集成运算放大器及其应用

下一页总目录章目录返回上一页第二章集成运算放大器及其应用第二节差动放大器第一节直接耦合放大器第四节集成运放电路中的负反馈第三节集成运算放大器简介第六节集成运放在信号处理电路中的应用第五节集成运放在信号运算电路中的应用*第八节集成运放的选择与使用第七节集成运放在信号发生电路中的应用*第九节集成运放应用实例下一页总目录章目录返回上一页第一节直接耦合放大器+UCCRC2RE2uo+–V2RB2RB1RC1ui+–V1优点：能放大直流信号或变化十分缓慢的交流信号。缺点：(1)前、后级静态工作点互相影响；(2)零点漂移。下一页总目录章目录返回上一页1、前后级静态工作点相互影响B2C1VV+UCCRC2RE2uo+–V2RB2RB1RC1ui+–V1VC1VB2RE2的接入，提高了V1基极电位，从而保证第一级有较高的静态电位，而不致于进入饱和区。但RE2的接入使第二级电压放大倍数大大降低。下一页总目录章目录返回上一页2、零点漂移——指输入信号电压为零时，输出电压发生缓慢地、无规则地变化的现象。多级直接耦合放大电路+–ui=0–+uouotO(1)产生的原因晶体管参数随温度变化、电源电压波动、电路元件参数的变化等。(2)评价零点漂移的指标把输出漂移电压折算到输入端来衡量。uAuuoddi下一页总目录章目录返回上一页(3)抑制零点漂移的措施——差动放大电路例：若有两个放大电路的A、B，它们的电压放大倍数分别为1000和200，输出端的零点漂移电压均为1V。若要放大2mV的信号，应采用哪个放大电路？mV110001uAodAdiAuumV52001uBodBdiAuu所以采用A放大电路。下一页总目录章目录返回上一页第二节差动放大电路一、差动放大电路的基本形式+UCCuoui1RCRB2V1RB1RC++––V2ui2RB2RB1+–差动放大电路的电路结构电路结构对称，两个输入、两个输出下一页总目录章目录返回上一页1.零点漂移的抑制uo=VC1–VC2=0uo=(VC1+VC1)–(VC2+VC2)=0静态时：ui1=ui2=0当TICVC（两管变化量相等）对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。+UCCuoui1RCRB2V1RB1RC++––V2ui2RB2RB1+–VC1VC2下一页总目录章目录返回上一页2.有信号输入时的工作情况①共模信号+UCCuoui1RCRB2V1RB1RC++––V2ui2RB2RB1+–大小相等、极性相同(uic1=uic2)(1)共模输入②在共模信号输入下：VC1=VC2（集电极电位等向等量变化）uo=(VC1+VC1)–(VC2+VC2)=0对共模信号没有放大能力差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平。共模信号需抑制下一页总目录章目录返回上一页(2)差模输入+UCCuoui1RCRB2V1RB1RC++––V2ui2RB2RB1+–①差模信号大小相等、极性相反(uid1=–uid2)②在差模信号输入下：VC1=–VC2(集电极电位一增一减，呈等量异向变化)uo=(VC1–VC1)–(VC2+VC2)=–2VC1对差模信号有放大能力。差模信号是有用信号下一页总目录章目录返回上一页(3)比较输入ui1、ui2大小和极性是任意的。例:ui1=10mV,ui2=6mVui2=8mV－2mV可分解成:ui1=8mV+2mV共模分量差模分量放大器只放大两个输入信号的差值信号—差动放大电路——常作为比较放大来用ui1=uic1+uid1ui2=uic2+uid2其中：共模分量2i2i1ic2ic1icuuuuu2i2i1id2id1uuuu差模分量下一页总目录章目录返回上一页3.共模抑制比——衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力。共模放大倍数：icocCuuA差模放大倍数：idodDuuA共模抑制比：CDCMRRAAK)dB(lg20CDCMRAAK或KCMR越大，说明差放电路放大差模信号的能力越强，而受共模干扰的影响越小。下一页总目录章目录返回上一页若电路完全对称，理想情况下AC=0，KCMRR→∞若电路不完全对称，则AC0uo=AD(ui1－ui2)=ADuiduo=ACuic+ADuid即共模信号对输出有影响。下一页总目录章目录返回上一页二、典型差动放大电路(长尾式差动放大电路)RE的作用：+UCCuoui1RCRPV1RBRCui2RERB+++–––V2UEE+–(2)对差模信号无反馈作用。(1)抑制零点漂移，稳定静态工作点。TIC1IC2IEUREUBE1UBE2IB1IC1IC2IB2——共模抑制电阻下一页总目录章目录返回上一页UEE：用于补偿RE上的压降，以获得合适的静态工作点。电位器RP：调零用的。在静态时调节RP，使uo为零。一般几十欧~几百欧之间。+UCCuoui1RCRPV1RBRCui2RERB+++–––V2UEE+–下一页总目录章目录返回上一页三、差动放大电路的几种形式1、双端输入-双端输出(1)静态分析EEEEEBBB2UIRUIR前两项很小,可忽略。EEEEC2RUIIEEEEB2RUIIECEECCCCCCCE2RRUUIRUUVE0（虚短）+UCCUCERCV1RB2RE+–UEE+–ICIEIBUBE+–单管直流通路下一页总目录章目录返回上一页(2)动态分析由于RE对差模信号不起作用，则单管差模信号通路为：单管交流通路微变等效电路RBRCui1uo1+-T1+-beBCi11oD1RRRuuA同理可得：D1beBCi22oD2ARRRuuA双端输出电压为：2iD21iD12o1oouAuAuuu)(2i1iD1uuAbeBCD1i2i1oDRRRAuuuA双端输出电压放大倍数为：ibRbeibRBRCui1uo1+-+-下一页总目录章目录返回上一页)2//(LC'beB'DLLRRRRRRA当两管之间接负载电阻RL时：)(22beBCi1o1i2i1o1DRRRuuuuuA若是单端输出，电压放大倍数为：（从V1集电极输出，反相输出）)(22beBCi2o1i2i1o2DRRRuuuuuA（从V2集电极输出，同相输出）*单端输出的电压放大倍数只有双端输出的一半。