第6章 集成运放及其典型应用

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电压串联负反馈 一、比例运算电路（续）
2. 同相放大电路
R1 Uo ∵ I- = I+ ≈ 0 U R1 Rf R1 Uo ∵U+=U- U i R1 Rf Rf U o (1 )U i R1
AUf Uo R 1 f Ui R1
Rf R1 Ui R2
虚地 如将运放的同相端接地U+=0，则U-=0,即反相端是一 个不接“地”的“地”，称为“虚地”。 虚地点对地的电阻为“0”
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二、理想运放模型（续）
4. 饱和工作状态时特征（非线性工作状态） 1) 理想运放的同相和反相输入端电流近似为零 I+=I-≈0。
2)当U+>U-时，Uo为正饱和值； 当U+<U-时，Uo为负饱和值。 饱和状态的运放通常工作在开环或正反馈状态，主要用 于数字电路，比较器电路等。
+
Uo
U1
U2 Un
I1 R1 I2 R2 In Rn

U1 U Un U U U ……, I1 ， I2 2 ， In R1 Rn R2 U1 U U 2 U Un U 0 R1 R2 Rn
U1 U 2 Un 1 1 1 U ( ) R1 R2 Rn R1 R2 Rn
+
Uo 平衡电阻 Rp≈R1//Rf
∵U+=U-（虚短） ∴ U-= 0
Ui U U i U- Uo Uo ， 又 If I1 R1 R1 Rf Rf Rf Uo Ui R1 Uo AUf Ui
Rf R1
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一、比例运算电路（续）
1. 反相放大电路（续）
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6.1 模拟集成运算放大器概述 一、 概述
1. 模拟集成电路分类 按照应用领域进行分类： 1）通用集成电路
2）模拟信号处理电路
3）控制系统专用集成电路，如电机控制电路、可控硅控制电路等. 4）通信系统专用集成电路，如电话电路、无线通信电路、交换专 用电路等。 5）测试系统专用集成电路，ATE电路、信号变换和处理电路等。 6）仪器专用电路等。
6.3 线性应用及理想运放模型（续）
运放分析特点：芯片内部分析复杂、外部特征特征分析简单。 传输特性(输入与输出信号关系特性) 频域特性 运放分析内容 时域特性
主要分析 内容
温度特性
噪声特性 ……
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一、 线性应用和非线性应用
输出 1. 线性应用：运放输入输出 成线性关系的应用。闭环应 用，如“运算电路”、“有 源滤波电路”等。
+
Uo
小结：同相放大电路输出Uo与输入Ui
呈比例关系，且相位相同，比例因子为
1+Rf/R1 ，因此，该电路常用于同相比 例运算。
rif
≈rid ≈∞
rof= 0
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一、比例运算电路（续）
2. 同相放大电路（续） Rf R1 Ui R2
Uo AUf 1 Ui Rf R1
+
Uo Ui
R2
+
Uo
当Rf=0时，
U o U i， AUf 1
rif ≈rid ≈∞,
电压跟随器 rof= 0
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二、加法器
Un If In Rn

