集成电路运算放大电路
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集成运算放大电路精课件(1).ppt
0
iF
uo R
i1
C
dui dt
i1 iF
uo
RC
dui dt
t
t 31
HOME
运算电路要求
1. 熟记各种单运放组成的基本运算电路的电 路图及放大倍数公式。
2. 掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。 3. 会用 “虚开路(ii=0)”和“虚短路(u+=u–) ”
分析给定运算电路的 放大倍数。
3. 同相输入的共模电压高，反相输入的共模电 压小。
HOME
26
4.积分运算电路
iF C
i1 ui
R
R2
-
+
+
例一
uo
i1
ui R
iF
C
duo dt
uo
1 RC
uidt
由于是反相积分故为负
HOME
27
如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反向 积分，经过一定的时间后输出饱和。
uo
1 RC
38
电压表扩大量程
100mV
1mV表头
10mV 1mV
R3
分压电阻的计算
_
R2
+ IG
取R1=100k
R1
+
RG F
R1 10mV 1mV
RF
R1 R2
图8.30 多量程直流电压表
R1
100 mV 1mV
R1 R2 R3
R2=900k, R3=1M
HOME
39
（2）. 电流测量 表头的满偏电压
uI 2 )
( 20 5
1
20 10
2)
8V
集成运算放大电路教学课件PPT
Rc
Rb
VO1
VO2T1
Rb
+
+
Vi1
T1
Rw
1/2TR2 w
Vi2
2Re
－
Re
－ Ee
－
－ Ee
IB·Rb + VBE +（1+β）IB（1/2Rw+2·Re）= Ee
IBQ=
Ee－ VBE Rb +（1+β）（1/2Rw+2·Re）
VBQ=－IBQ·Rb
ICQ = β·IBQ
VCQ = EC－ ICQ·RC
读图就是对电路进行分析。读图可培养综合应用的能力；进一步 熟悉已知电路；认识和学习新电路。
1、读图的步骤与方法
① 化整为零
将整个电路分成若干个部分。零 越大越好，最小值为单级电路。
② 各个击破
弄清每部分电路的结构和性能，进一步 化整为零，弄清每个元件和电路的功能。
③ 统观整体
研究各部分之间的相互关系，理 解电路如何实现所具有的功能。
提高共模抑制比的主要 途径是增加Re的值。
三、差分放大电路的四种接法
1 、四种接法
双端输入——双端输出 双端输入——单端输出
单端输入——双端输出 单端输入——单端输出
注意
◆各种接法的实际应用
◆只要输出端形式相同，双端输入的结论全部适用 于单端输入。
◆电路的输入、输出电阻
Rid = 2
·Ri
= 2〔Rb+rbe+（1+β）
AC = －
β· （RC// RL）
Rb+rbe+（1+β）（
1 2
RW
+2 Re）
集成运算放大电路
VCCUBE0 R
(1)
当 1 时，T1管的集电极电流
IC1IE1UBE0ReUBE1
(2)
(2)式中 (UBE0 – UBE1) 大概几十毫伏，因此只要 几千欧的 Re 就可以得到几十微安的IC1，所以称 为微电流源。
由式
IC1
Re0 Re1
IRU ReT1lnIICR1
可得
IC1
UT Re
ln
+VCC
IC0=IC1=IC ，IR为基准电流。
T0
C
T1
A点的电流方程I为E2：IC2IBIC2IC
IC0
2IB
IC
A
1
IC
2
IE2
2
IC2
IB2
IE2
1
B
T2
2
IC2
(1)
IR R
IC2 B点的电流方程为：
IR IB 2 IC IC 2 1 2 IC 22 2 2 2 2 IC 2
பைடு நூலகம்
UBE
UT
ln
IE IS
(2)
B
IC0
T0
A T1
IB0
IB1
Re0 IE0
IE1 Re1
因 将T(30)与式T代1 特入性 (1)完式全得U相：B同E0，U 故B：E1UTlnIIE E10 IE1Re1IE0Re0UTlnIIE E1 0
(3) (4)
当 2时，IC0IE0IR，IC1 IE1，所以
IC2(122 22)IRIR
(2)
