单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 集成放大电路,5.1 集成运放简介,(补充),一.,基本结构,u,u,中 间 级,低阻输出级,偏置电路,+,高阻输入级,u,u,-,输出,采用半导体制造工艺，把二极管、三极管、电阻、电容以及,连接导线集中制造在一小块半导体基片上，构成一个完,整的电路。这样一种器件就叫做集成电路,。,特点,:,具有体积小、重量轻、价格低廉和性能可靠等,。,第五章 集成放大电路5.1 集成运放简介(补充)一.,1,二.,简单的集成运放,原理电路：,二.简单的集成运放 原理电路：,2,u,-,u,+,u,o,集成运算放大器符号,集成运放的特点：,电压增益高,输入电阻大,输出电阻小,同相输入端,反相输入端,输出端,国内符号,国际符号,u-u+uo集成运算放大器符号集成运放的特,3,1.,输入失调电压,U,IO,输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。,集成运算放大器的主要参数,2.,输入失调电压温漂,d,U,IO,/dT,在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。,1.输入失调电压UIO 集成运算放大器的主,4,4.,输入失调电流,I,IO,：,在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。,3.,输入偏置电流,I,IB,：,输入电压为零时，,运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。,5.,输入失调电流温漂,d,I,IO,/,DT,:,在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。,4.输入失调电流 IIO：3.输入偏置电流II,5,6.,最大差模输入电压,U,idmax,运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。,7.,最大共模输入电压,V,icmax,在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。,6.最大差模输入电压Uidmax 7.最大共模输入电压V,6,8.,开环差模电压放大倍数,A,o,d,：,无反馈时的差模电压增益。,一般,A,od,在100120dB左右，高增益运放可达140dB以上。,9.,差模输入电阻,r,id,：,双极型管输入级约为10,5,10,6,欧姆，场效应管输入级可达10,9,欧姆以上。,10.,共模抑制比,K,CMR,：,K,CMR,=20lg(,A,v,d,/,A,v,c,),(dB),其典型值在80dB以上，性能好的高达180dB。,8.开环差模电压放大倍数 Aod ：9,7,反映集成运放性能的好坏有几十个参数，一种运放要想在各种指标上都达到很高的性能是不容易的，也是不必要的。,通用型运放，各种参数指标都不算太高，但比较均衡，适用于量大面广，没有特殊要求的场合。,特殊类型的集成运放，在某一个或几个参数上有很高的性能，而其他参数一般。用户可以从特殊类型集成运放的系列中进行选择，以满足某些方面的特殊要求。,5.5 特殊集成运算放大器,反映集成运放性能的好坏有几十个参数，一种运放要想在各种,8,集成运算放大器高增益的直接耦合的集成的多级放大器。,集成电路的工艺特点：,（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实现需要对称结构的电路。,（2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。,（3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。,（4）只能制作几十pF以下的小电容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大电容，只有外接。,（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。,什么是集成运算放大器？,集成运算放大器高增益的直接耦合的集成的多级放大器。集成电,9,信号的运算与处理电路,5.1 比例电路,5.2 基本运算电路,5.3 对数和反对数电路,5.4 集成模拟乘法器,5.5 有源滤波器,信号的运算与处理电路5.1 比例电路5.2 基本,10,预备知识：集成运放的两种工作状态,1.运放的电压传输特性：,设：电源电压,V,CC,=10V。,运放的,A,od,=10,4,U,i,1mV时，运放处于线性区。,A,od,越大，线性区越小，,当,A,od,时，线性区0,0,u,o,u,i,+10V,-,10V,+U,om,-U,om,-,1mV,+,1mV,线性区,非线性区,非线性区,+10V,-,10V,+U,om,-U,om,0,u,o,u,i,预备知识：集成运放的两种工作状态1.运放的电压传输特性：,11,2.理想运算放大器：,1、,开环电压放大倍数,A,od,=,2、,差摸输入电阻,R,id,=,3、,输出电阻,R,o,=0,4、,共摸抑制比 K,CMR,=,为了扩大运放的线性区，给运放电路引入负反馈：,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（,u,+,=,u,-,）,虚断（,i,i+,=,i,i-,=0）,3.线性区,2.理想运算放大器：1、开环电压放大倍数 Aod=为了扩大,12,4.非线性区（正、负饱和状态）,运放工作在非线性区的条件：,电路开环工作或引入正反馈！,运放工作在非线性区的分析方法在下一章讨论,+10V,-,10V,+U,om,-U,om,0,u,o,u,i,4.非线性区（正、负饱和状态）运放工作在非线性区的条件：运,13,5.1,比例运算电路,5.1.1.反相比例运算,虚地点,i,1,=,i,f,（虚断）,因为有负反馈，,利用虚短和虚断,u,+,=0,u,=,u,+,=0,（虚地）,反馈方式：,电压并联负反馈,电压放大倍数:,5.1 比例运算电路5.1.1.