《电子技术基础电工学Ⅱ 教学课件 ppt 作者 李春茂 第5章 集成运放电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子技术基础电工学Ⅱ 教学课件 ppt 作者 李春茂 第5章 集成运放电路（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第5章 集成运算放大器,5.1 集成运算放大器,5.2 反馈放大电路,5.3 信号的运算与处理电路,5.3.1 运算电路,5.3.2 模拟计算,5.3.3 有源滤波器,5.3.4 电流-电压变换器,5.3.5 电压比较器,5.1 集成运算放大器,集成电路：应用半导体工艺,将管 子电阻,导线制造在一块硅片上 的固体器件,5.1.1 集成运算放大器的概述,特点： 电阻几十几十K , 高阻用晶体管代替 电容,电感制作困难, 来用直接耦合 二极管用三极管集基短接, 用发射结代替 对称性要求高差放,退出,集成电路的发展,1952年，Darmil提出制造IC的设想，英国 1957年，Si晶体触发器，英国
2、1958年，第一块IC， TI公司，美国 1961年，商业化，美国 集成电路的规模、最新进展及我国的现状,1 通用型集成电路运算放大器,2. 专用型集成电路运算放大器,一、高输入阻抗型： 1、特点：差模输入电阻rid(1091012),输入偏置电流IIB为几个PA几十个PA。 2、构成：利用FET输入阻抗高、BJT电压增益高的优点，相结合而构成差分输入级电路 3、应用：生物医学电信号测量和精密放大电路、有源滤波器、取样-保持放大器，对 数和反对数放大器和模数、数模转换器等。 二、高精密、低漂移型： 2、构成：采用超BJT管、低噪声差分式输入级和减小温漂的自动控温电路及低温度 系数的精密电阻组成
3、电路。 3、应用：用于毫伏量级或更低的微弱信号的精密检测、精密模拟计算、高精度稳压电 源及自动控制仪表中。 三、高速型： 1、特点：转换速率SR30V/us最高可达几百伏/us，单位增益带宽BWG10MHZ。 2、构成：尽量采用NPN型管，采用FET和BJT相兼容的BiFET或用全MosFET结构。 3、应用：应用于快速A/D和D/A转换器、有源滤波器、高速取样-保持电路、锁相环、 精密比较器和视频放大器中。 四、低功耗型： 1、特点：电源电压15V时，Pmax6mW，或低电源电压（如1.54V）时，具有低的 静态功耗和保持良好的电气性能 2、结构：采用外接偏置电阻和用有源负载代替高阻值的电阻
4、电路。 3、应用：对能源有严格限制的遥测、遥感、生物医学和空间技术研究设备中。 五、高压型： 1、特点：具有高输出电压或大的输出功率。 2、结构：利用BJT的cb结和单管的半接方式来提高耐压，或用FET的输入级。,4. 集成运算放大器的主要参数,（） 开环电压增益 103107（60140dB） （） 输入失调电压 当输入电压ui=0时，u00 （） 输入失调电流 IOS=|IB1-IB2| （） 输入偏置电流 (IB1+IB2)/2 （） 最大差模输入电压 一般为5V；F007型的则为30V （） 静态功耗 一般为几十到几百毫瓦,F007型集成电路的主要参数,5.1.2. 电压传输特性和线性
5、区的等效电路模型,2. 电压传输特性,放大器的输出信号和输入信号的关系曲线为传输特性，运算放大器的电压传输特性如图所示。,3. 线性区的等效电路模型,1. 图形符号,开环电压增益或开环电压放大倍数,输入端u_稍高于u+; 输出端uo就达到负饱和值-Uom(接近负电源电压-UEE)； 输入端u_稍低于u+，输出端uo就达到正饱和值+Uom（接近正电源电压+UCC）,“电压控制电压”的受控制源，rid是运算放大器的输入电阻，ro是运算放大器的输出电阻。,5.1.3、集成运放电路的基本分析方法,理想运放的条件,1. 开环电压增益 AVO=; 2. 输入电阻 Ri =; 3. 输出电阻 Ro=0; 4