下一页总目录章目录返回上一页2、单端输入-单端输出+UCCuo1uiRCRPV1RBRCui2RERB+++–––V2UEE+–ui1+––+uo2共模信号差模信号可把ui分解成一对共模信号和一对差模信号:iii12121uuuiii22121uuu下一页总目录章目录返回上一页共模放大倍数AC交流通路微变等效电路ic11ocC2C1CuuAAA若RE足够大，AC0RBRCuic1uoc1+-V1+-2REibRbeibRBRCuic1uoc1+-+-2REEbeBC2)1(RRRREC2RR下一页总目录章目录返回上一页其差模放大倍数AD为：)(22beBCid1o1io1D1RRRuuuuA（反相输出）)(22beBCid2o2io2D2RRRuuuuA（同相输出）结论：差动放大电路的电压放大倍数与输出形式有关，只要是双端输出，它的差模放大倍数与单管相同；若为单端输出，则为单管的一半。下一页总目录章目录返回上一页四种差分放大电路的比较输入方式双端单端输出方式双端单端双端单端差模放大倍数AD差模输入电阻Ri差模输出电阻RobeBCRRRbeBCRRR)(2beBCRRR)(2beBCRRR2(RB+Rbe)2(RB+Rbe)2RCRC2RCRC下一页总目录章目录返回上一页例1某一双端输入、双端输出差动放大电路，已知差模电压增益为48dB，共模抑制比为67dB，ui1=5V，ui2=5.01V。试求输出电压uo。解：由已知得：48lg20DA则：AD≈-25167lg20CDCMRAAK则：AC≈0.11uo=ACuic+ADuid=0.11×5.005+(-251)×(-0.01)=3.06V共模输入电压：V005.52i2i1ic2ic1icuuuuu差模输入电压：V01.0i2i1iduuu下一页总目录章目录返回上一页练习题：1、在直接耦合放大电路中，采用差动式电路结构的主要目的是()。(a)提高电压放大倍数(b)抑制零点漂移(c)提高带负载能力b2、具有发射极电阻的典型差动放大电路中，RE的作用是()。(a)稳定静态工作点，抑制零点漂移(b)稳定电压放大倍数(c)提高输入电阻，减小输出电阻a下一页总目录章目录返回上一页第三节集成运算放大器简介一、运算放大器的特点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。特点：Auo高：80dB~140dBRi高：105~1011Ro低：几十~几百KCMR高：70dB~130dB下一页总目录章目录返回上一页二、集成运算放大器的组成输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用差动放大电路。中间级：要求电压放大倍数高。常采用共发射极放大电路构成。输出级：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。输入级中间级输出级偏置电路输入端输出端运算放大器组成方框图下一页总目录章目录返回上一页常用的集成运放芯片F007实物外形图：管脚图：1μA7412876543调零端调零端反相输入端同相输入端输出端负电源端正电源端空脚外部接线图：调零电位器++Auouou–u+–7234615–12V+12V下一页总目录章目录返回上一页三、集成运放的符号、外特性和电路模型Auuo++u+u––：表示“放大器”两个输入端u–：反相输入端u+：同相输入端一个输出端：uo为了简化起见，常将接地端省去。Auuo++u+u––1、符号Au：电压放大倍数下一页总目录章目录返回上一页uduoO2、运放的外特性ud=u+u–：差动输入电压uo=Au(u+u–)=Aud——电压传输特性uo=f(ud)线性区：uo=Au(u+–u–)饱和区(非线性区)：ud时，uo=+Uo(sat)ud–时，uo=–Uo(sat)线性区饱和区Uo(sat)：饱和电压，略小于直流偏置电压。+Uo(sat)–Uo(sat)–饱和区Auuo++u+u––下一页总目录章目录返回上一页uduoO线性区+Uo(sat)–Uo(sat)–饱和区饱和区Au越大，运放的线性范围越小，必须加负反馈(闭环运行)才能使其工作于线性区。Auuo++u+u––下一页总目录章目录返回上一页3、运放的电路模型uo+u+u––RiRo+–Au(u+u)–+Ri：输入电阻（很高）Ro：输出电阻（较低）Au：开环电压放大倍数Auuo++u+u––下一页总目录章目录返回上一页四、主要参数(自学)1.最大输出电压UOM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。愈小愈好3.输入失调电压UIO4.输入失调电流IIO5.输入偏置电流IIB下一页总目录章目录返回上一页五、理想运算放大器及其分析依据1、理想运算放大器的条件Auo，Rid，Ro0，KCMR2、符号++∞uou–u+–3、电压传输特性uo=f(ud)线性区：uo=Auo(u+–u–)非线性区：u+u–时，uo=+Uo(sat)u+u–时，uo=–Uo(sat)+Uo(sat)u+–u–uo–Uo(sat)线性区理想特性实际特性饱和区O下一页总目录章目录返回上一页4、理想运放工作在线性区的分析依据(1)Auo，uo=Auo(u+–u–)uo为一有限值∴u+=u–，称“虚短”∴i+=i–0，称“虚断”++∞uou–u+–若u+或u–接