1. 反相加法器 ∵I+=I- ≈0→ ∵U+=UI1+I2+…+In=If U+= 0
Rf
U2
U1
I2 R2
∴U-= 0
I1 R1 RP
+
Uo
U1 U U 1 I1 R1 R1 U2 Un I2 ， ……, I n ， R2 Rn Uo U1 U2 Un R1 R2 Rn Rf
第二级是共源放大电路，以N沟道管T8为放大管，漏极带有源负载。
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模拟集成运放芯片
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6.2 集成运算放大器的主要参数
集成运放的性能指标-主要参数如下：
1电源电压
2开环差模电压增益AUd 3共模抑制比KCMR 4差模输入电阻rid 5输入失调电压Uos
8输入失调电流的温漂dIos/dT 9输入偏置电流IB 10最大共摸输入电压Uic,max 11最大差模输入电压Uid,max 12-3dB带宽 13单位增益带宽BWG----fT 14转换速率SR(摆率) |duo/dt|max
差放 输入级
中间 放大级
低阻 输出级
恒流源 偏置
运放组成
2.中间放大级：提供高的电压增益，以保证运放的运算精度 。多为差动电路和带有源负载的高增益放大器。
3.低阻输出级：由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组 成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅 功率放大器。
4.恒流源偏置：可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电 流，以稳定工作点。
R2
当U1=0时，在输入信号U2的作用下，产生的输出为U''o 根据叠加原理：Uo= U'o + U''o
Rf Uo U1 当U1单独作用时： R1 R3 Rf (1 U U2 )U ， 其 中 ： 当U2单独作用时： U o R2 R3 R1
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三、减法器（续）
U+
U-
差放 输入级
中间 放大级 恒流源 偏置 运放组成
低阻 输出级
Uo
运放旧符号
运放国标符号
8/92 1.输入级:高性能的差动放大电 路。运放有两个输入端，一个 U称为同相输入端，即输出与该 U+ 端输入信号相位相同，用符号 U＋ 表示；另一个称为反相输 入端，即输出与该端输入信号 相位相反，用符号U－表示。
输入模块
功能模块
输出模块
控制/补偿 电源模块 模块 保护模块
图 6—1 集成电路的基本组成结构
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二
集成电路的基本结构(续）
2． 模拟集成电路组成
输入级
中间级
输出级
偏置 电路
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三、 模拟集成运放的典型电路
组成：运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造的 高增益放大器，它的组成框图如图所示。
6输入失调电压的温漂dUos/dT
7输入失调电流Ios
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6.3 线性应用及理想运放模型
一、 线性应用和非线性应用 二、理想运放模型
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6.3 线性应用及理想运放模型
理想模型
按精度分类
非理想模型 运放宏模型
运放模型分类
直流模型
按功能分类
交流小信号模型 大信号模型 噪声模型
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Rf U 1 U 2 Un U o K (1 )( ) Rs R1 R2 Rn
输出电压为各输入电压按比例相加，比例系数取决于各 回路的电阻，改变一个输入回路的电阻值将影响K值和其他回 路的放大系数。
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三、减法器
U1
Rf R1 + R3 U'' 'o U o o
运放工作在线性放大时，可 U2 用叠加原理来推导输出表达式。 当U2=0时，在输入信号U1 的作用下，产生的输出为U'o
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二、加法器（续）
2. 同相加法器（续）
1 1 1 U ( ) R1 R2 Rn U1 U 2 U n R1 R2 Rn
U1 U2 Un Rs I1 R1
If
+
Rf
Uo
I2 R2
In Rn

1 1 1 1 令 R1 R2 Rn K
Rs U Uo Rs Rf
平衡电阻 Rp≈R1//R2//…//Rn//Rf
U- Uo Uo If Rf Rf U1 U 2 Un U o Rf ( ) R1 R2 Rn
当R1=R2=…=Rn=Rf时，Uo= -(U1+U2+…+Un)
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二、加法器（续）
Rs
If
Rf
2.同相加法器 I1+I2+…+In=0 ∵I+=I- ≈0→ Rs U Uo Rs Rf Rs Uo ∵U+=U- U Rs Rf
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6.1 集成运算放大器的组成及基本特性 一、 概述(续）
按照电路的功能进行分类
1）运算放大器 2）模拟乘法器（除法器） 按照集成电路分类 通用型
集成电路
3）对数放大器
4）函数发生器 5）滤波器
专用型
6）压控振荡器
7）集成功率放大器 8）集成 稳压电源 ……
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二
集成电路的基本结构
1． 集成电路的基本结构
U1
Rf R1 + R3 Uo
当U1和U2共同作用时：
U2
Uo Uo Uo R3 Rf (1 ) U2 R1 R2 R3
若R1=R2 R3=Rf
R2
Rf U1 R1
Rf Uo (U 2 U 1 ) R1
小结： 1) 当R1=R2，R3=Rf时，减法器的输出电压为两个输入信号 之差乘以放大系数Rf/R1, 故又称它为差分放大器。 2)为减小失调误差，需 R1//Rf=R2//R3。
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四、积分器
i1(t) = if(t)
U+= 0
if ( t ) C i ( t) R ui(t) +
∵I+=I- ≈0→
uo(t)
∵ U+= U-，∴ U- =0
ui (t ) i f (t ) i (t ) R