2.4 多路电流源电路
基于比例电流源的多路电流源：
+VCC
IR R
C B
IC0
集成运算放大电路
iL
uI R1
(2) 悬浮负载电压—电流变换器 悬浮负载电压—电流变换器电路如图27所示。
（a）反相电压—电流变换器
（b）同相电压—电流变换器
图27 悬浮负载的电压—电流变换器
图27（a）是一个反相电压—电流变换器，它是一个电流并联负反馈电 路，它的组成与反相放大器很相似，所不同的是现在的反馈元件（负载） 可能是一个继电器线圈或内阻为RL的电流计。流过悬浮负载的电流为
（a）基本电路
图28 电流—电压变换器
（b）典型电路
图28(a)是一个基本的电流—电压变换器，根据集成运放的“虚断”和 “虚地”概念，有 和 ，故
u 0
，从而有
i 0
i F 是一个经常用在光电转换电路中的典型电路。图中 iI 图28(b) V是光电二 极管，工作于反向偏置状态。
O F F I F 根据集成运放的“虚断”和“虚地”概念可得
u u 0 i i 0 iI iF
uO uI R1 RF RF uO uI R1
2. 同相比例运算电路 同相比例运算电路如图21所示。
图21同相运算电路 由虚短、虚断可得：
u u uI i i 0 i1 i F
RF u O (1 )u I R1
RF RX
4. 测量放大器 测量放大器电路如图33所示
图33 测量放大电路
由图33可知： (1) 热敏电阻 和R组成测量电桥。当电桥平衡时 信号，故输出 ，相当于共模
Rt ，若测量桥臂感受温度变化后，产生与 相应的微小
u S1 u S，这相当于差模信号，能进行有效地放大。 信号变化 uO 0 2
③ 不接基准电压，即 称为过零比较器。
集成运算放大电路PPT培训课件
低功耗技术
随着便携式电子设备的普及，低功耗技术成为集成运算放大电路的 重要发展方向，有助于延长设备使用时间。
应用领域拓展
01
02
03
物联网应用
随着物联网技术的发展， 集成运算放大电路在传感 器信号处理、无线通信等 领域的应用越来越广泛。
医疗电子
集成运算放大电路在医疗 电子领域的应用逐渐增多， 如生理信号监测、医学影 像设备等。
详细描述
在高精度测量系统中，集成运算放大电路主要用于信号 调理和信号转换，如电压跟随、跨阻放大等。为了获得 更高的测量精度和更低的误差，需要选用具有低噪声、 低失真、低漂移等性能指标的高品质集成运算放大器， 并通过合理的电路设计和参数调整，实现高精度的测量 结果。同时，还需要注意集成运算放大器的供电电源和 接地方式，以减小电源噪声和接地干扰对测量精度的影 响。
详细描述
音频信号处理应用中，集成运算放大电路常被用于前置放大、功率放大等环节， 实现对声音信号的采集、传输、处理和播放。通过合理选用集成运算放大器，可 以有效地提高音频信号的质量，增强声音的清晰度和动态范围。
案例二：传感器信号放大电路设计
总结词
传感器信号放大电路是集成运算放大电 路的又一典型应用，通过对传感器输出 信号的放大，实现信号的远距离传输和 精确测量。
解决方案
为提高集成运算放大电路的稳定性，可以采取一系列措施，如加入负 反馈、调整元件参数、改善电源供电等。
线性范围问题
总结词
集成运算放大电路的线性范围是 指输入信号在一定范围内时，输 出信号与输入信号呈线性关系。
详细描述
集成运算放大电路的线性范围受 到电子元件性能的限制，当输入 信号过大或过小，超过一定范围 时，输出信号与输入信号不再呈
随着便携式电子设备的普及，低功耗技术成为集成运算放大电路的 重要发展方向，有助于延长设备使用时间。
应用领域拓展
01
02
03
物联网应用
随着物联网技术的发展， 集成运算放大电路在传感 器信号处理、无线通信等 领域的应用越来越广泛。
医疗电子
集成运算放大电路在医疗 电子领域的应用逐渐增多， 如生理信号监测、医学影 像设备等。
详细描述
在高精度测量系统中，集成运算放大电路主要用于信号 调理和信号转换，如电压跟随、跨阻放大等。为了获得 更高的测量精度和更低的误差，需要选用具有低噪声、 低失真、低漂移等性能指标的高品质集成运算放大器， 并通过合理的电路设计和参数调整，实现高精度的测量 结果。同时，还需要注意集成运算放大器的供电电源和 接地方式，以减小电源噪声和接地干扰对测量精度的影 响。
详细描述