6、. 频带宽度 BW=; 5. 共模抑制比 KCMR=; 6. 失调、漂移和内部噪声为零。,运算放大器具有很高的Au,并带深度负反馈 的直耦差放集成电路。 具有负反馈电路的各种优点, 可实现比例,加减,乘除,微积分等运算,1.理想集成运放算放大器,2. 分析原则,(1) 线性应用 (引进负反馈),(2) 非线性应用 (开环，引进正反馈),输出饱和 Uo = Uom= Us A ,例5.2.1. 电路如图所示，试写出输出电流io与输入电流is之间关系的表达式。,解：由于图5.2.8引进了负反馈,根据运算放大器线性应用分析原则,运放输入电流为零,则,又因运放同相端的电位等于反相端的电位,则有,得,5
7、.1.4 集成电路封装和应用知识,C14578外引线排列图,四个运放共用VDD、VSS端 每两个运放共用一个偏置电阻,半导体集成电路封装主要有玻璃或陶瓷封装、塑料封装、金属外壳封装等。玻璃或陶瓷封装主要用于小功率集成电路；塑料封装用于小功率和中大功率的集成电路；金属封装用于各种功率等级的集成电路。,表面贴装元器件SMT,目前集成电路的封装主要采用表面贴装元器件SMT, 图示为表面贴装SMT和通孔插装THT的比较。,SMT集成电路种类,CHIP 片式阻容器件 SOIC: Small Outline Integrated Circuit小外形集成电路 PLCC: Plastic Leaded Ch
8、ip Carrier 塑封有引线芯片载体 QFP Quad Flat Package 方形扁平封装 BGA: Ball Grid Arrange 球栅列封装 COB: Chip on Board 板载芯片,SMT应用电路,线性集成电路应用知识,（1）对线性集成电路的参数进行测试 制造厂家在线性集成电路出厂前都进行过测试。各种参数列于产品样本中。根据需要可查阅这些资料，了解线性集成电路的性能和指标，但是这些参数只是典型数据。为了缩短所设计的装置调试装置，在集成电路安装使用之前，常对其主要参数进行测试。测试电路和方法可参阅有关资料。因篇幅所限，故在此不作介绍。 （2）调零 线性集成电路存在着失调电
9、压和电流。当输入信号为零，而输出不为零时，应调节外加的调零电位器，使输出也为零。 （3）消除自激振荡 线性集成电路是一个高增益、多级直耦放大电路。在应用中若引入较深的负反馈，往往容易引起自激，使电路不能正常工作。为此在应用中要对电路进行适当的频率补偿和相位补偿，以便消除自激，使电路闭环时能稳定工作。补偿元件做在集成块中的称为内补偿型集成电路，而外加补偿元件的称为补偿型集成电路。 （4）保护措施 输入保护 在一些应用电路中，如比较器、方波发生器等电路，会使集成电路输入端承受过高的差模输入电压，为此在输入端应加入限幅电路加以限制。 输出保护 由于负载变化或其它原因使集成电路的输出电流过大时，常引起
10、集成块的损坏，因此输出要采用保护措施。保护电路可查阅有关资料，根据所学知识可以进行分析。,5.2 反馈放大电路,科学技术：控制，通信，生物技术 人类社会：社会政治，管理，生活，爱情,5.2.1 反馈概念,1. 反馈: 从输出端取出部分或全部信号，经某种(反馈)电路 以一定方式引回到输入端， 与原输入信号叠加后再作用到放大电路, 构成闭合回路,反馈类型,正反馈：反馈信号削弱输入信号, 使AU降低 负反馈：反馈信号增强输入信号, 使AU提高 输出端：电压负反馈，电流负反馈 输入端：串联负反馈，并联负反馈 直流反馈 交流反馈,反馈应用,开环,闭环,退出,闭环放大倍数的一般表达式,2. 反馈的基本方程
11、,反馈深度,它反映了反馈对放大电路影响的程度。可分为下列三种情况:,环路增益 是指放大电路和反馈网络所形成环路的增益,当 1时称为深度负反馈，,(1)当 1时， ，相当负反馈 (2)当 1时， ，相当正反馈 (3)当 =0 时， = ，相当于输入为零时仍有输出，“自激状态”,在深度负反馈条件下，闭环放大倍数近似等于反馈系数的倒数,5.2.2 负反馈对放大电路性能的影响,串联反馈Ri 并联反馈Ri 电压反馈Ro 电流反馈Ro,增益与通频带之积为常数,退出,1、降低放大倍数,2、提高放大倍数稳定性,3、改善波形失真,4、展宽通频带,5、输入 / 输出电阻影响,电压反馈与电流反馈的判断： 电压反馈:
