集成运算放大器的单元电路
电子线路基础(梁明理)第3章

第3章 集成运算放大电路
3.4 基本运算电路 3. 积分电路
v1 i1 = = iC R1
iC = −C
dvo dt
1 1 vo =- ∫ iC dt = ∫ vi dt C R1C
第3章 集成运算放大电路
3.4 基本运算电路 4. 微分电路
vo =-iR = − RC dvi dt
第3章 集成运算放大电路
第3章 集成运算放大电路
3.1 集成运放的基本单元电路
集成运放是一个高放大倍数的多级直接耦合放大电路。 集成运放是一个高放大倍数的多级直接耦合放大电路。
vo = Avo (vP − vN )
第3章 集成运算放大电路
输入级
3.1 集成运放的基本单元电路
第3章 集成运算放大电路
中间级
3.1 集成运放的基本单元电路
第3章 集成运算放大电路
3.3 集成运放的基本电路 2. 同相放大电路
vP = vi
vn = R2 R1
R1 vo R1 + R2
Av = 1 +
第3章 集成运算放大电路
3.3 集成运放的基本电路 3. 差分输入放大电路
vi1 − vn vi1 − vo = R1 R2 R2 vp = vi2 R1 + R2
R p =R1 // R2 // R3 // R4 ≈ 1.3kΩ
R4 R4 =5 R1 = = 20kΩ R1 5 R4 R4 =0.2 R3 = = 500kΩ R3 0.2
第3章 集成运算放大电路
习题课
vI1 − vp R1 vI2 − vp R2 vI3 − vp R3
vI2 vI3 vp + + = + + R1 R2 R3 R1 R2 R3 令Rp = R1 // R2 // R3
第九章运算放大电路

类型:同相求和和反相求和。
方法:引入深度电压并联负反馈或电压串联 负反馈。这样输出电压与运放的开环 放大倍数无关,与输入电压和反馈系 数有关。
27
加法运算电路
1. 反相加法运算电路 ui2 ii2 R12 if RF
因虚断,i– = 0 所以 ii1+ ii2 = if
ro
+
Avo(vp-vN)
-
vo
开环电压放大倍数高(104-107); 输入电阻高(约几百KΩ); 输出电阻低(约几百Ω); 漂移小、可靠性高、体积小、重量轻、价格低 。
8
四 电压传输特性 uo= f (ui)
uo 近似特性 U+
-Uds
实际特性
O Uds up-un
-U-
分三个区域: ①线性工作区:
)u
ui1 u R21
ui2 u R22
i
0
ui1 ui2
u
R22 R21 R22
ui1
R21 R21 R22
ui 2
RF
R1
–
u+ + +
R21
+ uo –
R22 平衡电阻:
R21 // R22 = R1 // RF
uo
(1
RF R1
)( R22 R21 R22
ui1 ii1 R11
– +
+
+ R2
R2= R11 // R12 // RF
uo –
若 R11 = R12 = R1
则:uo
若 R1 =
LM324集成芯片内部电路分析

LM324集成芯片内部电路分析与典型应用计科1207班 12281161 安容巧 12281164 陈福棉摘要:LM324集成芯片内部构造由四运放构成,其优点相较于标准运算放大器而言,电源电压工作范围更宽,静态功耗更小,因此在生活中有着极为广泛的应用。
LM324的四组运算放大器完全相同,除了共用工作电源外,四组器件完全独立。
以其中一组运算放大器为例分析,其内部电路共由两级电路构成,其耦合方式为电容耦合,这使得两级电路的直流工作状态相互独立,互不影响。
LM324的典型应用有信号发生器,所以采用带有差动输入的四运算放大器LM324为核心器件,通过RC桥式振荡电路产生正弦波,然后用过零比较器产生方波,再经过积分电路产生三角波就可以设计出信号发生器电路关键词:LM324集成芯片,单元电路,工作原理,应用,信号发生器1、外部结构与内部电路结构LM324系列集成芯片(如下图)为四个完全相同的运算放大器封装在一起的集成电路,该集成电路外部具有十四个管脚,分别包含八个输入端口、四个输出端口以及两个电压端口。
图2为LM324的管脚连接图。
除电源共用外,四组运放相互独立。
由图可知:第1、7、8、14号管脚为输出管脚,分别对应四个运算放大器的输出端。
