1、第三讲第三讲 模拟集成电路模拟集成电路1.1 1.1 集成运算放大器集成运算放大器 集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放大器。在该集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放大器。在该集成电路的输入与输出之间接入不同的反馈网络，可实现不同集成电路的输入与输出之间接入不同的反馈网络，可实现不同用途的电路，例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号用途的电路，例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号放大、信号运算（加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开放大、信号运算（加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等）、信号的处理（滤波、调制）以及波形的产生和变换。方等）、信号的处理（滤波、调制）以
2、及波形的产生和变换。集成运算放大器的种类非常多，可适用于不同的场合。集成运算放大器的种类非常多，可适用于不同的场合。1通用型运算放大器通用型运算放大器 通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广，其性能指标能适合于一般性使要特点是价格低廉、产品量大面广，其性能指标能适合于一般性使用。例用。例A741A741（单运放）、（单运放）、LM358LM358（双运放）、（双运放）、LM324LM324（四运放）及（四运放）及以场效应管为输入级的以场效应管为输入级的LF356LF356都属于此种。它们是目前应
3、用最为广都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。泛的集成运算放大器。2高阻型运算放大器高阻型运算放大器 这类集成运算放大器的特点是这类集成运算放大器的特点是差模差模输入阻抗非常高，输入偏置输入阻抗非常高，输入偏置电流非常小，一般电流非常小，一般rid（1091012）W W，IIB为为几几pApA到到几十几十pApA。实现这。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点，用场效应管些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点，用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用组成运算放大器的差分输入级。用FETFET作输入级，不仅输入阻抗高作输入级，不仅输入阻抗高，输入偏置电流低，
4、而且具有高速、宽带和低噪声等优点，但输入，输入偏置电流低，而且具有高速、宽带和低噪声等优点，但输入失调电压较大。常见的集成器件有失调电压较大。常见的集成器件有LF356LF356、LF355LF355、LF347LF347（四运放（四运放）及更高输入阻抗的）及更高输入阻抗的CA3130CA3130、CA3140CA3140等。等。集成运算放大器可分为如下几类：集成运算放大器可分为如下几类：1.1.1 1.1.1 集成运算放大器的使用要点集成运算放大器的使用要点1集成运放的电源供给方式集成运放的电源供给方式 集成运放有两个电源接线端集成运放有两个电源接线端+V+VCCCC和和-V-VEEEE，但
5、有不，但有不同的电源供给方式。对于不同的电源供给方式，同的电源供给方式。对于不同的电源供给方式，对输入信号的要求是不同的。对输入信号的要求是不同的。（1 1）对称双电源供电方式）对称双电源供电方式 运算放大器多采用这种方式供电。相对于公共运算放大器多采用这种方式供电。相对于公共端（地）的正电源（端（地）的正电源（+E+E）与负电源（）与负电源（-E-E）分别接）分别接于运放的于运放的+V+VCCCC和和-V-VEEEE管脚上。在这种方式下，可把管脚上。在这种方式下，可把信号源直接接到运放的输入脚上，而输出电压的信号源直接接到运放的输入脚上，而输出电压的振幅可达正负对称电源电压。振幅可达正负对称
