了解集成运放的基本组成及主要参数的意义.ppt

1. 1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义了解集成运放的基本组成及主要参数的意义2. 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想理解运算放大器的电压传输特性，理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法运算放大器并掌握其基本分析方法 3. 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和理解用集成运放组成的比例、加减、微分和积分运算电路的工作原理积分运算电路的工作原理 4. 4. 了解电压比较器的工作原理和应用了解电压比较器的工作原理和应用本章要求本章要求第第3 3章章 集成运算放大器集成运算放大器3.2.23.2.2 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍一一 集成运算放大器的特点集成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 直接耦合放大电路是发展最早、应用最广泛的一种 模拟集成电路集成电路分类模拟集成电路数字集成电路集成运算放大器、集成 功率放大器、集成稳压电源、集成A/D D/A等在集成电路工艺中难于制造电感元件；制造容量 大于200pF的电容也比较困难，因而放大器各级之间都采（1）级间采用直接耦合方式一一 集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点用直接耦合，必须使用电容的场合，也大多采用外接 的方法。

2）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， 阻值大约为100~30K，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）；必须使用直 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 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（3）用有源器件代替无源器件二二 电路的简单说明电路的简单说明中间级输入级输出级偏置电路一、电路的基本组成及作用一、电路的基本组成及作用输入级：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 大电路中间级：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偏置电路：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 构成UCCR RU UBE1BE1VTVT1 1VTVT2 2U UBE2BE2+ -+-I IC2C2I IC2C2I IREFREF 2I2IB BI IB2B2I IB1B1一、镜像电流源由电路对称当满足2时 ，IC2作为提供给某个放大器的偏置电流中间级 ：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。

UCCR RVTVT1 1VTVT2 2 I IC2C2I IREFREFu ui iu u0 0+UCCVTVT2 2u ui iu u0 0-UEE输出级：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UCC–UEEu uo ou–u+输入级中间级 输出级同相 输入端输出端反相 输入端二 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 IIB3.3 3.3 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据 1. 理想运算放大器 Auo   ， rid   ， ro 0 ， KCMR 2. 电压传输特性 uo= f (ui)线性区： uo = Auo(u+– u–)非线性区： u+> u– 时， uo = +Uo(sat) u+ u– 时， uo = + Uo(sat) u+ 0 ui = – –Ui u>u– – 时，时，u uo o= += +U Uo o (sat)(sat) u u+ +U>UR R 时，时，u uo o = = – – U Uo o (sat)(sat) 可见，在 ui =UR 处输出电压 uo 发生跃变。

参考电压动画uitOUROuot+Uo (sat)–Uo (sat)t1t2单限电压比较器：单限电压比较器：当 ui 单方向变化时， uo 只变化一次URuouiR2++–R1+–+ +––电压传输特性– –U Uo o(sat)(sat)+ +U Uo o(sat)(sat)uiuoOURui >UR，uo=+ Uo (sat) ui >U UR R，，u uo o = –= –U UZ ZUZ–UZuo'RDZURuouiR2++–R1 +–+ +––电压传输特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURu ui iU>UR R 时，时，u uo o' ' = = – – U Uo o (sat)(sat) 过零电压比较器过零电压比较器利用电压比较器利用电压比较器 将正弦波变为方波将正弦波变为方波URuouiR2++–R1 +–+ +––电压传输特性电压传输特性– –U Uo o(sat)(sat)+ +U Uo o(sat)(sat)u ui iu uo oO OU UR R= 0= 0tuiO Otuo +Uo(sat)–Uo(sat)O O2. 2. 滞回比较器滞回比较器上门限电压上门限电压下门限电压下门限电压电路中引入正反馈电路中引入正反馈 (1) (1) 提高了比较器的响应速度提高了比较器的响应速度 ；； (2) (2) 输出电压的跃变不是发生输出电压的跃变不是发生在同一门限电压上。

在同一门限电压上RF当 uo = + Uo(sat)， 则 当 uo = – Uo(sat)， 则门限电压受输 出电压的控制R2uoui++–R1 +–+–－ －上门限电压上门限电压 U'U'+ +：：u ui i 逐渐增加时的门限电压逐渐增加时的门限电压 下门限电压下门限电压U“U“+ +：：u ui i 逐渐减小时的门限电压逐渐减小时的门限电压uiuoO–Uo(sat)+Uo(sat)电压传输特性uitOuoOt+Uo(sat)–Uo(sat)两次跳变之间具有迟 滞特性——滞回比较器RFR2uoui++–R1+–+–根据叠加原理，有根据叠加原理，有改变参考电压改变参考电压U UR R，，可使传输特性沿横轴移动可使传输特性沿横轴移动可见 ：传输特性不再对称于纵轴，+UR–RFR2uoui++–R1 +–+–u ui iu uo oO O– –U Uo o(sat(sat) )+ +U Uo o(sat(sat) )电压传输特性电压传输特性当参考电压当参考电压U UR R不等于零时不等于零时定义：定义：回差电压回差电压 与过零比较器相比具有以下优点：与过零比较器相比具有以下优点： 1. 1. 改善了输出波形在跃变时的陡度。

