《电工及电子技术基础课件：第十一章 集成运算放大器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工及电子技术基础课件：第十一章 集成运算放大器（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 11.1 11.1 直接耦合放大电路的主要特点直接耦合放大电路的主要特点 11.2 11.2 差动放大电路差动放大电路 11.3 11.3 互补对称式功率放大电路互补对称式功率放大电路 11.4 11.4 集成运算放大器集成运算放大器第十一章第十一章 集成运算放大器集成运算放大器1增加增加RE2 : 用于设置合适的用于设置合适的Q点点。问题问题 1 1 : :前后级前后级Q点相互影响。点相互影响。11.1 11.1 直接耦合放大电路的主要特点直接耦合放大电路的主要特点+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2RE22问题问题 2 2 : :零点漂移零点漂移前一级的温漂将作为后一级的输入信号
2、，使得前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当当 ui 等于零时等于零时， uo不等于零不等于零。uiRC1R1T1+UCCuoRC2T2R2RE2uot0有时会将有时会将信号淹没信号淹没31 1、差放电路工作原理、差放电路工作原理特点：特点：结构对称。结构对称。ui1ui2uoRCR1T1RBRCR1T2RB11.2 11.2 差动放大电路差动放大电路1 1）结构）结构42 2）抑制零漂的原理）抑制零漂的原理IC1 = IC2 ，uo= UC1 - UC2 = 0uo= (UC1 + UC1 ) - (UC2 + UC2 ) = 0当当ui1 = ui2 =0 时：时：当温度变化时当温度变
3、化时：+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2电路对称，双端输出，两管的同向漂移同时受到抑制，电路对称，双端输出，两管的同向漂移同时受到抑制，但每个管子的漂移仍存在但每个管子的漂移仍存在。差动放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。差动放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。53 3）动态分析）动态分析 a.a.共模电压放大倍数共模电压放大倍数AC+UCCuoui1RCR1T1RBRCR1T2RBui2共模输入信号：共模输入信号： ui1 = ui2 = uC （大小相等，极性相同大小相等，极性相同）理想情况理想情况：ui1 = ui2 uC1 = uC2 uo= 0 共模电压
4、放大倍数：共模电压放大倍数：（很小很小，1)设设uC1 =UC1 + UC1 ， uC2 =UC2 + UC2 。因因ui1 = -ui2， UC1 =- UC2 uo= uC1 - uC2= UC1- UC2 = 2 UC1 差模电压放大倍数：差模电压放大倍数：+UCC71 1）结构）结构为了使左右平衡，可为了使左右平衡，可设置调零电位器设置调零电位器: 特点：特点：加入发射极电阻加入发射极电阻RE ；加入负电源加入负电源 -UEE ，采用正负双电源供电采用正负双电源供电。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEE2 2、双电源长尾式差放、双电源长尾式差放82 2）静态分析）
5、静态分析 温度温度TICIE = 2ICUEUBEIBIC（1）RE的作用的作用 设设ui1 = ui2 = 0自动稳定自动稳定 抑制温度抑制温度漂移，稳定静漂移，稳定静态工作点。态工作点。uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEERE越大工作点越稳定，但RE过大会导致UE过高使静态工作点电流太小。加入负电源UEE可补偿RE上的直流压降，以保证两个三极管有合适的静态工作点。9（2）Q点的计算点的计算直流通路直流通路uoui1+UCCRCT1RBRCT2RBui2REUEEIBIC1IC2IBIEIC1= IC2= IC= IB UC1= UC2= UCCICRC UE1= UE
6、2 =IBRBUBE UCE1= UCE2 = UC1UE110RE 对差模信号作用对差模信号作用 ui1 ui2ib1 , ic1ib2 , ic2ic1 = - ic2iRE = ie1+ ie2 = 0uRE = 0 RE对差模信号对差模信号不起不起作用作用RRuoui+UCCRCT1RBRCT2RBREUEEib2ib1ic2ic1iRE3 3）动态分析）动态分析11例：例： 扩音系统扩音系统执行机构执行机构功率放大器的作用：功率放大器的作用： 用作放大电路的用作放大电路的输出级输出级，以，以驱驱动动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表仪表
7、指针偏转等。指针偏转等。 功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取11.3 11.3 互补对称式功率放大电路互补对称式功率放大电路121、分析功放电路应注意的问题：、分析功放电路应注意的问题：1) 功放电路中电流、电压要求都比较大，功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEMIcuce132) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真形失真。3) 电电源源提提供供的的能能量量尽尽可可能能转转换换给给负负载载，减减少少 晶晶体
