电子技术第三章集成电路课件.ppt

1、第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.13.1 集成运放的简介集成运放的简介*集成电路集成电路:是把整个电路的各个元件以及相互之间的联接是把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上同时制造在一块半导体芯片上,组成一个不可分的整体。组成一个不可分的整体。*集成运算放大器集成运算放大器:是一种具有很高放大倍数的多级直接耦是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。路。*集成电路优点集成电路优点: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

2、耗小,可靠性高、价格低。可靠性高、价格低。*集成电路分类：模拟集成电路、数字集成电路；小、中、集成电路分类：模拟集成电路、数字集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；大、超大规模集成电路；集成电路简介集成电路简介第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.13.1 集成运放的简介集成运放的简介*集成电路结构特点集成电路结构特点:(1)(1)电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。元器件参数的一致性和对称性好温度均一性好。元器件参数的一致性和对称性好.(2)(2)电阻的阻值受到限制电阻的阻值受到限制,由硅半导体构成由硅半导

3、体构成,范围在几十到范围在几十到2020千欧。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。千欧。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。(3)(3)电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感和变压器均需外接；和变压器均需外接；电容值在电容值在几十几十 pFpF 以下的小电容用以下的小电容用PNPN结的结电容构成、大电容通常外接。结的结电容构成、大电容通常外接。(4)(4)二极管一般用三极管的发射结构成。二极管一般用三极管的发射结构成。(5)(5)电路结构是直接耦合方式电路结构是直接耦合方式.集成电路特点集成电路特点第三章第三章 集成运算放大器集成运

4、算放大器 3.13.1 集成运放的简介集成运放的简介*集成电路内部结构集成电路内部结构:(1)(1)输入级：输入电阻高输入级：输入电阻高,能减小零点漂移和抑制干扰信号能减小零点漂移和抑制干扰信号,都采用带恒都采用带恒流源的差分放大器。流源的差分放大器。(2)(2)中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。路构成。(3)(3)输出级：与负载相接输出级：与负载相接,要求输出电阻低要求输出电阻低,带负载能力强，一般由互补带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。对称电路或射极输出器构成。(4)(4)偏置电路偏置

5、电路:多由镜像恒流源等电路组成多由镜像恒流源等电路组成,提供合适工作电流提供合适工作电流.输入级输入级 中间级中间级 输出级输出级偏置偏置电路电路集成电路结构集成电路结构第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.23.2 直耦放大电路问题直耦放大电路问题*零漂现象：零漂现象：输入输入u ui i=0=0时，输出有缓慢变化的电压产生。时，输出有缓慢变化的电压产生。*产生零漂的原因产生零漂的原因:由温度变化引起的。当温度变化使第一由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时级放大器的静态工作点发生微小变化时,这种变化量会被后这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出

6、端产生较大的电压漂移。面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。因而零点漂移也叫温漂。*零漂的衡量方法：将输零漂的衡量方法：将输出漂移电压按电压增益出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。折算到输入端计算。uo0t零点漂移问题零点漂移问题第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.23.2 直耦放大电路问题直耦放大电路问题*零漂现象示例零漂现象示例:假设一个假设一个2 2级放大器级放大器,A,Au1u1=100,A=100,Au2u2=100.=100.则总则总A Au u=10000.=10000.若输出有若输出有1V1V的漂移电压的漂移电压,那么那么,等效输

7、入端有等效输入端有100100v v的输入的输入.*减小零漂的措施减小零漂的措施:(1)(1)用用热敏元件热敏元件进行温度补偿进行温度补偿;(2)(2)引入直流负反馈以稳定引入直流负反馈以稳定 Q Q 点；点；(2)(2)采用差动放大电路采用差动放大电路(常用且有效的方法常用且有效的方法).零点漂移问题零点漂移问题等效等效 100V漂移漂移 1 V+-Re1b1Rc1RT1ouuiTV2C CRe2VEE第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*差分放大电路的组成差分放大电路的组成:差分放大电路是由对称的两个基本差分放大电路是由对称的两个基本放大电路，