反相比例运算虚地点i1=i,14,例题1.,R,1,=10k,R,f,=20k,u,i,=-1V。求:,u,o,、,R,i,。说明,R,0,的作用，,R,0,应为多大？,特点：,共模输入电压=0,（,u,=,u,+,=0）,缺点：,输入电阻小（,R,i,=,R,1,）,R,0,为平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):,R,0,=,R,1,/,R,f,例题1.R1=10k,Rf=20k,ui=-,15,采用T型反馈网络的反相比例电路,目的：在高比例系数时，避免R,1,阻值太小，使输入电阻太小。,分析：u,+,=u,-,=0（虚短）,i,1,=i,2,（虚断）,采用T型反馈网络的反相比例电路目的：在高比例系数时，避免R1,16,5.1.2.同相比例运算电路,u,-,=,u,+,=,u,i,i,1,=,i,f,（,虚断）,平衡电阻,R=R,f,/R,1,因为有负反馈，,利用虚短和虚断,反馈方式：,电压串联负反馈,特点：,输入电阻高,缺点：,共模输入电压0,（,u,=,u,+,=,u,i,）,电压放大倍数:,5.1.2.同相比例运算电路u-=u+=uii1=if,17,A,u,=1,5.1.3.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。,u,i,=,u,+,=,u,-,=,u,o,因为有负反馈，,利用虚短和虚断：,Au=15.1.3.电压跟随器此电路是同相比例运算的特殊情况,18,1.反相加法器：,若,R,1,=,R,2,=,R,平衡电阻,R,0,=,R,1,/,R,2,/,R,f,i,1,+,i,2,=,i,f,5.2 基本运算电路,5.2.1.加法运算电路,虚地,1.反相加法器：若R1=R2=R,平衡电阻i1+,19,2.同相求和运算,：,当,R,1,=,R,2,=,R,f,=,R,时,u,+,=u,-,i,1,=i,f,u,-,=,2.同相求和运算：当R1=R2=Rf=R时,20,叠加原理,1、差动减法器,u,i1,作用,u,i2,作用,综合：,则有：,5.2.2.减法运算电路,u,o,=u,o,+u,o,叠加原理1、差动减法器 ui1作用 ui2作用 综合：,21,2、利用加法器和反相比例器,2、利用加法器和反相比例器,22,1.积分电路,5.2.3.积分和微分电路,1.积分电路5.2.3.积分和微分电路,23,反相积分器：,如果,u,i,=直流电压,输出将反相积分，经过一定的时间后输出饱和。,t,u,i,0,t,u,o,0,-,U,om,T,M,积分时间,设,U,om,=15V,u,i,=+3V,R,=10k,C,=1F,求积到饱和值的时间：,反相积分器：如果u i=直流电压,输出将反相积分，经过一定的,24,练习:,画出在给定输入波形作用下积分器的输出波形。R=10K C=1uF,t,u,i,0,2,1,2,3,4,5,t,u,o,0,-2,-4,-6,u,01,u,02,u,03,u,04,u,05,练习:画出在给定输入波形作用下积分器的输出波形。R=10K,25,应用举例：,输入方波，输出是三角波。,t,u,i,0,t,u,o,0,应用举例：输入方波，输出是三角波。tui0tuo0,26,2.微分电路：,u,-,=,u,+,=0,2.微分电路：u-=u+=0,27,t,u,i,0,t,u,o,0,例：,求u,o,。,90,tui0tuo0例：,求uo。90,28,5.3.1.对数电路,*5.3 对数和反对数运算电路,(选讲),利用PN结的指数特性实现对数运算,5.3.1.对数电路*5.3 对数和反对数运算电路(选讲,29,BJT的发射结有,注意：,u,i,必须大于零，电路的输出电压小于0.7V,利用虚短和虚断，有,用三极管实现对数运算,BJT的发射结有注意：ui必须大于零，电路的输出电压小于0.,30,5.3.2.反对数（指数）电路,5.3.2.反对数（指数）电路,31,u,O,是,u,i,的反对数运算（指数运算）,用三极管实现反对数运算电路,利用虚短和虚断，电路有,要求,以上两个电路温漂很严重，实际电路都有温度补偿电路,uO是ui的反对数运算（指数运算）用三极管实现反对数运算电路,32,有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。,滤波器的功能：对频率进行选择,过滤掉噪声和干扰信号，保留下有用信号。,*5.4 有源滤波电路,滤波器的分类：,低通滤波器（LPF）,高通滤波器（HPF）,带通滤波器（BPF）,带阻滤波器（BEF）,有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。,33,|A|,0,C,通带,阻,带,A,0,|A|,0,C,A,0,|A|,0,C1,A,0,阻,阻,C2,通,|A|,0,C1,A,0,阻,C2,通,通,各种,滤波器理想的幅频特性：,（1）低通,（2）高通,（1）带通,（1）带阻,阻带,通带,|A|0C通带阻带A0|A|0CA0|A|0C1,34,滤波器的用途,滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。,滤波器的用途 滤波器主要用来滤除信号中无用的,35,1.一阶RC,低通滤波器(无源),一.,低通有源滤波器,传递函数：,截止频率：,幅频特性：,1.一阶RC低通滤波器(无源)一.低通有源滤波器传递函数,36,此电路的缺点：,1、带负载能力差。,2、无放大作用。,3、特性不理想，边沿不陡。,幅频特性：,0.707,H,截止频率,0,1,|,A,|,此电路的缺点：1、带负载能力差。2、无放大作用。3、特性不理,37,2.一阶有源低通滤波器,传递函数：,通带增益：,截止频率：,2.一阶有源低通滤波器传递函数：通带增益：截止频率：,38,幅频特性及幅频特性曲线,传递函数：,幅频特性：,缺点：阻带衰减太慢。,H,0.707,1+,R,f,/,R,1,0,1+,R,f,/,R,1,|,A,|,幅频特性及幅频特性曲线传递函数：幅频特性：缺点：阻带衰减太慢,39,3.二阶有源低通滤波器,传递函数：,3.二阶有源低通滤波器传递函数：,40,当 Ao3时，滤波器可以稳定工作。此时特性与Q有关。当,Q,=0.707时，幅频特性较平坦。