1、 模拟集成电路模拟集成电路及应用及应用 集成运放内部单元电路集成运放内部单元电路集成运放结构及参数集成运放结构及参数集成运放概述集成运放概述集成运放的非线性应用集成运放的非线性应用集成运放的线性应用集成运放的线性应用 集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成集成运算放大器属线性模拟集成电路，它是多级直接耦合放大电路组成的、带有深度负反馈的、具有极高放大倍数的一种放大器件。输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路保护电路保护电路同相输入端同相输入端反相输入端反相输入端输出端输出端-+直流电源直流电源+US US 7.1 7.1 集成运放集成运放概述概述7.2.1 差动放大电路差动放大
2、电路一、电路组成一、电路组成 二、抑制零点漂移原理二、抑制零点漂移原理利用两边电路对称、漂移相等，将漂移相互抵消。利用两边电路对称、漂移相等，将漂移相互抵消。ui1RbRbRRui27.2.1.1 基本差动放大电路基本差动放大电路 7.2 集成运放内部单元电路集成运放内部单元电路差模信号输入差模信号输入 1、差模信号输入差模信号输入 两个输入信号大小相等，极性相反。两个输入信号大小相等，极性相反。差模信号差模信号 三、对信号的放大作用三、对信号的放大作用温度漂移可以等效为输入端共模信号温度漂移可以等效为输入端共模信号 共模信号输入共模信号输入 2、共模信号输入共模信号输入 两个输入信号大小相等
3、，极性相同。两个输入信号大小相等，极性相同。共模信号共模信号 UicUic任意信号输入任意信号输入分解：分解：一对差模信号一对差模信号1/2 Uid一对共模信号一对共模信号Uic3、任意信号输入任意信号输入 两个输入信号大小、极性均任意。两个输入信号大小、极性均任意。任意信号任意信号e点为差模地点为差模地!7.2.1.2 长尾式差动放大电路长尾式差动放大电路 一、电路的组成一、电路的组成 cCQCCCQEQBQeBEQEEEQCQBQeEQBEQBQEE 1 2I 2RIVUIIRUVIIRRIURIV很小，所以小，且，因为二、静态分析二、静态分析 UodUidrbeIbRCIbIbRCrbe
4、IbbebLcd)2(rRRRA三、动态分析三、动态分析 四、共模抑制比四、共模抑制比|cdCMRAAK 2 )(2cobebiRRrRRbebcd rRRA一、双端输入单端输出方式一、双端输入单端输出方式 7.2.1.3 差动放大电路的四种接法差动放大电路的四种接法bebLcd)(21 rRRRA动态：cobebi)(2RRrRR单端输入可视为任意信号输入。单端输入可视为任意信号输入。理想情况下，单入效果同双入。理想情况下，单入效果同双入。二、单端输入双端输出方式二、单端输入双端输出方式 三、单端输入单端输出方式三、单端输入单端输出方式 理想情况下，单入效果同双入。理想情况下，单入效果同双入
5、。单入效果单入效果同双入同双入Ad 与输出与输出方式有关方式有关Ri 与输入与输入方式无关方式无关Ro 与输出与输出方式有关方式有关1.主要特点：主要特点：放大差模信号，抑制共模放大差模信号，抑制共模信号信号(克服零点漂移克服零点漂移)2.四种输入、输出方式比较：四种输入、输出方式比较：输入输输入输出方式出方式差模电压放大倍差模电压放大倍数数 Aud差模差模 Rid差模差模 Rod双入双入双出双出单入单入双出双出双入双入单出单出单入单入单出单出bRrRbeLbRrRbeL 212/LCLRRR LCL/RRR C2RCRbbeRr 2bbeRr 2恒流源特点：恒流源特点：交流电阻大，交流电阻大
6、，直流压降小。直流压降小。采用恒流源的差动放大电路采用恒流源的差动放大电路 e点仍然为差模地点仍然为差模地 e一一.镜像电流源镜像电流源特点：输出电流与参考电流有镜像关系特点：输出电流与参考电流有镜像关系。RUVIR1BECCC1RBR0C1C22IIIIII当满足当满足 2 时，则时，则RUVII1BECCR1C211R1C II7.2.2 电流源电路电流源电路二二.微电流源微电流源特点：能提供微安数量级的输出电流。特点：能提供微安数量级的输出电流。eEEETSETSETBEBERIIIUIIUIIUUU1101010lnlnlneCCRTRIIIU11ln TBESEUUeII 7.3.1
7、典型集成运放结构典型集成运放结构 7.37.3 集成运放结构及参数集成运放结构及参数1)输入失调电压输入失调电压 U IO使使 UO=0，输入端施加的补偿电压，输入端施加的补偿电压2)输入偏置电流输入偏置电流 I IB几毫伏几毫伏UO=0 时，时，21BPBNIB）（III 10 nA 1 A3)输入失调电流输入失调电流 IIOUO=0 时，时，BPBNIOIII 1 nA 0.1 AUpUnIBNIBPUoUi d+-7.3.2 7.3.2 集成运放的性能指标集成运放的性能指标 4)开环电压增益开环电压增益 Aud100000 10000000 5)差模输入电阻差模输入电阻 R id输出电阻