8、通过射极公共电阻耦合构成的。放大电路，通过射极公共电阻耦合构成的。*对称的含义对称的含义:是两个三极管的特性一致，如放大倍数是两个三极管的特性一致，如放大倍数,动态动态输入电阻输入电阻,反向饱和电流等电路参数对应相等反向饱和电流等电路参数对应相等.即：即：1=2=VBE1=VBE2=VBE rbe1=rbe2=rbe ICBO1=ICBO2=ICBO RC1=RC2=RC Rb1=Rb2=Rb典型结构与原理典型结构与原理+_+_+VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeV第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*几个基本概念几个基本概念:

9、1.1.差动放大电路一般有两个输入端：差动放大电路一般有两个输入端：双端输入双端输入从两输入端同时加信号。从两输入端同时加信号。单端输入单端输入仅从一个输入端对地加信号。仅从一个输入端对地加信号。2.2.差动放大电路可以有两个输出端。差动放大电路可以有两个输出端。双端输出双端输出从从C1和和C2输出。输出。单端输出单端输出从从C1或或C2 对地输出对地输出。-+-_-o2Ru+RT+RbTCC1R+EEueb2oVRccV+i2uui1uo1典型结构与原理典型结构与原理第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*几个基本概念几个基本概念:3.3.差模信号

10、与共模信号差模信号与共模信号差模信号差模信号2个输入信号相减，个输入信号相减，uid=ui1-ui2。共模信号共模信号2个输入信号相加，个输入信号相加，uic=(ui1+ui2)/2。差模电压增益差模电压增益差模信号输入时差模信号输入时,电压放大倍数，电压放大倍数，共模电压增益共模电压增益共模信号输入时共模信号输入时,电压放大倍数，电压放大倍数，总输出电压总输出电压差模和共模输出之和：差模和共模输出之和：4.共模抑制比共模抑制比差模电压增益差模电压增益/共模电压增益的绝对值。共模电压增益的绝对值。可以用来反映电路抑制共模信号的能力。可以用来反映电路抑制共模信号的能力。idodud=uuAico

11、cuc=uuAicucidudocodo=uAuAuuu 或 =ucudCMRRAAKdB20lg=ucudCMRRAAK典型结构与原理典型结构与原理第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*原理分析要点原理分析要点:(1):(1)差分放大电路的静态和动态计算方法与差分放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电路基本相同。为了使差分放大电路在静态时基本放大电路基本相同。为了使差分放大电路在静态时,其其输入端基本上是零电位，将输入端基本上是零电位，将R Re e从接地改为接负电源从接地改为接负电源V VEEEE。(2)(2)分析方法要注意分析方法要注意2

12、2个等效关系个等效关系:对每个三极管对每个三极管ReRe等效等效2 2倍倍Re,Re,差差模模输入的虚地问题输入的虚地问题.+_+_+VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeVIE1IE2典型结构与原理典型结构与原理第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*静态分析静态分析:由于对称性由于对称性,两个管子的参数相同两个管子的参数相同,所以所以,只需用只需用分析一个管子的电压电流就可以了分析一个管子的电压电流就可以了.因为因为Rb较小，其上的电较小，其上的电压降可忽略不计。根据直流通路知，输入为零时压降可忽略不计。根据直流通路知，输入为零时

13、,可忽略可忽略Ib，有：有：Ub1=Ub2=0V.Re上的电流为上的电流为2管子的电流和管子的电流和.即即I IE E=(UEEUBE)Re=2IE1=2IE2I IE1=I IE2=IE22=(UEEUBE)22ReUEE22Re;所以所以,对每个三极管来说对每个三极管来说,此处的此处的Re等效等效2个个Re.典型结构与原理典型结构与原理+_+_+VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeVIE1IE2UBE第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*静态分析静态分析:基极电流基极电流,UCE和输出电压分别为和输出电压分别为I IB1=I