第2、6、9、13号管脚为负输入端。
第4、11两管脚连接工作电压。
使用时,在4、11号管脚处分别接入正负工作电源(一般为12V或15V)将输入端高点平输入至正输入端,低电平输入至负输入端,此时在输出端便可得到经过同相放大的电压。
若将正负端反接,则可在输出端得到经过反响放大的电压。
与标准运算放大器相比,LM324这种差动输入方式的器件具有显著的优点。
它的优点在于电源电压范围宽、静态功耗小、可采用单(双)电源方式使用,价格低廉。
因此,LM324的应用在各种电路中。
2、单元电路分析LM324的1、2、3;5、6、7;8、9、10;12、13、14管脚分别组成四个运算放大器单元。
集成电路

1.2 集成运放的基本构成和表示符号1.2.1集成运放的基本构成集成运放是以双端为输入,单端对地为输出的直接耦合型高增益放大器,是一种模拟集成电子器件。
集成运放内部电路包括四个基本组成环节,分别是:输入级、中间级、输出级和各级的偏置电路。
对于高性能、高精度等特殊集成运放,还要增加有关部分的单元电路。
例如:温度控制电路、温度补偿电路、内部补偿电路、过流或过热保护电路、限流电路、稳压电路等。
图1—2—l所示为集成运放内部电路方框图。
由于三极管容易制造,且它在硅片上占的面积小,所以集成运放内部电路大量采用三极管代替其他元件,如用三极管代替二极管,用有源负载代替电阻负载等。
由于三极管是在相同的工艺条件下同时制造的,同一硅片上的对管特性比较相近,易获得良好的对称特性,且在同一温度场,易获得良好的温度补偿,具有很好的温度稳定性。
在集成电路中,各元件易于集成的顺序是:三极管、二极管、小的电阻、小的电容等,对于大的电阻或大的电容、电感等难以集成,可采用外接的方法。
在集成电路中,不能直接集成电感元件,如在集成电路内部需要电感时,可用其他元件(如:三极管、电阻、电容等)模拟出电感元件1,输入级为了提高集成运放的输入电阻、减小失调电压和偏置电流、提高差模和共模输入电压范围等性能,集成运放的输入级的差动输入放大电路,常采用超揖管、达林顿复合管、串联互补复合管、场效应管等。
为了获得较高的增益,减少内部电路的补偿要求,在差动输入放大级中,还采用有源负载或恒流源负载。
输入级的保护电路也是不可缺少的。
2,中间级集成运放的中间级常采用电平位移电路,将电平移动到地电平,其电路多采用恒流源、横向PNP管、稳压管、正向二极管链、电阻降压电路等。
从双端变单端的变换,常采用并联电压负反馈、有源负载、电流负反馈、PNP管等方法。
为了提高共模抑制能力、提高差模增益和提供稳定的内部工作电流,实际电路中广泛采用各种恒流源电路,如稳压管恒流源、镜像恒流源、多集电极恒流源、场效应管恒流源等。
运算放大器的常见电路

vi1 - vn vi2 - vn vn - vo
R1
R2
R3
- vo
R3 R1
vi1
R3 R2
vi2
若 R1 R2 R3 则有 - vo vi1 vi2
(该电路也称为加法电路)
2.4.4 积分电路和微分电路
1. 积分电路
根据“虚短”,得 vP vP 0
根据“虚断”,得
ii 0
因此
当Avo(vP-vN) V-时 vO= V-
电压传输特性 vO= f (vP-vN)
线性范围内 vO=Avo(vP-vN)
Avo——斜率
end
2.2 理想运算放大器
1. vo的饱和极限值等于运放的电源电压 V+和V-
2. 运放的开环电压增益很高 若(vP-vN)>0 则 vO= +Vom=V+ 若(vP-vN)<0 则 vO= –Vom=V-
2. 运算放大器的电路模型
通常: ▪ 开环电压增益
Avo的105 (很高)
▪ 输入电阻 ri 106Ω (很大)
▪ 输出电阻 ro 100Ω (很小)
图2.1.3 运算放大器的电路模型
vO=Avo(vP-vN)
( V-< vO <V+ )
注意输入输出的相位关系
2. 运算放大器的电路模型
当Avo(vP-vN) V+ 时 vO= V+
引入反馈后
vn 0,vp(vi)不变
→ (vp-vn)↓ → vo↓
使输出减小了,增益Av=vo/vi下降了,这时的反馈称为负反馈。
2.3.1 同相放大电路
3. 虚假短路 ▪ 图中输出通过负反馈的作用,使vn自动 地跟踪vp, 即vp≈vn,或vid=vp-vn≈0。这种现象 称为虚假短路,简称虚短