8、体管管及及线线路路上上的的损损失失。即即注注意意提提高高电电路路的效率的效率（ ）。）。Pomax : 负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。PE ： 电源提供的直流功率。电源提供的直流功率。14如何解决效率低的问题？如何解决效率低的问题？办法：办法：降低降低Q点。点。既降低既降低Q点又不会引起截止失真的办法：点又不会引起截止失真的办法：采用采用互补对称射极输出器。互补对称射极输出器。缺点：缺点：但又会引起截止失真但又会引起截止失真。152 2、互补对称功率放大电路、互补对称功率放大电路 互补对称功放的类型互补对称功放的类型 无输出变压器形式无输出变压器形式 （ OTL电路）电路
9、）无输出电容形式无输出电容形式 （ OCL电路电路）OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess互补对称：互补对称：电路中采用两支晶体管，电路中采用两支晶体管，NPNNPN、 PNPPNP各一支；两管特性一致各一支；两管特性一致。类型类型：16无输出电容的互补对称功放电路无输出电容的互补对称功放电路（OCL)工作原理工作原理（设（设ui为正弦波）为正弦波）电路的结构特点：电路的结构特点：ui-USCT1T2uo+USCRLiL1. 由由NPNNPN型、型、PNPPNP型三极管型三极管构成两个对称的射极输构成两个对称的射极输出器对接而成
10、。出器对接而成。2. 双电源供电双电源供电。3. 输入输出端不加隔直电输入输出端不加隔直电容。容。17ic1ic2动态分析：动态分析：ui 0VT1截止截止，T2导通导通ui 0VT1导通导通，T2截止截止iL= ic1 ;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为式，称为乙类放大乙类放大。因此，不需要隔直电容。因此，不需要隔直电容。静态分析静态分析：ui = 0V T1、T2均不工作均不工作 uo = 0V18乙类放大的输入输出波形关系乙类放大的输入输出波形关系:ui-USCT1T2uo+USCR
11、LiL交越失真交越失真死区电压死区电压uiuououo tttt交越失真：交越失真：输入信号输入信号 u ui i在过零在过零前后，输出信号出现的失真便前后，输出信号出现的失真便为交越失真为交越失真。19ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1) (1) 静态电流静态电流 I ICQCQ、I IBQBQ等于零；等于零；(2) (2) 每管导通时间大约等于半个周期每管导通时间大约等于半个周期 ； (3) (3) 存在交越失真存在交越失真。 乙类放大的特点乙类放大的特点：交越失真产生的原因：交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在在于晶体管特性存在非线性，非线性，ui uT时晶时晶体管截止。体
12、管截止。20克服交越失真的措施：克服交越失真的措施：电路中增加电路中增加 R1、D1、D2、R2支路支路。R1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2 静态时静态时: : T T1 1、T T2 2两管发射结电两管发射结电位分别为二极管位分别为二极管D1、 D2的正的正向导通压降，致使两管均处向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；于微弱导通状态；动态时：动态时：设设 ui 加入正弦信号。加入正弦信号。正半周正半周 T2 截止截止，T1 基极电基极电位进一步提高，进入良好的位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周导通状态；负半周T1截止，截止，T2 基极电位进一步提高，进基极电位进
13、一步提高，进入良好的导通状态入良好的导通状态。（2 2）电路的改进）电路的改进 “甲乙类放大甲乙类放大”21集成电路集成电路: : 将整个电路的各个元件做在同一个半导将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。体基片上。集成电路的优点：集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小功耗小。集成电路的分类：集成电路的分类：模拟集成电路、数字集成电路模拟集成电路、数字集成电路；小、中、大、超大规模集成电路小、中、大、超大规模集成电路； 11.4 11.4 集成运算放大器集成运算放大器22UEE+UCC u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输
14、入端T3T4T5T1T2IS原理框图：原理框图：输输入入级级中中间间级级输输出出级级与与uo反相反相与与uo同相同相23对输入级的要求：对输入级的要求：尽量减小零点漂移尽量减小零点漂移, , 输入阻抗输入阻抗 ri 尽可能大尽可能大。对中间级的要求：对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。足够大的电压放大倍数。对输出级的要求：对输出级的要求：主要提高带负载能力，即输出主要提高带负载能力，即输出阻抗阻抗 ro小小。集成运放的结构集成运放的结构（1 1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二）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。级一般采用差动放大器。（2 2）输出级采用互补对