音频信号处理应用中，集成运算放大电路常被用于前置放大、功率放大等环节， 实现对声音信号的采集、传输、处理和播放。通过合理选用集成运算放大器，可 以有效地提高音频信号的质量，增强声音的清晰度和动态范围。
案例二：传感器信号放大电路设计
总结词
传感器信号放大电路是集成运算放大电 路的又一典型应用，通过对传感器输出 信号的放大，实现信号的远距离传输和 精确测量。
解决方案
为提高集成运算放大电路的稳定性，可以采取一系列措施，如加入负 反馈、调整元件参数、改善电源供电等。
线性范围问题
总结词
集成运算放大电路的线性范围是 指输入信号在一定范围内时，输 出信号与输入信号呈线性关系。
详细描述
集成运算放大电路的线性范围受 到电子元件性能的限制，当输入 信号过大或过小，超过一定范围 时，输出信号与输入信号不再呈
集成运算放大电路
电极经ＲC接VCC，发射极经电阻ＲE接VEE。电路中两管集电极负载电
阻的阻值相等，两基极电阻阻值相等，输入信号ui1和ui2分别加在两
管的基极上，输出电压u0从两管的集电极输出。这种连接方式称为
双端输入、双端输出方式。
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4.2 差分放大电路
2. 抑制零点漂移的原理
（1）依靠电路的对称性
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第一节 心脏除颤仪
2. 病人准备 ①卧硬板床，解开衣领、裤带，去除身上
的金属物品。 ②择期电复律者术晨禁食，术前排空大小
便。 ③给予吸氧，建立静脉通路。 3. 护士准备 衣帽整洁，仪表端庄，熟练
操作除颤仪。 4. 物品准备 除颤仪、导电糊（或浸湿生
理盐水的纱布）、治疗碗（清洁上一纱页布下1一页 返回
1
u i1 u i2 2 u id
或
uid 2ui1
图4-4电路中，在输入差模信号uid时，由于电路的对称性，使
得V1和V2两管的集电极电流为一增一减的状态，而且增减的幅度相
同。如果V1的集电极电流增大，则V2的集电极电流减小，即iC1＝-iC2。
显然，此时RE上的电流没有变化，说明RE对差模信号没有作用，在RE
4.1.1 前级、后级静态工作点相互影响
前级的集电极电位恒等于后级的基极电位，前级的集电极电阻
RC1同时又是后级的偏流电阻，前、后级的静态工作点就互相影响，
互相牵制。
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4.1 直接耦合放大电路及问题
因此，在直接耦合放大电路中必须采取一定的措施，必须全面 考虑各级的静态工作点的合理配置，当放大电路的级数增多时，这 个问题显得更加复杂。常用的办法之一是提高后级的发射极电位。 在图4-1中是利用V2的发射极电阻RE2上的压降来提高发射极的电位。 这一方面能提高V1的集电极电位，增大其输出电压的幅度，另一方 面又能使V2获得合适的工作点。在工程中还有其他方法可以实现前、 后级静态工作点的配合。
集成运算放大电路
功耗
描述放大电路在工作过程 中消耗的能量，包括静态
电流、动态功耗等。
参数与性能指标的测试方法
01
02
03
输入阻抗测试
通过测量输入电压和电流 的比值来计算输入阻抗。
输出阻抗测试
通过测量输出电压和电流 的比值来计算输出阻抗。
开环增益测试
通过测量放大电路在不同 频率下的电压增益来计算 开环增益。
参数与性能指标的测试方法
描述放大电路对电源的需求和 功耗特性，包括电源电压、静 态电流等。
主要性能指标
线性度
描述放大电路输出信号与输 入信号之间的线性关系，包 括失真度、线性范围等。
精度
描述放大电路输出信号的 精度和稳定性，包括失调
电压、失调电流等。
带宽
描述放大电路在不同频率下 的响应速度和带宽范围，包 括通频带、增益带宽积等。
集成运算放大电路
目录
• 集成运算放大电路概述 • 集成运算放大电路的应用 • 集成运算放大电路的参数与性能指标 • 集成运算放大电路的设计与实现 • 集成运算放大电路的发展趋势与展望
集成运算放大电路概
01
述
定义与特点
定义
集成运算放大电路是一种将差分 输入的电压信号转换成单端输出 的电压信号，并实现电压放大的 集成电路。
特点