第三章 差动放大电路及集成运算放大器 第一节差动放大电路

差动放大电路及集成运算放大器
3.1.1.1 差动放大电路的基本结构 差动放大电路如图3-1所示。
图3-2中可以算出差模输入电阻为: Rid=2(rbe+Rb) 输出电阻为: Rο=2RC
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.3 共模输入信号与共模抑制比KCMR
在差动放大器两输入端同时输入一对极性相同、幅度相 同的信号称为共模输入方式。定义共模信号uic为两个输入信 号的算术平均值,即:
uic
ui1
差动放大电路及集成运算放大器
因此,其差模电压放大倍数为:
Aud
uo uid
Rc
Rb rbe
上式说明,该电压放大倍数与单管共射放大电路的电压
放大倍数相等。
这里我们用两套电路的元件实现的电压放大倍数和一套 电路相同。但该电路具有很好的超低频性能和很强的抑制零 点漂移的能力,这个问题下面还要详细讨论。
uo uo1 uo2 2uo1
差动放大电路及集成运算放大器
由图3-2可以计算出VT1、VT2的输出电压分别为:
VT1的输出电压:
uo1
Rcuid
2(Rb rbe )
VT2的输出电压:
uo 2
Rcuid
2(Rb rbe )
则差动放大电路的双端输出电压为:
uo
uo1
uo2
RCuid
Rb rbe
在一些超低频及直流放大电路中,级间耦合必须采用直 接耦合方式。直接耦合电路既能放大交流信号又能放大直流 信号,具有相当好的低频特性,所以又常称为直流放大器。 但由于其内部各级电路的静态工作点相互影响,给电路设计 和调整带来诸多不便。
电工 单元九 集成运放

实际特性
饱和区
(l)开环电压放大倍数为无穷大,A0→∞ (2)运算放大器差模输入电阻,rid→∞ (3)输出电阻为零,r0几乎为零
(1) 线性区的特点
理想运放工作在线性区时有两个重要的特点:“虚短”
和“虚断”。即 u+≈u- i+= i-≈0 “虚短”表示集成运放的同相输入端与反相输入端的电 压近似相等,如同将该两点虚假短路一样。若运放其中一个 输入端接“地”,则有u+≈u-=0,这时称“虚地”。 “虚断”表示没有电流流入运放(因为理想运放的差模
集成运放开环时输出级的输出电阻,称为开环输出电阻。r0愈小, 集成运放带负载的能力就愈强。由于集成运放采用互补对称式 射极输出电路,其r0较低,一般为几十到几百欧。
(4)最大输出电压UOM
在标称电源电压和额定负载电阻的情况下,能使集成运放 输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输出电压,称 为集成运放的最大输出电压。一般为电源电压的70%左右
对于单级运放电路,反馈元件(例如Rf)接到同相输入端是正反馈,接到 反相输入端是负反馈。
反馈的其他分类
1.直流反馈和交流反馈——反馈的信号 直流反馈:反馈信号是直流分量的称为直流反馈,直流反馈 用于稳定静态工作点。 交流反馈:反馈信号是交流分量的称为交流反馈。 有时反馈信号中既含有直流分量又含有交流分量。
一、开环、闭环、反馈ห้องสมุดไป่ตู้概念
1、定义
集成运放有两个输入端,一个输出端。当输出端和输入端之间 不外接电路,即两者之间在外部是断开的,这称为开环状态 当用一定形式的网络(如R、C等)在外部将它们连接起来,这称 为闭环状态,又称为反馈状态。
反馈在电和非电领域都得到了广泛的应用。通常自动控制和自动调节 系统都是基于反馈原理构成的;在放大电路中适当引入反馈、可以改善放 大电路的性能
集成运算放大器全篇

习题判16
七、 微分器
iF R
i1 C ui
R2
– +
+
u–= u+= 0
uo
若输入: ui sin t
ui
则:uo RC cost RC sin(t 90 ) 0 uo
0
iF
uo R
i1
C
dui dt
i1 iF
uo
RC
dui dt
t t 习题判19
微分是积分的逆运算。因此,只要将积分运算电路 中R和C的位置互换,就能形成微分器基本电路。如果 说,积分电路能够延缓信号的传输,那么微分电路则能 加快信号的传输过程,微分器又称D调节器。