15、称式射极跟随器，以进行）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。功率放大，提高带负载的能力。（3 3）中间级常采用共集电极放大电路，以提供足）中间级常采用共集电极放大电路，以提供足够大的电压放大倍数。够大的电压放大倍数。24-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第第4 4级：互补对称射极跟随器级：互补对称射极跟随器差动放大器差动放大器第第2级级第第1级：级：差动放大器差动放大器第第3级：级：单管放大器单管放大器+集成运放内部结构（举例）集成运放内部结构（举例）25 ri 大大: : 几十几十k 几百几
16、百 k 运放的特点：运放的特点： ro 小：小：几十几十 几百几百 A o 很很大大: 104 107理想运放：理想运放： ri ro 0 0Ao 运放符号：运放符号：uu+ uo u u+ uoAo国际符号国际符号国内符号国内符号对对共模信号的放大倍数很小共模信号的放大倍数很小对对共模信号的放大倍数为共模信号的放大倍数为0 026由由于于运运放放的的开开环环放放大大倍倍数数很很大大，输输入入电电阻阻高高，输输出出电电阻阻小小，在在分分析析时时常常将将其其理理想想化化，称其所谓的称其所谓的理想运放理想运放。理想运放的条件理想运放的条件虚短路虚短路放大倍数与负载无关。分析多放大倍数与负载无关。分
17、析多个运放级联组合的线性电路时个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。可以分别对每个运放进行。虚开路虚开路运放工作在线性区的特点运放工作在线性区的特点1 1、在分析信号运算电路时对运放的处理、在分析信号运算电路时对运放的处理27 1 1）比例运算电路）比例运算电路 2 2、信号的运算电路、信号的运算电路作用：作用：将信号按比例放大。将信号按比例放大。类型：类型：同相比例放大和反相比例放大。同相比例放大和反相比例放大。方方法法：引引入入深深度度电电压压并并联联负负反反馈馈或或电电压压串串联联负负反反馈馈。这这样样输输出出电电压压与与运运放放的的开开环环放放大大倍倍数数无无关关，与输入电
18、压和反馈系数有关与输入电压和反馈系数有关。28i1= i2uo_+ + R2R1RPuii1i2 放大倍数放大倍数虚短路虚短路虚开路虚开路（1 1）反相比例运算电路）反相比例运算电路结构特点：结构特点：负反馈引到反相输负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。入端，信号从反相端输入。29平衡电阻，使输入端对地平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。态时输入级的对称性。RP =R1 / R2uo_+ + R2R1RPuii1i230uo_+ + R2R1RPuiR4R3i1i2i4i3M例：例：求求Au =?i1= i2虚短路虚短路虚开路虚开路3132
19、（2 2）同相比例运算电路）同相比例运算电路_+ + R2R1RPuiuou-= u+= ui虚短路虚短路虚开路虚开路结构特点：结构特点：负反馈引到反负反馈引到反相输入端，信号从同相端相输入端，信号从同相端输入。输入。33_+ + uiuo此电路在电路中的作用与分离元件的射极输此电路在电路中的作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。出器相同，但是电压跟随性能好。（3 3）电压跟随器）电压跟随器结构特点：结构特点：输出电压全输出电压全部引到反相输入端，信部引到反相输入端，信号从同相端输入。号从同相端输入。电压电压跟随器是跟随器是同相比例运算同相比例运算放大器的特例。放大器的特例。34
20、2 2）加减运算电路）加减运算电路作用：作用：将若干个输入信号之和或之差按比例放大。将若干个输入信号之和或之差按比例放大。类型：类型：同相求和和反相求和。同相求和和反相求和。方法：方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。与输入电压和反馈系数有关。35（1 1）反相求和运算）反相求和运算R12_+ R2R11ui2uoRPui1实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要以适应不同的需要。36i12
21、iFi11R12_+ R2R11ui2uoRPui137（2 2）同相求和运算）同相求和运算-R1RF+ui1uoR21R22ui238此电路如果以此电路如果以 u+ 为输入为输入 ，则输出为：，则输出为：-R1RF+ui1uoR21R22ui2u+ 与与 ui1 和和 ui2 的关系如何？的关系如何？流入运放输入端的电流为流入运放输入端的电流为0 0（虚开路）（虚开路）39（3 3）单运放的加减运算电路）单运放的加减运算电路实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。以适应不同的需要。R2_+ R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3
22、R640R2_+ R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6虚短路虚短路虚开路虚开路虚开路虚开路41_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1解出解出：单运放的加减运算电路的特例：差动放大器单运放的加减运算电路的特例：差动放大器423 3）微分运算电路与积分运算电路）微分运算电路与积分运算电路( (补充补充）u= u+= 0uit0t0uou i+uoRR2i1iFC若输入若输入：则则：（1 1）微分运算）微分运算43i1iFtui0tuo0输入方波，输出是三角波。输入方波，输出是三角波。ui-+RR2Cuo（2 2）积分运算）积分运算应用举例：应用举例：44第十一章第十一章 结束结束45