14、IB2=I IE1/(1+););UCE1=UCE2UCC+UEE-(R-(RC CI IE1+R+ReI IE)=UCC+UEE(R(RC C+2R+2Re)I)IE1Uo=UC1-UC2=0；典型结构与原理典型结构与原理+_+_+VCCuuci1i2TT12RcRbRbRouREEeV第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*动态分析动态分析:(1)对共模信号的抑制作用对共模信号的抑制作用:由于对称由于对称,射极电阻射极电阻Re对共模信号的负反馈作用，抑制了每对共模信号的负反馈作用，抑制了每只晶体管集电极电流的变化，从而抑制集电极的电位的变只晶体管

15、集电极电流的变化，从而抑制集电极的电位的变化。化。共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化共模信号的输入使两管集电极电压有相同的变化.所以所以,uoc=uoc1-uoc20.*对温度抑制作用对温度抑制作用:电路参数的理想对称性，温度变化时管子电路参数的理想对称性，温度变化时管子的电流变化完全相同，使差分放大电路对共模信号有很强的电流变化完全相同，使差分放大电路对共模信号有很强的抑制作用。由于温度对电路的影响是同步的的抑制作用。由于温度对电路的影响是同步的,故可以将温故可以将温度漂移等效成共模信号，所以度漂移等效成共模信号，所以,差分放大电路能很好地抑制差分放大电路能很好地抑制零漂零漂(温漂温

16、漂).典型结构与原理典型结构与原理第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*动态分析动态分析:(2)对差模信号的放大作用对差模信号的放大作用:(下面的特点对共模信号不成立下面的特点对共模信号不成立)对差模信号对差模信号有有二个二个“虚地虚地”:E点电位在差模信号作用下点电位在差模信号作用下不变，相当于接不变，相当于接“地地”。因为。因为若若ui1 ,ui2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 IRe不变不变 UE不变不变负载电阻的中点电位在负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变，差模信号作用下不变，相当于接相当于接“地地”。因为。因为,若设若设u01

17、,u02 ,又有又有u01=u02,相当于相当于RL的中点电位为的中点电位为0,等于每个负载只有等于每个负载只有RL/2.典型结构与原理典型结构与原理uI1uI2+uId-2Idu2Idu+-+uod-E第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*动态分析动态分析:(2)对差模信号的放大作用对差模信号的放大作用:因为因为ui1=-ui2,设设ui1 ,ui2 uo1 ,uo2 。电路对称电路对称uo1=uo2 uod=uo1 uo2=2 uo1 差模差模uid=ui1 ui2=ui1 (-ui1)=2 ui1 差模电压放大倍数差模电压放大倍数:典型结构与

18、原理典型结构与原理1 io11 io12i1 io2o1ioddu22uuuuuuuuuuAdbeLcbeLcd)2/()()2/(rRRRrRiRRiAbbbbu+ibberR-+Co1uRL-+ui1icib2bR差模信号虚地差模信号虚地第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*动态分析动态分析:(3)差模输入电阻差模输入电阻:典型结构与原理典型结构与原理be121id22rRiuiuuiuRbbibiibid+ibberR-+Co1uRL-+ui1icib2bR-+-2+REidb2TuTi1idb1RRucc+i22uRu-uEu+o1ouo2

19、第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*动态分析动态分析:(4)输出电阻输出电阻(输入信号源短接输入信号源短接,负载电阻开路负载电阻开路,三极管好像开三极管好像开路路,在输出回路中在输出回路中,就只有就只有2个个RC并联并联)典型结构与原理典型结构与原理c00o2RiuR-+-2+REidb2TuTi1idb1RRucc+i22uRu-uEu+o1ouo2+ibberR-+Co1uRL-+ui1icib2bRRCio第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*差动放大器有差动放大器有4 4种输入输出的形式种输入