(2)无调零引出端的运放调零。有些运放是不设调零引出端 的,特别是四运放或双运放等因引脚有限,一般都省掉调零端。 用作电压比较器的运放,无需调零;用作弱信号处理的线性电 路,需要通过一个附加电路,引入一个补偿电压,抵消失调参 数的影响,几种附加的调零电路如图1-14所示。 调零电路的接人对信号的传输关系应无影响,故图l-14a和图l14b加入了限流电阻R3,R3的阻值要求比R1大数十倍,若R1 =10 kΩ, R3可取200 kΩ。图l-14c和图l-14d为不用调零电源 (+U和-U)的调零电路,通过调节电位器RP,可以改变输入偏置 电流的大小,以调整电消振措施 1)区分内外补偿。从产品手册或产品说明书上可查到补偿方法, 如F007型运放往往把消振用的RC元件制作在运放内部。大部分 没有外接相位补偿(校正)端子的运放,均列出补偿用RC元件 的参考数值,按厂家提供的参数,一般均能消除自激。 2)补偿电容与带宽的关系。有时按厂家提供的RC参数不能完全 消除自激。此时若加大补偿电容的容量,可以消除自激。对于 交流放大器,则必须注意补偿元件对频带的影响,不应取过大 的电容值,要选取适当的电容值,使之既能消除振荡,又能保 持一定的频带宽度。此外,对应不同的闭环增益,所需的补偿 电容和补偿电阻也不同。在选取补偿元件时,可以按以下原则 掌握:在消除自激的前提下,尽可能使用容量小的补偿电容和 阻值大的补偿电阻。
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uo ui T Au T
3 直接耦合放大电路的电位移动
+VCC Rb Rs Rc1 VT1 Re R c2 VT 2 RL
+VCC
us
uo
ui
IO
R1 u o
直接耦合放大电路
R b1 Rs
R c1
R e2
+VCC
电流源电位移动电路
us
R b2
R e1
R c2
双端输出时共模放大倍数 单端输出时共模放大倍数
uOc Auc = 0 uIc
Auc1 =Auc2 uOc1 R L =- uIc Rs rbe (1 )2Re
Rc // RL RL
( Rs rbe ) 2(1 ) Re
Auc1
RL 2 Re
双端输出的共模电压放大倍数 单端输出时共模抑制比的表达式
。
K CMR
Aud 2( Rs rbe ) R e RL Auc Rs rbe 2 Re
' RL
恒流源差分放大电路
VCC + R Rc
Rc uO
VT1 Rs
uO1
uO2
VT2 Rs
uI1
i e2
uo
4 复合管
VT 1
VT 2
VT 1
VT 2
(a)
(b)
VT 2 VT 1 VT 1
VT 2
(c)
(d)
图 四种类型的复合管
5.7 集成运算放大器的参数和种类
集成运算放大器的参数
静态参数 动态参数
集成运算放大器的种类及选择
通用型 专用型
5.8 运算放大器的使用注意事项
VCC
uI
+VCC R VD 1 ui VD 2 VT2 R -VCC VT1 R1 VT4 RL uo ui R2 VT3 VT1 RC1 VT2
+VCC
RL
uo
-VCC
(a) 用二极管提供偏置 (b)UBE倍增电路 甲乙类互补功率放大电路
参数计算 输出功率计算 功率管的功率损耗
Pomax
2 U om max
uo 0
U CQ1 C1
u i1
uo
U CQ2 C2
u i2
差分放大电路的输入和输出方式
VCC
VCC
Rc1 Rs1 uI1
uO
Rc2 Rs2
VT2
RC1
RS1
uI2
RC2
uO
VT2
R
RS2
RS1
uI2 uI1
VT1
uI1
VT1
VT
Re
VEE
Ri Ro
Rc
+
uO RL
Rc Rs VT 2
Rs
+
uI
-
uI1 uI2
+
+
VT 1 Re -V EE
uId
uId 2
Rs
iB
rb e
rbe Rs
iB
Rc Rc
uId 2
iB
uOd 2 R L uOd 2 2
RL 2
u Od
iB
双端输入双端输出差分放大电路
Rc
uOd1
RL VT2 Re V E E Rs
+
u Od2
uI1 uI2
-
+
uId
-
uI1 uI2
+
+
Rs
+
+
Rs
RL
VT1
uId
VT1 Re V EE
VT2
Rs
(a) 从C1输出
