第二章集成运算放大器 本章重点: 集成运放的外特性、电路分析方法、工程应用 集成电路的特点(同分立器件电路相比) 1.电路结构与元件参数具有对称性; 同一硅片,相同工艺→元件特性相同(绝对值的同向偏差,温度均一性) 2大电阻不易集成; 硅半导体的体电阻→阻值范围不大(几十欧到几十K欧),误差大(10%到20%) 尽量少用电阻 3大电容不易集成 PN结电容→几十皮法以下,级间耦合:阻容→直接
第二章 集成运算放大器 本章重点： 集成运放的外特性、电路分析方法、工程应用 集成电路的特点（同分立器件电路相比）： 1.电路结构与元件参数具有对称性； 同一硅片，相同工艺→元件特性相同（绝对值的同向偏差，温度均一性） 2.大电阻不易集成； 硅半导体的体电阻→阻值范围不大（几十欧到几十K欧）,误差大（10%到20%)； 尽量少用电阻 3.大电容不易集成。 PN结电容→几十皮法以下，级间耦合：阻容→直接
第一节直接耦合放大器 直接耦合放大器存在两个特殊问题 1、各级静态工作点相互影响 R R RO 2、零点漂移 u=0,输出电压偏离静态值上下 波动的现象称为零点漂移 1 REI △ 零点漂移主要由温度变化产生, 称为温漂 零点漂移的逐级放大以及影响
2、零点漂移 ui=0,输出电压偏离静态值上下 波动的现象称为零点漂移。 零点漂移主要由温度变化产生， 称为温漂。 零点漂移的逐级放大以及影响。 Ui1 第一节 直接耦合放大器 RB RC1 RE1 RC2 V1 V2 V3 Uo +UCC R 直接耦合放大器存在两个特殊问题 1、各级静态工作点相互影响 Ui1 =0 t Uo
第二节差动放大器 差动放大电路 U CC 1、电路特点: (1)理想对称电路; (2)共用射极电阻RE (3)两输入端、两输出端 2、静态时(u1=u=0)的特点: u1 (2)u=0 E CC
第二节 差动放大器 一、差动放大电路 V1 V2 uo ui1 ui2 RE RC RC C1 C2 E +UCC -UCC 2、静态时(ui1 = ui1 =0)的特点： （1）VC1 =VC2； （2） uo = 0； 1、电路特点： （1） 理想对称电路； （2）共用射极电阻RE ； （3）两输入端、两输出端；
差模输入与共模输入 +U6 CC 差模输入 (1)、差模信号:一对大小相等, 极性相反的信号 (2)、双端输出时的电压放大倍数 2 1 (3)单端输出时的电压放大倍数 E A LR u-u22u12 共模输入 CC (1)、共模信号:一对大小相等, 极性相同的信号; (2)、双端输出时AC=0;(3)、单端输出时Ac=Ac1;
1 2 AD1 uo1 ui1 - ui2 uo1 2ui1 uo1 - uo2 ui1 - ui2 2uo1 2ui1 V1 V2 uo ui1 ui2 RE RC RC C1 C2 E +UCC -UCC ui 二、差模输入与共模输入 、差模输入 、共模输入 (1)、差模信号：一对大小相等， 极性相反的信号。 uo1 uo2 (2)、双端输出时的电压放大倍数 AD = = = AD1 （3）单端输出时的电压放大倍数 AD = = = (1)、共模信号：一对大小相等， 极性相同的信号； (2)、双端输出时AC=0； (3)、单端输出时AC = AC1 ；
差动输入 1、差动输入:任意的两个信号u1、u 分别加在两个输入端; 2、信号分解 ul≡uic UiD uc=(u1+u2)/2 u R C D uD=(un-u12)/2 3、双端输出电压u 共模信号作用时:uoc=0 差模信号作用时: E D olD D Uin+ D iD E 2 Ap ud=Ap(ull -ui2) 4、差动放大器的放大特点: CC 放大差模成分,抑制共模成分 共模抑制比:KCMR=|AD/AC
三、差动输入 V1 V2 uo ui1 ui2 RE RC RC C1 C2 E +UCC -UCC uo1 uo2 1、差动输入：任意的两个信号ui1 、 ui2 分别加在两个输入端； 2、信号分解 uiC = ( ui1 + ui2 ) / 2 uiD = ( ui1 - ui2 ) / 2 ui1 = uiC + uiD ui2 = uiC - uiD 3、双端输出电压uo 共模信号作用时：uoC = 0 差模信号作用时： uoD = uo1D - uo1D = (AD uiD + AD uiD) = 2 AD uiD = AD(ui1 - ui2) 4、差动放大器的放大特点： 放大差模成分，抑制共模成分 共模抑制比：KCMR= | AD / AC |
