集成运算放大器和信号处理电路

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1、第7章 集成运算放大器和信号处理电路7.1概述 一、集成电路的分类大规模按集成度小规模 中规模超大规模按功能模拟集成电路 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 专用电路集成电路：将整个电路的各个元件都制作在同一块 半导体基片上，并按需要连接成具有某种功能的电 路，然后加外壳封装成一个电路单元。集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积小、 重量轻、功耗小集成运算放大器的几个特点： （1）因为硅片上不可能制作大电容，所以集成运 放的耦合方式均采用直接耦合，在需要大容量电容 和高阻值电阻的场合，采用外接法。（2）因为集成电路内部相邻的元件具有良好的对称 性，它们在受到各种因素影响

2、时变化趋势相同。（4）集成电路内部放大器所用的晶体管通常采用复 合管结构来改善性能。（3）因为在硅片上制作三极管比制作电阻容易，所 以大量采用恒流源电路作为放大器的偏置电路。二、集成运放的结构及特点 结构框图1、输入级(采用双端输入的差分放大器,输入电阻大,共模抑制比 大)2、中间级(高放大倍数的多级放大器)3、输出级(采用输出电阻小、负载能力强的互补对称电路)4、偏置电路(采用恒流源提供给各级稳定的静态工作点)八个管脚集成运放F007内部电路结构：7.2电流源电路VT0和VT1对称，而VBE1 = VBE2 ，则 IB1 = IB2 ， IC1 = IC2 IR=(VCC-UOn)/R=2I

3、B+IC由于IC 2IB所以=IR=(VCC-UOn)/R可见只要电压源VCC和R不变VT1集 电极回路提供的电流IC就是恒定的. 我们把IR看作是IC 的镜象，所以称 左图为镜象电流源。镜象电流源电路适用于较大工作电流（毫安数量级 ）的场合，若需要减小 IC的值（例如微安级），可采用 微电流源电路。 1、镜像电流源在上图中，当不够大时，IC2与IREF就存在一定的差别。为 了减小镜象差别，在电路中接入 T3利用T3的电流放大作用，减 小了IB对IREF的分流作用，从而 提高了IC2与IREF互成镜象的精度 。为了避免T3的电流过小而使 b3下降，常在T3的射极加一电 阻Re3，使IE3增大。

4、 IREF=(VCC-UOn)/R=IB+IC12、微电流源电路为了减小IC值，可在镜象电流源电路中的T2发射极串 入一电阻Re2，如图所示，便构成微电流源。由电路可得 所以 由于(VBE1 - VBE2)的数值小，故用 阻值不大的Re2就可获得微小的工作电流 。一般 VBE2 Rc所以有源负载大 大提高了放大电路的电压增益。 八个管脚反相输入端与输出端的相位总是相反同相输入端与输出端的相位总是相同集成运放的图形符号同相输入端反相输入端输出端7.3集成运算放大器实例及运放的主要参数一、F007集成运算放大器二、集成运放的主要参数,(F007为210mV)(F007为50100nA)(F007为

5、200nA)(F007为100dB)(F007为812V)(F007为13V)(F007为8086dB)7.4 理想集成运算放大器一、 理想集成运算放大器的表征 二、理想集成运算放大器的传输特性1,线性工作区+(即)(即-)+- +-非线性工作区非线性工作区u+-u-实际运放线性工作区非线性工作区非线性工作区u+-u-2,非线性工作区+- 由于差模输入电阻Rid=因此+-(虚断)+-+- -+-但是不存在+- (虚短)同样+-(虚断)+-7.5基本运算电路一、比例运算电路1,反相比例运算电路 电阻RP称为平衡电阻, RP的阻值应当满足:RP=RN 它们分别是同相输入端 与反相输入端除源后的对地