20、输出的形式 1.双端输入、双端输出（双双端输入、双端输出（双-双）双）:输入输出端没有接地输入输出端没有接地.2.双端输入、单端输出（双双端输入、单端输出（双-单）单）:输入端没有接地输入端没有接地,输输出端有一个端口接地输出出端有一个端口接地输出.3.单端输入、双端输出（单单端输入、双端输出（单-双）双）:输入端口有一个接地输入端口有一个接地输入输入,输出端口没有接地输出端口没有接地.4.单端输入、单端输出（单单端输入、单端输出（单-单）单）:输入和输出端口都是输入和输出端口都是用一个端口接地输入和输出用一个端口接地输入和输出.输入和输出方式输入和输出方式第三章第三章 集成运算放大器集成运算

21、放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路1.双端输入、双端输出双端输入、双端输出:输入输出端没有接地输入输出端没有接地.(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数:(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数 (3)差模输入电阻差模输入电阻(4)输出电阻输出电阻-+-_-+oo2cu+bV2uuRLRi2+o1TeRRui1cVbCCuEE+R1TRbeLc1du)2/(rRRRAb0uc A beid2rRRb co2 RR 输入和输出方式输入和输出方式第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路2.双端输入、单端输出双端输入、单端输出:输入端没有接地输入端

22、没有接地,输出端有一个端口输出端有一个端口接地输出接地输出.这种方式适用于将差分信号转换为单端输出的信这种方式适用于将差分信号转换为单端输出的信号。号。(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数:bebLcbebLc1121ud12/2/2rRRRrRiRRiuuuuuAbbioiiod+ibberR-+Co1uRL-+ui1icib2bRRL输入和输出方式输入和输出方式+_cu+bV2uRLRi2o1TeRRi1cVbCCuEE+R1TR+负载接地负载接地第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路2.双端输入、单端输出双端输入、单端输出(2)差模输入电阻差

23、模输入电阻(同第一种情况同第一种情况)(3)输出电阻输出电阻(同普通情况同普通情况,负载开负载开路路,信号源短接信号源短接)(4)输出电压输出电压因为共模输出不能抵消因为共模输出不能抵消,所以输所以输出包含有共模信号出包含有共模信号(虽然共模信号很小虽然共模信号很小).beid2rRRbcoRRicuc1idud1ocodo1uAuAuuu输入和输出方式输入和输出方式+ibberR-+Co1uRL-+ui1icib2bRRL第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路(5)共模电压放大倍数共模电压放大倍数先画出画出共模等效电路先画出画出共模等效电路,即交流

24、通路即交流通路.+i-RbeuLuRR+r-bo1CbbiicciRe2ebbbebbCLbRiirRiRRiuuuuuuuA)(2)()(2/)(=i2i1o1ico1icocucebebL2)1()/(=RrRRRc)(if 0)1(2LeLRRRRe输入和输出方式输入和输出方式uucic+b1uRicci1T2RRo1RuuT+i2bR+LieRe1Re22ie2等效2Re第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路(6)共模抑制比共模抑制比根据定义得根据定义得bebebebebebebebebebLbebL11CMRR)1(21)(2)1(2)1(

25、2/()(2/rRRrRRrRRrRRrRRrRRAAKucud输入和输出方式输入和输出方式第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路3.单端输入、双端输出单端输入、双端输出:因为因为,差模信号差模信号uid=ui1-0=ui1,相当于相当于T1和和T2都只得到一半的都只得到一半的输入信号输入信号.即即ui1=ui2 =ui/2.可以把它们当成双端输入来处可以把它们当成双端输入来处理理.结论也一致结论也一致.这种情况下这种情况下,输出也减少输出也减少1半半.(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数:(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数 (3)差模输入电阻

26、差模输入电阻(4)输出电阻输出电阻_RRT+RbT1EEeb2ViuiRei1u+-i2u+-beLcd)2/(rRRRAbu 0uc A beid2rRRb co2 RR 输入和输出方式输入和输出方式第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路4.单端输入、单端输出单端输入、单端输出:同双入单出分析相同同双入单出分析相同.结论也一样结论也一样.(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数:(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数 (3)差模输入电阻差模输入电阻(4)输出电阻输出电阻_+VRi1RbecV2TRR+LbcuEEo1uRRReTCC1i+bebLcu

