第3章 集成运算放大器(4)

1电子技术第3章集成运算放大器模拟电路部分2主要内容集成运放的概念：实际运放组成、主要参数、电压传输特性理想运放，运放理想化的条件、主要参数、电压传输特性集成运算放大电路中的反馈，反馈类型的判断（判断准则）运算放大器使用中应注意的问题3.1集成运放简介是模拟集成电路的最主要的代表器件。早期在计算机中实现某些数学运算，故名集成运算放大器。是一种电压放大倍数很高的直接耦合的多级放大电路。应用：计算机、信号处理、信号测量、自动控制等领域。特点：开环电压放大倍数高、输入电阻高、输出电阻低、温漂小、可靠性高、体积小…。3集成电路的分类：小、中、大、超大规模集成电路；集成电路简介分立电路与集成电路集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。集成电路:将整个电路的各个元件及导线做在同一个半导体基片上。封装上外壳，向外引出若干个引脚，构成一个完整的、具有一定功能的电路。集成电路内部结构的特点1.电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。2.电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。3.几十pF以下的小电容用PN结的结电容构成、大电容要外接。难于制作电感。所以各级放大电路之间的连接多采用直接耦合方式。4.集成电路中晶体管制作容易。二极管一般用三极管的发射结构成（基极和集电极短接）。4模拟集成电路和数字集成电路模拟电路analoguecircuit：是处理模拟信号的电路。主要研究输入和输出信号之间的大小和相位等方面的关系。如：基本放大电路数字电路digitalcircuit：是处理数字信号的电路。主要研究输入和输出信号之间的逻辑关系。如：逻辑门电路模拟信号analogsignals：随时间连续变化的信号。数字信号digitalsignals：时间上不连续的、离散的脉冲信号，是可以用二进制数0和1表示的信号。模拟集成电路analogueIC运放数字集成电路digitalIC组合逻辑电路、时序逻辑电路5_UEE+UCCu+uou–反相输入端同相输入端T3T4T5T1T2IS输入级中间级输出级与uo反相与uo同相输入端输入级中间级输出级输出端偏置电路输入级：尽量减小零点漂移抑制干扰信号,尽量提高KCMRR,输入阻抗ri尽可能大。都采用差分放大电路。中间级：进行电压放大，要求电压放大倍数高。一般采用共射极放大电路。输出级：主要提高带负载能力，给出足够的输出电流和电压。即输出阻抗ro小。一般由互补对称电路或射极输出器构成偏置电路：为各级电路建立合适的静态工作点，一般由各种恒流源电路构成例图3.1.1运算放大器的组成采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。极性判断6IC=IC1+IC2=1IB+2(1+1)IB=[1+2(1+1)]IB输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。为减小IB，提高输入电阻，T1、T2采用复合三极管。=IC/IB=1+2(1+1)12IC1IC2IB2R2T3R1R3-UEE+UCCui2uoERCT1RCT2ui1T4＋－－＋＋－ICIBIE127-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第4级：互补对称射极跟随器差动放大器第2级第1级：差动放大器第3级：单管放大器–+集成运放内部结构（举例）极性判断8重点掌握运放的什么知识？•符号（实际运放、理想运放）•性能指标（实际运放、理想运放）•输入方式•传输特性（实际运放、理想运放）•电路分析中，对工作在线性区的运放，理想化处理后，有些什么特点？例图1：P104、105图3.1.3图3.1.493.1.2主要参数P105理想运算放大器一、开环电压放大倍数Auo：无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105107之间。理想运放的Aod为。二、共模抑制比KCMMR：常用分贝作单位，一般100dB以上。ri大:几十k几百k实际运放：KCMRR很大ro小：几十几百Auo很大:104107理想运放：riKCMRRro0Auo*运放符号：－＋＋u－u+uoAo实际运放的符号理想运放的符号_++u+u-u0*＋－u－u+uo国际符号国内符号10运放的三种基本信号输入方式3.1.3运放的传输特性－＋＋u－u+uoAo反相输入端同相输入差分输入三种基本信号输入方式反相输入同相输入端输出端+－ud输入电压输出电压CoOMEuUmaxuduo+UOM-UOM线性放大区例：若UOM=12V，Ao=106，则|ui|12V时，运放处于线性区。Ao越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。运放是直流放大器，也可放大低频信号，不适用于高频信号。饱和区饱和区11由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放。理想运放的条件oAir0or)uu(Auoo虚短路uu0iI放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。虚开路运放工作在线性区的特点关键电路分析时，理想运放的处理方法123.2运算放大电路中的负反馈目的：改善放大电路的工作性能构成：反馈电路难点3.2.1反馈的基本概念凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反馈。若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。这里所说的信号一般是指交流信号，所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与输入信号的相位关系，同相是正反馈positivefeedback，反相是负反馈negativefeedback。