12、 将输出电压短路，若反馈回来的反馈信号为零， 电流反馈: 若反馈信号仍然存在，,串联反馈和并联反馈 并联反馈: 反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极 此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系； 串联反馈: 反之，加在放大电路输入回路的两个电极 此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。,5.2.3 反馈类型的分析,正/负反馈的判断瞬时极性法 电压/电流反馈的判断vo短路法 串联/并联反馈的判断输入节点法,负反馈：反馈支路接到 “ - ”端 正反馈：反馈支路接到 “+”端 输入：串/并联 同相/反相输入 输出：电压/电流 直接反馈, 电压/从输出分流支路取出,退出,交流反馈和直流反
13、馈,交流反馈: 反馈信号只有交流成分时， 直流反馈: 反馈信号只有直流成分时， 交直流反馈:既有交流成分又有直流成分时。 正反馈和负反馈的判断瞬时极性法： 正反馈:反馈信号和输入信号加于输入回路一点时，瞬时极性相同的 反馈信号和输入信号加于输入回路两点时，瞬时极性相反的， 负反馈:反馈信号和输入信号加于输入回路一点时，瞬时极性相反的 反馈信号和输入信号加于输入回路两点时，瞬时极性相同的,例5.3.1 试判断图所示电路的反馈组态。,解: 根据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-” 号，可知是负反馈。 因反馈信号和输入信号加在运放A1的两个输入端，故为串联反馈。,因反馈信号与输出电压成比例，故为电
14、压反馈。结论：交直流串联电压负反馈。,5.3 信号的运算与处理电路,分析原则 U+ = U- I = 0,5.3.1 运算电路 5.3.2 模拟计算 5.3.3 有源滤波器 5.3.4 电流-电压变换器 5.3.5 电压比较器,5.3.1 运算电路,(1)、反相输入比例运算电路,1 、比例运算电路,根据运放分析原则,闭环放大倍数,平衡电阻：Ui=0时，保持差放对称结构 反向瑞看进去等效电阻 R1/RF 同向瑞看进去等效电阻 R2 = R1 / RF,反相器 R1 = R2 = RF,(2)、同相输入比例运算电路,闭环放大倍数,平衡电阻 R2 = R1 / RF,根据运放分析原则,2、加法运算电
15、路,(1)、反相输入加法运算电路,(2)、同相输入加法运算电路,平衡电阻 R2 = R11 / R12 / R13 / RF,当R11 = R12= R13= R1时,输出,平衡电阻 R21 / R22 / R23 = R2 / RF,3、减法(差动输入)运算电路,退出,(1). 用运放分析原则分析,为RR和RR时,(2).用叠加原理分析 Ui1单独作用：Ui2接地， 反相比例运算电路,Ui2单独作用：Ui1接地， 同相比例运算电路,叠加,例5.3.1 电路如图所示，求电路中的输出电压uo,1. 运放A1是反相加法运算电路,2. 运放A2是同相比例运算电路,3. 运放A3是差动运算电路, (1). 用运放分析原则,(2). 用叠加原理,4、微分和积分运算电路,2、积分,用途: 去除高频干扰, 将方波变为三角波, 移相, 在模数转换中将电压量变为时间量,退出,积分电路的用途,将方波变为三角波（vi：方波， 频率500Hz，幅度1V）,将三角波变为正弦波（vi：三角波， 频率500Hz，幅度1V）,把三角波变为方波 （vi：三角波，频率1KHz，幅度0.2V）,微分电路的用途,（vi：正弦波，频率1KHz，幅度0.2V）,例5.3.2 求 输 出 电 压 Uo与 输 入 电 压 Ui 之 间 关 系 的表 达 式 。,A1为 差 动