改善了输出波形在跃变时的陡度 2. 2. 回差提高了电路的抗干扰能力，回差提高了电路的抗干扰能力， U U越大，抗干扰越大，抗干扰能力越强能力越强结论：结论： 1. 1. 调节调节R RF F 或或R R2 2可以改变回差电压的大小可以改变回差电压的大小 2. 2. 改变改变U UR R可以改变上、下门限电压，可以改变上、下门限电压， 但不影回差但不影回差电压电压 U U电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报警和波形发生等电路中得到广泛应用警和波形发生等电路中得到广泛应用解：解：对图（对图（1 1）） 上门限电压上门限电压 下门限电压下门限电压例：例：电路如图所示，电路如图所示， U Uo o(sat(sat) ) =±6V=±6V，，U UR R = 5V= 5V，，R RF F = 20k= 20k，，R R2 2=1 =10k0k，，求上、下门限电压求上、下门限电压1 1））R RF FR R2 2u uo ou ui i+ ++ + – – R R1 1+ +– –+ +– –+ +U UR R– – R RF FR R2 2u uo ou ui i+ ++ + – – R R1 1+ +– –+ +– –（（2 2））解：解：对图（对图（2 2）） 例：例：电路如图所示，电路如图所示， U Uo o(sat(sat) ) =±6V=±6V，，U UR R = 5V= 5V，，R RF F = 20k= 20k，，R R2 2=1 =10k0k，，求上、下门限电压。

求上、下门限电压1 1））R RF FR R2 2u uo ou ui i+ ++ + – – R R1 1+ +– –+ +– –+ +U UR R– – R RF FR R2 2u uo ou ui i+ ++ + – – R R1 1+ +– –+ +– –（（2 2））（（1 1））R RF FR R2 2u uo ou ui i+ ++ + – – R R1 1+ +– –+ +– –+ +U UR R– – R RF FR R2 2u uo ou ui i+ ++ + – – R R1 1+ +– –+ +– –（（2 2））u ui iu uo oO O- -6 6-2-22 26 6图图(1)(1)的电压传输特性的电压传输特性图图(2)(2)的电压传输特性的电压传输特性u uo ou ui iO O- -6 66 61.331.335.335.33运放在波形产生方面的应用运放在波形产生方面的应用波形发生器的作用：波形发生器的作用：产生一定频率、幅值的波形（如正弦波、方波产生一定频率、幅值的波形（如正弦波、方波、三角波、锯齿波等）三角波、锯齿波等）。

特点：特点：不用外接输入信号，即有输出信号不用外接输入信号，即有输出信号3.5.2 3.5.2 矩形波发生器矩形波发生器1. 1. 电路结构电路结构由滞回比较器、由滞回比较器、RCRC充放电电路组成，充放电电路组成，电容电压电容电压u uC C 即是比较器即是比较器 的输入电压，的输入电压，2. 2. 工作原理工作原理 设电源接通时，设电源接通时， u uo o = += +U Uo o(sat(sat) ) ，，u uC C(0) = 0(0) = 0电阻电阻R R2 2两端的电压两端的电压U UR R即是比较器即是比较器 的参考电压的参考电压u uo o 通过通过 R RF F 对电容对电容C C充电，充电， u uC C按指数规律增长按指数规律增长 R RF FC Cu uC C+ +– –R R1 1R R2 2u uo o+ ++ + – – + +– –充电充电U UR R+ +– –当当 u uo o = += +U Uo o(sat(sat) )时，时， 电容充电，电容充电， u uC C上升上升 ，，电容放电，电容放电， u uC C下降，下降，当当u uC C= U= UR R 时，时，u uo o跳变成跳变成 – –U Uo o(sat(sat) )当当 u uC C= –U= –UR R时，时，u uo o跳变成跳变成 + +U Uo o(sat(sat) ) ，，电容又重新充电。

电容又重新充电放电放电2. 2. 工作原理工作原理R RF FC Cu uC C+ +– –R R1 1R R2 2u uo o+ ++ + – – + +– –充电充电U。