27、d12/rRRRAbeid2rRRbcoRR 2eLRRAuc输入和输出方式输入和输出方式第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.33.3 差动放大电路差动放大电路*差动放大器动态参数计算总结差动放大器动态参数计算总结(P130.表表)(1)差模电压放大倍数差模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关。只与输出方式有关。(2)共模电压放大倍数共模电压放大倍数与单端输入还是双端输入无关，与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关。只与输出方式有关。(3)差模输入电阻差模输入电阻与输入输出的形式无关，差模输入电与输入输出的形式无关，差模输入电阻

28、阻Rid是基本放大电路的两倍。由于共模信号通常是要减少是基本放大电路的两倍。由于共模信号通常是要减少的量的量,如温度等如温度等,所以所以,不讨论共模输入电阻问题不讨论共模输入电阻问题.(4)输出电阻输出电阻由输出决定，单端输出为由输出决定，单端输出为Rc，双端输出为，双端输出为2Rc。输入和输出方式输入和输出方式第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*在电子设备中经常采用反馈的方法来改善电路的性能在电子设备中经常采用反馈的方法来改善电路的性能,欲欲稳定某个电量，将该电量反馈回输入回路。稳定某个电量，将该电量反馈回输入回路。就可以达到预就可以达到预

29、定的指标。定的指标。例如，采用直流负反馈稳定静态工作点的方法例如，采用直流负反馈稳定静态工作点的方法.*放大电路中的反馈，是指将放大电路中的反馈，是指将放大电路输出电量放大电路输出电量(输出电压输出电压或输出电流或输出电流)的一部分或全部，的一部分或全部，通过一定的方式，反送回输入通过一定的方式，反送回输入回路中。回路中。稳定静态工作点的稳定静态工作点的电路，电路，UBEQ UBQ ICQRE，ICQ(IEQ)反馈回输入回路反馈回输入回路.反馈的基本概念反馈的基本概念+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReCeICUB一定一定TUBEICICUEIB第三章第三章 集成运算

30、放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*正向传输正向传输信号从输入端向输出端的传输。信号从输入端向输出端的传输。*反向传输反向传输信号从输出端向输入端的传输信号从输出端向输入端的传输.*开环与闭环系统开环与闭环系统:(1):(1)开环开环:电路中只有正向传输，没有反电路中只有正向传输，没有反向传输，称为开环系统。向传输，称为开环系统。(2)(2)闭环闭环:既有正向传输，又有既有正向传输，又有反向反向传输的系统传输的系统,称为闭环系统。称为闭环系统。uuo+i信号的正向传输信号的正向传输uu+f1oi+RR信号的正向传输信号的正向传输反馈传输反馈传输(通路通路)（反馈网

31、络）（反馈网络）反馈的基本概念反馈的基本概念第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*直流反馈与交流反馈直流反馈与交流反馈:根据反馈信号的性质根据反馈信号的性质,可以分为直流可以分为直流反馈和交流反馈反馈和交流反馈.(1)直流反馈直流反馈:只在直流通路中存在的反馈只在直流通路中存在的反馈,而在交流通路中没有反馈的反馈而在交流通路中没有反馈的反馈.(2)交流反馈交流反馈:只在交流通路只在交流通路中存在的反馈中存在的反馈,而在直流通路中没有反馈的反馈而在直流通路中没有反馈的反馈.(3)交直流反交直流反馈馈:反馈量中既有直流分量也有交流分量的反馈反馈量中

32、既有直流分量也有交流分量的反馈.反馈的类型反馈的类型直流反馈直流反馈交流反馈交流反馈第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*正反馈与负反馈正反馈与负反馈:根据反馈效果根据反馈效果,可分为正反馈和负反馈可分为正反馈和负反馈.(1)正反馈正反馈:输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，放输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，放大倍数增加。大倍数增加。即即Xd Xi (Xd=Xi-Xf).(2)负反馈负反馈:输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，放输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，放大倍数减小。大倍数减小。即即Xd 1,有有f A/AF=1/