6、电源电压。（2 2）单电源供电方式）单电源供电方式 单电源供电是将运放的单电源供电是将运放的-V-VEEEE管脚连接到地上。此时为了保管脚连接到地上。此时为了保证运放内部单元电路具有合适的静态工作点，在运放输入端一证运放内部单元电路具有合适的静态工作点，在运放输入端一定要加入一直流电位，如图定要加入一直流电位，如图3.2.13.2.1所示。此时运放的输出是在所示。此时运放的输出是在某一直流电位基础上随输入信号变化。对于图某一直流电位基础上随输入信号变化。对于图3.2.13.2.1交流放大交流放大器，静态时，运算放大器的输出电压近似为器，静态时，运算放大器的输出电压近似为V VCCCC/2/2，
7、为了隔离，为了隔离掉输出中的直流成分接入电容掉输出中的直流成分接入电容C C3 3。2集成运放的调零问题集成运放的调零问题 由于集成运放的输入失调电压和输入失调电流的影由于集成运放的输入失调电压和输入失调电流的影响，当运算放大器组成的线性电路输入信号为零时，响，当运算放大器组成的线性电路输入信号为零时，输出往往不等于零。为了提高电路的运算精度，要求输出往往不等于零。为了提高电路的运算精度，要求对失调电压和失调电流造成的误差进行补偿，这就是对失调电压和失调电流造成的误差进行补偿，这就是运算放大器的调零。常用的调零方法有内部调零和外运算放大器的调零。常用的调零方法有内部调零和外部调零，而对于没有内
8、部调零端子的集成运放，要采部调零，而对于没有内部调零端子的集成运放，要采用外部调零方法。下面以用外部调零方法。下面以A741A741为例，图为例，图3.2.23.2.2给出给出了常用调零电路。图了常用调零电路。图3.2.2(a)3.2.2(a)所示的是内部调零电路所示的是内部调零电路；图（；图（b b）是外部调零电路。）是外部调零电路。3集成运放的自激振荡问题集成运放的自激振荡问题 运算放大器是一个高放大倍数的多级放大器，在接成深度运算放大器是一个高放大倍数的多级放大器，在接成深度负反馈条件下，很容易产生自激振荡。为使放大器能稳定的工负反馈条件下，很容易产生自激振荡。为使放大器能稳定的工作，就
9、需外加一定的频率补偿网络，以消除自激振荡。图作，就需外加一定的频率补偿网络，以消除自激振荡。图3.2.33.2.3是相位补偿的使用电路。是相位补偿的使用电路。另外，防止通过电源内阻造成低频振荡或高频振荡的措施是在另外，防止通过电源内阻造成低频振荡或高频振荡的措施是在集成运放的正、负供电电源的输入端对地一定要分别加入一电集成运放的正、负供电电源的输入端对地一定要分别加入一电解电容解电容（10m mF）和一高频滤波电容和一高频滤波电容（0.01m mF0.1m mF）。）。如图如图3.2.33.2.3所示。所示。4.运算放大器的应用运算放大器的应用u理想运算放大器理想运算放大器开环电压放大倍数开环
10、电压放大倍数 AV0=差摸输入电阻差摸输入电阻 Rid=输出电阻输出电阻 R0=0u 运算放大器的两个工作区域（状态）运算放大器的两个工作区域（状态）线性区和非线性区线性区和非线性区u线性应用线性应用 条件：运放与外围电路构成负反馈。条件：运放与外围电路构成负反馈。u非线性应用非线性应用 条件：条件：a.运放处于开环状态或与外围电路运放处于开环状态或与外围电路 构成正反馈。构成正反馈。b.输出端有稳压二极管稳压或通过输出端有稳压二极管稳压或通过 稳压二极管与反相输入端相连。稳压二极管与反相输入端相连。特点：特点：a.若若U+U-，则则UO=+UOM；若若U+U-，则，则UO=-UOM。b.i+
11、i0 （虚断）（虚断）注：不能使用虚短！注：不能使用虚短！两个重要的概念：两个重要的概念：1.1.集成运放两个输入端之间的电压通常接近于集成运放两个输入端之间的电压通常接近于零，即零，即vIvv-0。若把它理想化，则有。若把它理想化，则有vI0，但又不是短路，故称为，但又不是短路，故称为虚短虚短。2.集成运放两输入端几乎不取用电流，即集成运放两输入端几乎不取用电流，即 iI 0，若把它理想化，则有，若把它理想化，则有iI 0，但不是断，但不是断开，故称为开，故称为虚断虚断。l 线性应用线性应用4.1 4.1 比例运算电路比例运算电路_+RfR1RPuiuoi1iFii-ii+虚地点虚地点i1=