13放大器输出输入取+加强输入信号正反馈用于振荡器取-削弱输入信号负反馈用于放大器开环闭环负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；提高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。反馈网络±叠加反馈信号实际被放大信号反馈框图14反馈电路的三个环节：放大：dooXXA反馈：ofXXF叠加：fidXXX输出信号输入信号反馈信号差值信号或净输入信号负反馈框图dOOXXA开环放大倍数iOFXXA闭环放大倍数OfXXF反馈系数FAAXXXAOOfdOF1当Ao很大时,AoF»1,基本放大电路AodXoX反馈回路FfXiX+–FAF1结论:当Ao很大时,负反馈放大器的闭环放大倍数与晶体管无关,只与反馈网络有关。即负反馈可以稳定放大倍数。深度负反馈15交流反馈：反馈只对交流信号起作用。直流反馈：反馈只对直流起作用。若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可以使其只对直流起作用。有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。负反馈交流反馈直流反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈作用：稳定静态工作点3.2.2负反馈negativefeedback的类型作用：稳定放大倍数；提高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带16一、电压反馈和电流反馈电压反馈voltagefeedback：反馈信号取自输出电压信号。电流反馈currentfeedback：反馈信号取自输出电流信号。电压负反馈：可以稳定输出电压、减小输出电阻。电流负反馈：可以稳定输出电流、增大输出电阻。根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。串联反馈seriesfeedback：反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入信号电压比较。并联反馈parallelfeedback：反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流与输入信号电流比较。串联反馈使电路的输入电阻增大；并联反馈使电路的输入电阻减小。二、串联反馈和并联反馈17输出量、输入量、净输入量、反馈量的量纲各不相同。oAFFoAoAFFoA电压/电流反馈串联/并联反馈四种反馈组态串联反馈（以电压信号形式进行比较）并联反馈（以电流信号形式进行比较）电压反馈电压反馈电流反馈电流反馈181.有无反馈？找出反馈网络（电路）。1.交流/直流反馈？如果反馈电路仅反映放大电路中的直流分量变化，则为直流反馈。反之，为交流反馈。如果二者都具备，为交直流反馈。2.串联/并联反馈？输入信号和反馈信号分别加在两个输入端（同相和反相）上的，是串联反馈（以电压信号形式进行比较）；加在同一个输入端（同相或反相）上的，是并联反馈（以电流信号形式进行比较）；3.电压/电流反馈？从输出端直取回的反馈，是电压反馈；从输出负载串联的电阻上取回的反馈，是电流反馈；4.正/负反馈？反馈使得净输入信号减小，为负反馈，反之，为正反馈。瞬时极性法反馈类型的判别方法和步骤3、是否负反馈？191.有反馈和无反馈的判断：“找联系”。观察是否有反馈电路将放大电路的输出回路和输入回路联系在一起。uiuo_++Aouiuo_++Aouiuo_++Ao反馈类型的判断分析2.正反馈和负反馈Fiduuu反馈量是仅仅决定于输出量的物理量。反馈极性通常采用“瞬时极性法”判断。瞬时极性法：给定的瞬时极性判断的极性判断的极性判断上升还是下降下降，负反馈；上升，正反馈。iX。OX。fX。dXAo++－－uiuodu+－F＋－Fu20三极管的集电极与基极相位相反晶体管和集成运算放大器的瞬时极性_++u+u-u0BECGSD_++_++例子21反馈类型的判断P112图3.2.3P115判断原则注意课件和教材上的图是一样的221.串联电压负反馈fiduuu削弱净输入为负反馈oFfuRRRu111，反馈直接取自输出电压,为电压反馈2，反馈信号与输入信号分别加在两个输入端上，为串联反馈，以电压的形式比较。交直流电压串联负反馈uoRF_++R1R2ui+-RL+-ud-+uf-+3，瞬时极性法设输入电压ui为正，各电压的在此瞬时，实际方向如图i1if232.并联电压负反馈uoRF_++R1R2ui+-RL+-fdiii1削弱净输入为负反馈FofRui交直流电压并联负反馈1，反馈直接取自输出电压,为电压反馈2，反馈信号与输入信号加在同一个输入端上，为并联反馈，以电流的形式比较。3，瞬时极性法设输入电压ui为正，各电压的在此瞬时，实际方向如图i1idif243.串联电流负反馈fiduuu削弱净输入为负反馈iLLfOuRRuRRuu)1()1(f交直流电流串联负反馈fiffLooRuRuRuiFofRiu1，反馈从输出负载串联的电阻上取回,为电流反馈2，反馈信号与输入信号分别加在两个输入端上，为串联反馈，以电压的形式比较。3，瞬时极性法设输入电压ui为正，各电压的在此瞬时，实际方向如图uo+-ui+-ioud-+uf-+_++R2RLRF254.并联电流负反馈削弱净输入为负反馈oFifiRRRRuii11fdiii1交直流电流并联负反馈2，反馈信号与输入信号加在同一个输入端上，为并联反馈，以电流的形式比较。1，反馈从输出负载串联的电阻上取回,为电流反馈3，瞬时极性法设输入电压ui为正，各电压的在此瞬时，实际方向如图uo+-ui+-RFRLR_++R1R2ioi1idifiR261.有无反馈？找出反馈网络（电路）。1.交流/直流反馈？如果反馈电路仅反映放大电路中的直流分量变化，则为直流反馈。反之，为交流反馈。如果二者都具备，为交直流反馈。2.串联/并联反馈？输入信号和反馈信号分别加在两个输入端（同相和反相）上的，是串联反馈（以电压信号形式进行比较）；加在同一个输入端（同相或反相）上的，是并联反馈（以电流信号形式进行比较）；3.电压/电流反馈？从输出端直取回的反馈，是电压反馈；从输出负载串联的电阻上取回的反