33、F;负反馈条件负反馈条件:|1+AF|1,|f|；正反馈条件正反馈条件:|1+AF|；自激振荡条件自激振荡条件:|1+AF|=0,|f|.+AFxixidxoxf.负反馈放大器的组态负反馈放大器的组态.第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*负反馈放大器负反馈放大器对对稳定性的影响稳定性的影响提高稳定性提高稳定性稳定性的定义稳定性的定义增益的相对变化率，增益的相对变化率，dA/A越小，稳定性越小，稳定性就越好。根据关系就越好。根据关系Af=A/（1+AF），对），对A求导，得求导，得dAf/A=1/(1+AF)2;可以得到可以得到dAf/Af=(

34、dA/A)(1/(1+AF).式中式中dA/A为无反馈的相对变化率为无反馈的相对变化率,式子式子表明，有反馈的稳定表明，有反馈的稳定性是无反馈的稳定性的性是无反馈的稳定性的1/(1+AF)倍。倍。因为，因为，1+AF1,所以，所以，dAf/Af ube，所以所以 rif 提高了提高了(|1+F|倍倍)。uiubeib+bbiiiiuiuiurbeibbebfbebiiiifiuiuuiuiuri0if)1(rFAiuFAuiuFuiuurbbebebbebfbe.负反馈对电路性能影响负反馈对电路性能影响+Ro+oLiuiA+ouRu-dRiu+-RRfu-f+R1ifiuiubeib+uf+第

35、三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*负反馈放大器负反馈放大器对对输入电阻和输出电阻的影响输入电阻和输出电阻的影响:2.并联负反馈能使电路的输入电阻减小并联负反馈能使电路的输入电阻减小无负反馈时：无负反馈时：有负反馈时：有负反馈时：在同样的在同样的ube下，下，ii=ib+if ib，所以所以 rif 降低了降低了(1/|1+F|倍倍)。bbeddiiuiuiuriibbefbbeibeifiuiiuiuriif)1(1rFAiFAiuiiurbbbefbbe.ifiiibube+负反馈对电路性能影响负反馈对电路性能影响+ARu-Li+uoRiR

36、-Rd+-+diuoifouiRffii+uoLiRu-uiuAo+Rid-R+-oi+Rdii第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*负反馈放大器负反馈放大器对对输入电阻和输出电阻的影响输入电阻和输出电阻的影响:3.电压负反馈使电路的输出电阻减小电压负反馈使电路的输出电阻减小设输入信号为零设输入信号为零,放大电路的输出电阻定义为：放大电路的输出电阻定义为：可见可见,引入电压负反馈后引入电压负反馈后,放大电路的输放大电路的输出电阻减小到无反馈时的出电阻减小到无反馈时的 倍。倍。Li,0oooRXIURoffiiidUFXXXXX时时当当0i Xo

37、oooiooooUFARIXARIUFARIURooooof1)1(1FA 负反馈对电路性能影响负反馈对电路性能影响Rof。Xf.Xi.第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*负反馈放大器负反馈放大器对对输入电阻和输出电阻的影响输入电阻和输出电阻的影响:4.电流负反馈使电路的输出电阻增大电流负反馈使电路的输出电阻增大按前面相同的方法按前面相同的方法,得到得到可见可见,引入电压负反馈后引入电压负反馈后,放大电路的输出电阻增大到无反馈放大电路的输出电阻增大到无反馈时的时的 倍倍 。offiiIFXXXXooooiooooIFARUXARUI ooof

