画 RCtCCCCeuuutu 0RU

15、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状态状态改变改变0o2111o2121 uRRRuRRRu当当 时时，即即当当 Z121o12oURRuRRu Cuo1R3DZR2+R6uoR5R4+A2A1R1动画动画TT1T2T=T1+T2=2T1=2T2RCRRTf214

16、1 tRCUuio uo1 UZ UZRCUURRTTZZ12212 tOuoZ12URRZ12URR (1)改变比较器的输出改变比较器的输出 uo1、电阻、电阻R1、R2 即可改即可改变三角波的幅值。变三角波的幅值。(2)改变积分常数改变积分常数RC 即可改变三角波的频率。即可改变三角波的频率。动画动画Z12URRZ12URR O动画动画12i1i212o1o2RuuRRuu )(2o1o46ouuRRu )21(12462i1ioiofRRRRuuuuuAu ui1+R2+uo2uo1uoR6R6R4R4+R2R1+ui2ui+A2A1A3 +)(2 2i1i12146ouuRRRRRu 所所以以 使喇叭相当使喇叭相当于纯电阻负载于纯电阻负载去耦，防止去耦，防止低频自激低频自激消振，防止消振，防止高频自激高频自激集成功放集成功放LM386接线图接线图。+.3 32 2ui。+_+4 47 75 58 8+UCCLM386+uo+_fofRui oF11fuRRRu RuRuiifo oFfiRRRi oFfiRRRi f11i1 iiRui ，且且因因iF1o)1(1 uRRRi 所所以以