(b) 从C2输出
双端输入单端输出差分放大电路
(c)单端输入双端输出差模电压放大倍数
VCC
+VCC
Rc
t
uI 2
u +U I2om
O
t
差模信号
uI 1
交直流信号
+U uI1om
O
直流信号
t
uI 2
O
t
-U om u I2
差模和共模信号混合
uI 1
uI1 uIc
O
t
uI 2
uIc uI2
O
t
差模输入时集电极的输出
交流0
U CQ1 C1
U CQ2 C2
u i1
uo
u i2
共模输入时集电极的输出
(2)共模抑制比
为了衡量差放抑制共模信号的能力(抑制零漂的能力),制定了一项技术指标,
称为共模抑制比KCMR。共模抑制比定义为差模电压放大倍数Aud与共模电压放大倍数
Auc之比的绝对值,即
K CMR
Aud Auc
或用分贝数表示
K CMR 20 lg
Auc=0, KCMR=
Aud dB Auc
uP uN
输入级
中间级
输出级
uo
偏置电流源
集成运算放大器结构图
2 集成运放的符号和电压传输特性
uP uN
uO
UoM
A
常用符号
uO
uP uN
A
国标符号
uO
uO
UoM
O
ui
UoM
非线性区
O
ui
UoM
非线性区
线性区
理想电压传输特性
实际电压传输特性
5.3 多级放大电路
1 多级放大电路的耦合方式
多级放大电路的级与级之间、信号源与放大电路之间、放大电 阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。
双入双出差分放大电路的 差模微变等效电路
(b)双端输入单端输出差模电压放大倍数
' uOd1 RL Aud1 uId 2( Rs rbe )
Aud2
' uOd2 RL uId 2( Rs rbe )
' RL RC // RL
+VCC Rc
+VCC
Rc
Rc
路与负载之间的连接均称为耦合。常见的耦合方式有:直接耦合、
直接耦合
VCC
Rb RS ui
阻容耦合
VCC
Rb1 RC1
VT1 VT2 VT1
RC1
RC2
Rb2 RC2
C3 VT 2
C2 Re
Re
RL uO
ui
C1
RL uO
变压器耦合
VCC
RL
RL
I 1 U 1
2 模拟集成电路的特点
易于制造相对精度高的器件,容易保证电路中元件的对称性; 电路中的电阻元件由半导体的体电阻构成; 在一些场合用有源器件代替无源器件; 级间采用直接耦合方式。
5.2 集成运算放大器概述
1 集成运放的组成
集成运算放大器(简称运放)是一个直接耦合高增益的多级放大电 路。它是模拟集成电路中最重要的品种,广泛应用于各种电子电路中。
uO
RL
Rc Rs
Rc Rs
Rs
uO
Rc
uI
VT 1 Re VEE
VT 2
uI
2
RL
VT1 VT 2
Rs
uI
2
uI
2
Re
V EE
(a) 单端输入双端输出差分电路
(b) 对输入信号进行等效变换
单端输入双端输出差分放大电路
uIc
uI1 uI2 uI 2 2
(c)单端输入单端输出 单端输入单端输出
差分放大电路的静态分析
VCC
I CQ I BQ
RS 1
VT1
RC1 RC2
I CQ I BQ
VT2
I BQ1 I BQ2 =
VEE U BEQ Rs 2(1 ) Re
I CQ1 = I CQ2 = I BQ1
RS2
U CQ1 = U CQ2 = VCC I CQ1 Rc
第5章 集成运算放大器的单元电路
5.1 引言 5.2 集成运算放大器概述
5.3 多级放大电路
5.4 集成运算放大器中的电流源
5.5 差分放大电路
5.6 互补功率放大电路
5.7 集成运算放大器的参数和种类
5.1 引言
1 什么是集成电路?
利用集成电路的制造工艺,将电子元器件(双极型晶体管、场效应 管、二极管和电阻等)和连线制作在同一片半导体芯片上,构成具有
UZ
VDz
u I2
Re VEE
5.6 互补功率放大电路
1 晶体管的工作状态
iC iC I B5 Q (a)
O
I B4 I B3 I B2 I B1 uCE
I CQ
t
O
iC
iC I B5 I B4 Q I B3 I B2 I B1 uCE
(b)
O
I CQ
t
O
iC
iC I B5 I B4 I B3 I B2
R VD1 VD2
uO
uI