第三节集成运算放大器 运算放大器的组成 差动输入级 中间级 输出级 偏置电路→为各级提供合适工作点 1、差动输入级 具有共模抑制比很高、输入电阻很大的特点,使零飘在输入级 得到有效地抑制; 2、中间级 完成电压放大,可由多级放大电路组成,决定了运放的 电压放大倍数A很高; 3、输出级 通常由互补射极输出器构成,可以提供足够的输出功率, 具有较强的带负载能力(R很小)
第三节 集成运算放大器 一、运算放大器的组成 差动输入级 中间级 输出级 偏置电路 为各级提供合适工作点 1、差动输入级 具有共模抑制比很高、输入电阻很大的特点，使零飘在输入级 得到有效地抑制； 2、中间级 完成电压放大，可由多级放大电路组成，决定了运放的 电压放大倍数AU很高； 3、输出级 通常由互补射极输出器构成，可以提供足够的输出功率， 具有较强的带负载能力（ Ro很小）
运算放大器的符号、引线及参数 1、符号 反相输入端 信号u由此端输入时,u与u反相; 同相输入端 信号u由此端输入时,ua与u同相; :电压输出端 Au( u+-u.=-Au(u.-u+ 2、外部引线 调零[ Dl U负电源输入端 U+正电源输入端 U__[4 5调零 FO07型集成运放
二、运算放大器的符号、引线及参数 1、符号 AU + - + u- u+ - ：反相输入端 uo 信号u-由此端输入时， uo 与 u- 反相； + ：同相输入端 信号u+由此端输入时， uo与 u+ 同相； uo ：电压输出端 uo = AU( u+ - u- ) = -AU( u - - u + ) 2、外部引线 AU + - + 4 3 2 1 5 6 7 8 F007型集成运放 u- u+ U- 调零 uo U+ 调零 空 U- 负电源输入端 U+ 正电源输入端
3、主要参数 (1)输入失调电压Uo(mV级 对于实际运放,当u;=0时,un≠0 必须在输入端加一个补偿电压才能使u=0; 这个补偿电压称为输入失调电压Uo;(Uo越小越好) (2)输入失调电流Io(μA级) 越小越好 (3)输入偏置电流IB(μA级) (Ia1+Ia2)/2 l越小越好; (4)开环电压放大倍数AU 输出开路且无反馈回路时测得的电压放大倍数。(104~-107) A越高而且越稳定,则运算精度越高: 5)最大输出电压 在输出不失真条件下,运放的最大输出电压。 此外还有共模抑制比(Kc)、电源电压U+、U等
3、主要参数 （1）输入失调电压 UIO (mV级) 对于实际运放，当 ui = 0时， uo ≠0； 必须在输入端加一个补偿电压才能使uo =0； 这个补偿电压称为输入失调电压UIO；（UIO 越小越好） （2）输入失调电流 IIO (μA级) IIO = IB1 - IB2 IIO 越小越好； （3）输入偏置电流 IIB (μA级) IIB = （ IB1 + IB2）/ 2 IIB 越小越好； （4）开环电压放大倍数 AU 输出开路且无反馈回路时测得的电压放大倍数。（104~107） AU越高而且越稳定，则运算精度越高； （5）最大输出电压 UOM 在输出不失真条件下，运放的最大输出电压。 此外还有共模抑制比(KCMR) 、电源电压 U+ 、U-等。 AU + - + u- u+ uo ui
运算放大器的低频等效电路 U u R u u 大小为AU(u+-u.) 四、运算放大器的传输特性 饱和区 线性区: us-u 线性区 饱和区: us-l 输出电压饱和值约等于电源电压;
三、运算放大器的低频等效电路 AU + - + u- u+ Ri R uo o + - 大小为 AU ( u+ - u- ) 四、运算放大器的传输特性 线性区： uo =AU ( u+ - u- ) 饱和区： 输出电压饱和值约等于电源电压； 线性区 饱和区 u+ - uuo
理想运算放大器的传输特性 +UoM bo OM
理想运算放大器的传输特性 u+ - uuo +UOM –UOM