38、)1(RFAIURoo)1(FA负反馈对电路性能影响负反馈对电路性能影响+CTRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReic+u-fbeu+-。RofXf.Xi.第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*四种负反馈对四种负反馈对 ri 和和 ro 的影响总结的影响总结:负反馈对电路性能影响负反馈对电路性能影响串联电压串联电压 串联电流串联电流并联电压并联电压并联电流并联电流riro减低减低增高增高增高增高增高增高增高增高减低减低减低减低减低减低电压电压电流电流并联并联串联串联riro减小减小增大增大增大增大减小减小第三章第三章 集成运

39、算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*扩展放大器的通频带扩展放大器的通频带:放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。可以证明：可以证明：fbwf=(1+AF)fbw.即即,扩展了扩展了(1+AF)倍倍.放大器的放大器的一个重要特性：增益与通频带之积为常数。一个重要特性：增益与通频带之积为常数。即：即：Amf fbwf=Am fbw 无反馈时放大器的通频带：无反馈时放大器的通频带：fbw=f HfL f H 有反馈时放大器的通频带：有反馈时放大器的通频带：fbwf=f HffLf f Hf020lg|A|（

40、dB）F（Hz）Am fL fH fLf fHf Amf.负反馈对电路性能影响负反馈对电路性能影响第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.43.4 放大器中的反馈放大器中的反馈*改善放大器的非线性失真改善放大器的非线性失真:放大电路加入负反馈后，能减少环内放大电路产生的失真放大电路加入负反馈后，能减少环内放大电路产生的失真,比如无负反馈时产生正半周大负半周小的失真。加入反馈比如无负反馈时产生正半周大负半周小的失真。加入反馈后后,这种失真反馈到输入端这种失真反馈到输入端,与输入信号反相叠加，得到的净与输入信号反相叠加，得到的净输入信号为正半周小而负半周大。输入信号为正半周小而负半周大。刚

41、好弥补这种失真刚好弥补这种失真.但是但是,如果输入波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也如果输入波形本身就是失真的，即使引入负反馈，也无济于事。无济于事。AFxixoxdxf+Axixo负反馈对电路性能影响负反馈对电路性能影响第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.53.5 集成运算放大器集成运算放大器*集成运放集成运放一种高放大倍数一种高放大倍数,高输入阻抗高输入阻抗,低输出阻抗的多级直接耦合低输出阻抗的多级直接耦合放大器放大器.是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。集成运放基本概念集成运放基本概念集成运放集成运放 741的的电路原理图电

42、路原理图同相输入同相输入输入级输入级偏置电路偏置电路中间级中间级输出级输出级+UCCuo+-UEET12T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T13T14T16T18T17T20T15T19R1R2R3R4R5R7R8R9R10R11R12C反相输入反相输入输出输出第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.53.5 集成运算放大器集成运算放大器*集成运算放大器符号集成运算放大器符号:国内标准符号：国内标准符号：国内外常用符号国内外常用符号:u-u+uoNP反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端输出端输出端NP实际运放开环实际运放开环电压放大倍数电压放大倍数集成运放基本概念集成

43、运放基本概念实际实际电路电路符号符号管脚管脚87 6 5 F0071 2 3 4 U-U+-UCC+UCC输出输出21 8 76345第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.53.5 集成运算放大器集成运算放大器*集成运算放大器主要集成运算放大器主要参数参数(1)开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数 Aod:无反馈时的差模电压增益。无反馈时的差模电压增益。一般一般Aod在在100120dB左右左右(105倍倍)，高增益运放可达，高增益运放可达140dB以上以上.Aod愈高愈高,所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。(2)最大输出电压最大输出电

44、压 UOPP:能使输出和输入保持不失真关系的最能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压的峰大输出电压的峰-峰值。一般其幅值比电源电压小峰值。一般其幅值比电源电压小12v.(3)差模输入电阻差模输入电阻rid:是反向输入端与同向输入端对差模信号是反向输入端与同向输入端对差模信号源表现出的等效电阻源表现出的等效电阻.双极型管输入级约为双极型管输入级约为105106欧姆欧姆,场场效应管输入级可达效应管输入级可达109欧姆以上欧姆以上.理想运放可以当成无穷大理想运放可以当成无穷大.UUUAood集成运放基本概念集成运放基本概念第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.53.5 集成运算放大器集