6、电阻。-+FfN 因此P RF是反馈电阻,引入电压并联负反馈+-, 反相输入端为”虚地”,负号表示反相ri =R12, T形网络反相比例运算电路(有时间自己阅读)3,同相比例运算电路-+按照平衡电阻原理P+-,为正数表示同相RF引入电压串联负反馈4,电压跟随器(同相比例运算电路的特例)或者即(输出电压紧跟输入电压)另外一种形式-+RFF例二、加减运算电路1,反相求和运算电路+-+12F如果如果(反相求和)i1i2iF令 ui1= 0(1)(2)令 ui2= 02,同相求和运算电路所以再由于即因此如果如果(同相求和)3,加减运算电路如果如果(加减运算)u激光拾音器激光拾音器激光CD光盘CD RO

7、M中实现光电转换的电路称为激光拾 音器，简称“激光头”。激光拾音器:发射激光和接收由CD唱片表面 反射回来的光信号并进行光电转换。1100 0 反射光集成运放在CD ROM中实现光电转换的电路中的应用 uAuCuBuDuAuCuBuD反射光uOA1反相求和电路该电路是什 么电路？uOA1uOA2uOA1uOA2反相求和电路uOA1uOA2加减运算电路uOA1uOA2在实际电路中A、B、C、D四个光电二极管组成“田”字形顺时针排列。(1)当激光拾音器中的激光束聚焦正确时， uA = uB =uC =uD，uO2 =0(2)当激光拾音器中的激光束聚焦不正确时， uA,uB,uC,uD不相等，uO2

8、 0uO1 与（uA+ uB+uC+uD）成正比，即反映光照强弱A、B、C、D四个光电二极管组 成“田”字形顺时针排列ABCD聚焦准确聚焦不准确ABCDuA= uB =uC =uDuA ,uB,uC,uD不相等uOA1uOA2在实际电路中A、B、C、D四个光电二极管组成“田”字形顺时针排列。(1)当激光拾音器中的激光束聚焦正确时， uA = uB =uC =uD，uO2 =0(2)当激光拾音器中的激光束聚焦不正确时， uA,uB,uC,uD不相等，uO2 0uO1 与（uA+ uB+uC+uD）成正比，即反映光照强弱试证明：ip=0in=0ip=0in=0减法运算电路证明：根据“虚短”“虚断”

9、减法运算电路三、微积分运算电路,因此R,fCfC因此四、对数与指数运算电路-S二极管PN结电流方程表示为 u/UT(指数形式)(对数形式)RRD,RD；(对数运算)(提高精度)RDiRRi(反对数运算)(提高精度)五、乘法和除法运算电路1,数学模型和已知求=.(=lnln.)ln=ln+=e(ln+ln)和已知求=-lnln=lnln=e(ln-ln)减对数运算对数运算反相加法指数运算2,电路实现(乘法电路-模拟乘法器)3,模拟乘法器的应用(1) 除法运算121212,根据模拟乘法器的功能(2)乘方运算=2(3)开方运算 12,根据模拟乘法器的功能(4)其他运算7.6 有源滤波器滤波器的用途滤

10、波器是一种能使有用信号通过，滤除无用信号 ，即抑制无用信号的电子装置。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。无源滤波器1、RC低通滤波器 无源滤波器2、RC高通滤波器无源低通滤波器带上负载后通带带放大倍数为为通带带截止频频率为为带负载的能力差！ 7.6有源滤波器为了使负载不影响滤波特性，可在无源滤 波器和负载之间加入一个高输入阻抗低输 出阻抗的隔离电路，组成有源滤波器。有源滤波电路的分类(a)低通滤波器（LPF）(b)高通滤波器（HPF）(c)带通滤波器（BPF）(d)带阻滤波器（BEF）(e)全通滤波器（APF） 低通滤波器的主要技术指标（1）通带电压放大倍数Aum （2）通带截止频率fp7.6.17.6.1有源低通滤波器有源低通滤波器通带带放大倍数为为：幅频频特性：通带截止频率为： 相频频特性：特点 : 40dB/十倍频下降（2 2）简单的二阶低通滤波器）简单的二阶低通滤波器一阶高通滤波电路 压控电压源二阶高通滤波电路 带通滤波器 LPF HPF带阻滤波器(BEF)双T网络带阻滤波器全通滤波器 1全通滤波器主要用 途是改变信号频谱 的相位。 全通滤波器1