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1、12-1 差动放大电路12-2 运算放大器的工作原理及主要参数12-3 运算放大器的线性应用12-4 运算放大器的非线性应用1集成电路简介集成电路简介在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上(厚约0.2-0.25毫米，面积约零点几平方毫米) ，构成特定功能的电子电路，称为集成电路。由于具有体积小、重量轻、耗电省、成本低、可靠性高和电性能优良等突出优点，所以随着微电子技术的进步，集成电路得到了飞速的发展。从60年代以来，集成电路的发展经历了小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）四个阶段，目前已能在一小块硅
2、基片上制作（光刻）出上亿个元器件。一、集成电路的分类1、按集成度分为：小规模：(0100)个元件/基片中规模：(1001000)个元件/基片大规模：(10001万)个元件/基片超大规模：(1万以上)个元件/基片32、按功能分为：模拟集成电路数字集成电路线性集成电路非线性集成电路在模拟集成电路中，集成运算放大器（简称集成运放或运放）是应用极为广泛的一种。该电路为本章讨论的重点。线性集成电路中的器件工作在线性放大状态，输出信号 和输入信号成线性关系。集成运放属于线性集成电路。二、集成电路的封装形式圆壳式 双列直插式 扁平式单列直插式 菱形式运算放大器外形图6三、模拟集成电路的特点12电路结构与元件
3、参数具有对称性各元件在同一块硅片上，经相同工艺制造出 来，元件参数绝对值有同向的偏差，温度匀一性 好，特性相同。用有源器件代替无源器件 电路中的电阻元件是由硅半导体中的体电阻构成 ，电阻值的范围一般为几十欧到20千欧左右，范围不 大，且电阻值精度不易控制，误差可达10%-20%左右 。故在集成电路中，高阻值的电阻多用BJT或FET等 有源器件组成的恒流源电路代替。34采用复合结构的电路复合结构电路的性能较佳，制作并不困难， 故集成电路中多用复合管、共射-共基、共集-共 基等组合电路。级间采用直接耦合方式 电路中的电容量不大，约在几十皮法以下，常用 结结电容构成，误差较大。而电感的制造非常困难。
4、 故在集成电路中，级间都采用直接耦合方式。5二极管由BJT的发射结构成 电路中的二极管多用作温度补偿元件或电位移动电路。一、直接耦合放大电路的零点漂移问题可以放大直流、交流信号零漂： 输入短路时，输出 仍有缓慢变化的电 压产生。即输出电 压偏离原来的起始 点而上下漂动。主要原因：主要由于温度变化引起，也称温漂。 直流电源波动，器件老化也是原因之一。12-1 差动放大电路9若第一级漂移了100 uV， 则输出漂移 100m V。若第二级漂移了100 uV， 则输出漂移 10 mV。假设可见，克服零漂 第一级是关键！ 减小零漂的措施采用差动放大电路若第三级漂移了100 uV，则输出漂移 0.1 m
5、V。10二、差动（差分）放大电路 1、电路组成结构特点:对称性结构即：1=2=VBE1=VBE2= VBErbe1= rbe2= rbeRC1=RC2= RCRb1=Rb2= Rb差动放大电路一般有两个输入端：从两输入端同时加信号双端输入从一个输入端对地加信号单端输入11(2)有公共的射极电阻Re组成特点：(1)直接耦合的共射极电路从集电极C1 和C2输出双端输出差动放大电路可以有两个输出端：从集电极C1或C2 对地输出单端输出12注意：（1）静态分析电路对称T放大的条件：Je正偏、Jc反偏vi1 = vi2 = 0（静态） Je正偏 T放大 Jc反偏vo = VC1 - VC2 = 0 实现
6、： 0输入 0输出 克服零漂2、电路分析13（2）动态定性分析 输入差模信号大小相等，方向相反另外：Re相当于短路iE = 014（2）动态定性分析 输入共模信号大小相等，方向也相同另外：Re相当于2ReiE = 2iE1 = 2iE215（3）动态定量分析小信号等效（微变等效） 电路法利用对称特点，转化为单边 电路求解。四种接法 a. 双端输入、双端输出 b. 双端输入、单端输出 c. 单端输入、双端输出 d. 单端输入、单端输出注意：电阻Re 和RL的处理16双端输入 差模增益 双入双出双入双出 双入单出RL各分一半RL由T1单独负担双入单出Re短路17双端输入 共模增益 双入双出双入双出
7、 双入单出RL开路RL由T1单独负担双入单出Re对单边相当于2Re18双端输入 共模抑制比双入双出双入单出 双入双出 双入单出 公共电阻Re KCMR 抑制零漂能力增强1912-2 运算放大器的工作原理及主要参数集成电路 运算放大器直接耦合 多级放大电路符号：特点： 电压增益高（差模）输入电阻大输出电阻小20UEE+UCCu+uou反相 输入端同相 输入端T3T4T5T1T2IS一、原理框图输 入 级中 间 级输 出 级与uo反相与uo同相21对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri 尽可能大。对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。对输出级的要求：主要提高带负
8、载能力，给出足 够的输出电流io 。即输出阻抗 ro小。集成运放的结构（1）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。（2）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。（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行 功率放大，提高带负载的能力。221、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Auo为。2、共模抑制比KCMMR常用分贝作单位，一般100dB以上。二、主要参数23ri 大: 几十k 几百 k运放的特点KCMRR 很大ro 小：几十 几百A uo很大: 104 107理想运放：ri KCMRR
9、ro 0 Auo 运放符号：uu+ uo uu+uoAuo三、理想运算放大器及其分析依据24uiuo+UOM-UOMAuo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。uiuo_+Auo例：若UOM=12V，Auo=106 ，则|ui| UR时 , uo = +Uom当ui UR时 , uo = -Uom 2、 ui从反相端输入50uoui0+UOM-UOM+uoui3、过零比较器: (UR =0时)+uo uiuoui0+UOM-UOM 51+uouitui例：利用电压比较器将正 弦波变为方波。uot+Uom-Uom52电路结构上下限:二、波形发生器
10、1、矩形波发生器53工作原理：(1) 设 uo = + UZ , 此时，uO给C 充电, uc ，则：u+=UT+0tuo +UZ-UZucUT+0t一旦 uc UT+ , 就有 u- u+ , uo 立即由UZ变成UZ 。在 uc UT+ 时，u- u+ , 设uC初始值uC(0+)= 0uo保持+UZ不变+UZ54此时，C向uO放电,再反向充电(2) 当uo = -UZ 时， u+=UT-uc达到UT-时，uo上跳。UT+uctUT-当uo 重新回到UZ 后，电路又进入另一个周期性的变化。-UZ550UT+uctUT-+UZuo0t- UZT完整的波形：562 三角波发生器工作原理：若uo1=+UZ， uo2， u+ 。 当u+ 0时， uo1翻转为-UZ。若uo1=-UZ， uo2， u+ 。当u+ 0时， uo1翻转为+UZ。57波形图振荡周期：0UT+uo2tUT-+UZuo10t- UZT2、三角波发生器58