45、成运算放大器*集成运算放大器主要集成运算放大器主要参数参数(4)共模抑制比共模抑制比 KCMRR：与差动放大器的定义相同：与差动放大器的定义相同,差模电压差模电压增益增益/共模电压增益的绝对值。共模电压增益的绝对值。KCMRR=20lg(Avd/Avc)(dB)反映出运放对共模信号的抑制能力反映出运放对共模信号的抑制能力.其典型值在其典型值在80dB以上，以上，性能好的高达性能好的高达180dB。理想的可以看作无穷大。理想的可以看作无穷大.(5)输入失调电压输入失调电压UIO:输入电压为零时，将输出电压除以电输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部压增

46、益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。因为电路对称性的指标。因为,实际的运放不可能真正做到完全实际的运放不可能真正做到完全对称对称,所以所以,在输入为零时在输入为零时,输出不可能也为零输出不可能也为零.为了使其为零为了使其为零,在输入端加一个补偿电压在输入端加一个补偿电压,使输出为零使输出为零.这个补偿电压这个补偿电压,就叫做就叫做输入输入失调电压失调电压.即即UIO=-(UO|U=0)/Aod.一般为一般为110mv.I集成运放基本概念集成运放基本概念第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.53.5 集成运算放大器集成运算放大器*集成运算放大器主要集成运算放

47、大器主要参数参数(6)输入偏置电流输入偏置电流IIB：输入电压为零时，运放两个输入端偏：输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，置电流的平均值，IIB=(IB-+IB+)/2.用于衡量差分放大对管输用于衡量差分放大对管输入电流的大小。该值越小越好入电流的大小。该值越小越好.(7)输入失调电流输入失调电流 IIO：在零输入时，差分输入级的差分对管：在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，基极电流之差，IIO=|IB+-IB-|U=0.用于表征差分级输入电流不用于表征差分级输入电流不对称的程度。要求是越小越好对称的程度。要求是越小越好,一般为一般为1nA100nA.(8)输入失调电压

48、温漂输入失调电压温漂 dUIO/dT:在规定工作温度范围内，输在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。(9)输入失调电流温漂输入失调电流温漂dIIO/DT:在规定工作温度范围内，输在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。与入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。与(8)一一起反映运放的温度漂移特性起反映运放的温度漂移特性.i集成运放基本概念集成运放基本概念第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.53.5 集成运算放大器集成运算放大器*集成运算放大器的模型和电压传输特性集成运算放大器的

49、模型和电压传输特性(1)理想模型理想模型:在低频情况下，忽略失调电压电流及温漂等因在低频情况下，忽略失调电压电流及温漂等因素的影响，运放可以看成一个高开环放大倍数素的影响，运放可以看成一个高开环放大倍数(Aod106)，高，高输入电阻输入电阻(106),低输出电阻低输出电阻(100)的电压放大器的电压放大器.Aoduidroriuouid集成运放基本概念集成运放基本概念第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.53.5 集成运算放大器集成运算放大器*集成运算放大器的模型和电压传输特性集成运算放大器的模型和电压传输特性(2)电压传输特性电压传输特性是输出电压与差模输入电压之间的关是输出电压

50、与差模输入电压之间的关系：系：uo=f(uid).*线性区：当线性区：当-usatuid+usat 时，时，uo=+Uom Uid u 时，时，uo=+Uom u+0 ui=Ui u 时，时，uo=+Uom u+u 时，即时，即uiUR 时，时，uo=+Uom;u+UR 时，时，uo=Uom.URuouiR2+R1+参考电压参考电压电压传输特性电压传输特性uiuoOUR第三章第三章 集成运算放大器集成运算放大器 3.83.8 电压比较器电压比较器同相电压比较器同相电压比较器*同相电压比较器同相电压比较器与基本比较器一样与基本比较器一样,不同的是不同的是,反相端反相端接参考电位接参考电位UR,同