12、iF （虚断）（虚断）因为有负反馈，因为有负反馈，利用虚短和虚断利用虚短和虚断u+=0 u=u+=0（虚地）（虚地）平衡电阻平衡电阻:RP=R1/RF(使输入端对地的静态电阻相等使输入端对地的静态电阻相等)fofFiRuRuRu1反馈方式：反馈方式：电压并联负反馈电压并联负反馈（1 1）反相比例运算电路）反相比例运算电路1RRuuAufio电压放大倍数电压放大倍数 该电路的电压放大倍数不宜过该电路的电压放大倍数不宜过大。反馈电阻大。反馈电阻RF一般小于一般小于1M，Rf过大会影响阻值的精度；但过大会影响阻值的精度；但Rf也也不能太小，过小会从信号源或前级不能太小，过小会从信号源或前级吸取较大的
13、电流。吸取较大的电流。由于电路存在虚地所以共模输由于电路存在虚地所以共模输入电压入电压V ViCiC=0=0二二.同相比例运算放大器同相比例运算放大器u-=u+=ui_+RfR1RPuiuoiFi1Au=1+RfR1i1=iF（虚断）（虚断）R RP P=R=Rf f/R/R1 11i2ioRuRuu f1i12ou)RR1(u f1)因为有负反馈，因为有负反馈，利用虚短和虚断利用虚短和虚断反馈方式：反馈方式：电压串联负反馈电压串联负反馈由于运算放大器在该电路中不是由于运算放大器在该电路中不是“虚虚地地”，其输入端存在着较大的共模信，其输入端存在着较大的共模信号，共模输入电压为：号，共模输入电
14、压为：ViC=Vi_+RFRfRPuiuoAu=1+RFRf当当RF=0时时,Au=1uo=ui三三.电压跟随器电压跟随器此电路是同相比此电路是同相比例运算的特殊情况，例运算的特殊情况，输入电阻大，输出输入电阻大，输出电阻小。电阻小。在电路中在电路中作用与分离元件的作用与分离元件的射极输出器相同，射极输出器相同，但是电压跟随性能但是电压跟随性能好。好。1.反相求和运算：反相求和运算：_+RfR1R2ui2uoRPui1i1i2iF虚地虚地uo=-(ui1 R1 Rf +ui2 R2 Rf )若若R1=R2=R,uo=-(ui1 R Rf +ui2 )取取RP=R1/R2/Rfuo_+RFR1R
15、Pui0uu i1+i2=iFui1 R1 =ui2 R2 +-uo Rf 4.2 4.2 基本运算电路基本运算电路一一.加法运算电路加法运算电路2.同相求和运算：同相求和运算：Au=RfR11+uo=Au u+=()(+)RfR11+R3 R2+R3ui1R2 R2+R3 ui2取取R2/R3=R1/Rf当当R2=R3 时时,uo=()(ui1+ui2)RfR11+12R1Rf+u i1uoR2R3ui2-u+_+RfR1RPuiuo二二.减法运算电路减法运算电路1、利用加法器、利用加法器vi2-vi1=vi2+(-vi1)vRRvRR(vi22fi11foi11fi22fi22fi11fo
16、vRRvRR)v(RRvRR(v反相器（反相器（-1）叠加定理叠加定理（二）减法器（二）减法器2、差动减法器、差动减法器 Vi1作用作用i11fovRRv Vi2作用作用i21fov2RRR)RR1(v 综合：综合：i21fi11fov2RRR)RR1(vRRv21fRRRR若)()(i1i21fi2i11fvvRRvvRRvoRuii 虚地tiCuud1CCO1.积分电路积分电路三三.积分和微分电路积分和微分电路tuRCd1iiiCu i-+RRPCuouc反相积分器：反相积分器：如果如果u i=直流电压直流电压U,输出将反相积分，输出将反相积分，经过一定的时间后输出饱和。经过一定的时间后输
17、出饱和。t0oUdtRC1utui0UMomUTRC1U URCUTomM tuo0-UomTM积分时限积分时限 dtuRC1uio=t URC设设Uom=15V,U=+3V,R=10kW W,C=1,C=1m mF F=0.05秒秒练习练习:画出在画出在给定输入波形给定输入波形作用下积分器作用下积分器的输出波形。的输出波形。(a)阶跃输入信号(b)方波输入信号积分器的输入和输出波形图积分器的输入和输出波形图应用举例：输入方波，输出是三角波。应用举例：输入方波，输出是三角波。tui0tuo02.微分电路：微分电路：u-=u+=0RiUFOdtduCii1 F1ii dtduRCuio u i+uoRR2i1iFC)90tsin(RC tcosRCuo tui0tuo0tsinui 例：例：,求求uo。dtduRCuio u i+uoRR2i1iFC90