8、输出电阻 Ro几十千欧几十千欧 几兆欧几兆欧几十欧几十欧 几百欧几百欧)dB(lg20cdCMRuuAAK6)共模抑制比共模抑制比 KCMR 80 dBUpUnIBNIBPUoUi d+-9)开环带宽开环带宽 fH fH 是开环增益下降是开环增益下降 为为0.707倍时的频率倍时的频率(几赫兹几赫兹)7)最大差模输入电压最大差模输入电压 UIdM共模输入共模输入 U IC 过大，过大，K CMR下降下降当当 UId 过大时，反偏的过大时，反偏的 PN 结可能因反压过大而被击穿。结可能因反压过大而被击穿。8)最大共模输入电压最大共模输入电压 UICMfAoduO=Aod(uP-uN)uP=uN虚
9、短虚短 集成运放两输入端几乎短路，但未真正短路。集成运放两输入端几乎短路，但未真正短路。iP=iN=0 虚断虚断 集成运放两输入端电流趋于零，但非真正断路。集成运放两输入端电流趋于零，但非真正断路。7.4 7.4 集成运放的线性应用集成运放的线性应用fORu fONFRuui 一、反相比例电路一、反相比例电路平衡电阻平衡电阻R=R/Rf由虚断由虚断iR=iFup=0虚短虚短uN=0RuuiIRN RuI IfOuRRu Ri=RRo=0虚地虚地RRuuAfIOuf 7.4.1.比例电路比例电路二、同相比例电路二、同相比例电路 虚断虚断虚短虚短IfO)uRR1(u RR1uuAfIOuf Ri
10、Rid Ro=0OfuRRRu NpuuI NIuu 关于电压跟随器关于电压跟随器7.4.2 加减加减运运算算电路电路 i1+i2+i3=i f1I11Ru ifORufi3I32I21I1fORuRuRuRu )RuRuRu(Ru3I32I21I1fO 虚断虚断 虚地虚地 平衡电阻平衡电阻 一、反相加法器一、反相加法器)RuRu(RRR)RuRu()RR1(Ru2I21I1nfP2I21I1fPo 二、同相加法器二、同相加法器虚断虚断i1+i2=i3虚短虚短OfuRRRu N3P2I21I1RuRuuRuu PP)RuRu(u2I21I1 PPRRp=R1/R2/R3Rn=R/Rf当当uI2
11、单独作用时单独作用时I23231f1fouRRR)RR1()uRR1(u PI11fI23231fooouRRuRRR)RR(1uuu 三三、减法器、减法器)RuRu(Ru1I12I2fo 如果如果 Rp=Rn ，则则当当uI1单独作用时单独作用时I11fouRRu 设 R1 R2 Rf R3 R4 R5)(2I21I14I43I3fORuRuRuRuRu)(I1I2fOuuRRu加减电路加减电路 差分比例电路差分比例电路 例例1：求如图电路输入、输出之间的关系式。：求如图电路输入、输出之间的关系式。例：Uo=aUa+bUb-cUc步骤：1、确定集成运放个数。2、绘制草图。3、令Rp=Rn，则
12、)RURURU(RUccbbaafo4、确定Rf，再确定Ra、Rb、Rc。5、最后确定确定R的位置和大小。的位置和大小。6、绘制最终图。例2：设计一个加减运算电路满足：Uo=2Ua+2Ub-Uc虚断虚断iR=iCdtiC1uCc dtuRC1Icouu 虚地虚地可得可得 dtuRC1uIo 积分器的输出电压与输入电压呈积分关系，积分时间常数为积分器的输出电压与输入电压呈积分关系，积分时间常数为RC。又又7.4.3 积分和微分积分和微分运运算算电路电路一、积分电路一、积分电路)t(udtuRC1u0ot0tIo)t(u)t(tRCEu0o0o当当uI=E时时,)t(udtuRC1u0ot0tIo
13、dtduCICi 二、微分电路二、微分电路 dtduCRuIO iC=iR uc=uI 微分器的输出电压与输入电压呈微分关系微分器的输出电压与输入电压呈微分关系 7.5.1 电压比较器概述电压比较器概述uP uN uo为高电平为高电平uP uN uo为低电平为低电平uP=uN uo状态发生转换状态发生转换7.5.2 简单电压比较器简单电压比较器功能：比较两个电压的大小，在输出端以不同电平表示。功能：比较两个电压的大小，在输出端以不同电平表示。要求：鉴别准确，反应灵敏，动作迅速，抗干扰能力强。要求：鉴别准确，反应灵敏，动作迅速，抗干扰能力强。电压比较器中集成运放：电压比较器中集成运放：1、工作在
14、开环或正反馈状态。、工作在开环或正反馈状态。2、输入输出关系非线性。、输入输出关系非线性。虚短不成立！（仍有虚断）虚短不成立！（仍有虚断）阈值阈值uT：uo翻转时所对应的翻转时所对应的ui7.5 7.5 集成运放的非线性应用集成运放的非线性应用UZ-UZuOuIUT二、单限比较器二、单限比较器 一、过零比较器一、过零比较器 绘制电压传输特性三要素绘制电压传输特性三要素1、依据限幅电路确定输出高低电平。、依据限幅电路确定输出高低电平。2、令、令uP=uN求阈值电压。求阈值电压。3、根据、根据ui输入确定输出跃变方向。输入确定输出跃变方向。7.5.2 简单电压比较器简单电压比较器7.5.3 滞回比较器滞回比较器光检测电路光检测电路继电器继电器开关开关街灯街灯VCCVREF光光1.当输出当输出uo为高电平为高电平uo=uz时，时，同相端受到同相端受到uz和和uREF同时作用同时作用21Z121REF22RRURRRURU T7.5.3 滞回比较器滞回比较器21Z121REF21RRURRRURU T2.当输出当输出uo为为低低电平电平uo=-uz时，时，同相端受到同相端受到-uz和和uREF同时作用同时作用小结小结 集成运放集成运放参数参数加减电路加减电路的设计的设计比较器分比较器分析析加减电路加减电路的分析的分析集成运放集成运放组成组成差动放大差动放大电路静态电路静态动态分析动态分析