具有高放大倍数、高输入电阻、 低输出电阻、低失真度、低噪声 等优点，广泛应用于信号放大、 运算、滤波等领域。
工作原理
差分输入
集成运算放大器采用差分输入方式， 将两个输入端之间的电压差作为输入 信号。
放大与输出
反馈机制
集成运算放大器采用负反馈机制，通 过反馈网络将输出信号的一部分反馈 到输入端，以改善电路的性能。
集成电路运算放大器36页
01
02
03
04
信号放大
将传感器输出的微弱信号进行 放大，提高信号的幅度。
信号滤波
对传感器输出的信号进行滤波 处理，消除噪声和干扰。
信号线性化
将传感器输出的非线性信号通 过集成电路运算放大器进行线 性化处理，提高测量精度。
信号比较
将传感器输出的模拟信号与预 设阈值进行比较，输出相应的
开关信号。
在音频信号处理中的应用
集成电路运算放大器
02
的工作原理
输入级
01
02
03
差分输入
运算放大器采用差分输入 方式，将两个输入信号进 行减法运算，提高了抗干 扰能力和共模抑制比。
放大器
输入级通常包含一个三极 管或场效应管组成的放大 器，对差分输入信号进行 放大。
射极跟随器
输入级通常采用射极跟随 器作为输出级，以减小信 号的输出阻抗，提高信号 的驱动能力。
时序控制
在数字电路中，集成电路运算放大 器可以用于产生各种时序控制信号， 如时钟信号、复位信号等。
电压偏置
为数字电路中的逻辑门提供适 当的偏置电压，以调整逻辑门 的阈值电压和性能参数。
电流源和电压源
利用集成电路运算放大器可以 构成各种电流源和电压源，为
数字电路提供稳定的电源。
在传感器信号处理中的应用
THANKS.
确保信号的质量和稳定性。
集成电路运算放大器的历史与发展
历史
集成电路运算放大器的概念最早由美国科学家在20世纪60年 代提出，随着半导体技术和集成电路工艺的发展，集成电路 运算放大器逐渐成为电子工程领域的重要器件。
发展
随着技术的不断进步，集成电路运算放大器的性能不断提高 ，功耗不断降低，集成度不断提高，应用领域不断扩大。目 前，集成电路运算放大器已经广泛应用于信号处理、通信、 音频、医疗、工业控制等领域。
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因此增益为
RL AV = rbe
放大管
比用电阻Rc就作负载时提高了。
end
BJT电流源接法时的工作状态
IC 0 T VBB
iC/A 4 3 2 1 4 3 2 1 iE=0mA 0 2 4 6 8
CB/V
6.2 差分式放大电路
6.2.0 概述
直接耦合放大电路 零点漂移
差分式放大电路中的一般概念
双端输出，理想情况
单端输出
K CMR
K CMR
ro AVD1 rbe AVC1
v ic K CMR v id
+ v + i2 v-id
-
+ vo2 -
vo1
-
差分式放大电路输入输出结构示意图 差模等效输入方式
+ 总输出电压 v = v v A v o o o VD id v AVCv ic ic
差放
根据1、2两式又有
K CMR
AVD = AVC
vid vi1 = vic 2
-
共模抑制比 反映抑制零漂能力的指标
v oc 0 v ic
<B> 单端输出
v oc1 voc2 AVC1 v ic v ic Rc Rc rbe (1 )2ro 2 ro
ro AVC1 抑制零漂能力增强
（3）共模抑制比
K CMR AVD AVC K CMR AVD 20 lg AVC dB
（三极管工作状态）
1. 镜像电流源
交流电阻
V Ro = T IT
由 于 T2 的 集 电 极电 流 基本不变。所以交流量 0 I
T
V Ro = T IT
一般Ro在几百千欧以上
1. 镜像电流源
精度更高的镜像电流源
由于增加了 T3 ，使
IC2更加接近IREF
2. 微电流源
I C2 I E2
VBE1 VBE2 Re2 VBE Re2
由于 VBE 很小，
所以IC2也很小
3. 多路电流源
4. 电流源作有源负载
镜像电流源
共射电路的电压增益为：
( Rc // RL ) V o AV = rbe Vi
对于此电路Rc就是镜 像电流源的交流电阻，
（双入、双出交流通路）
2v o1 Rc 2v i1 rbe
1 接入负载时 以双倍的元器件换 ( Rc // RL ) 2 AVD = 取抑制零漂的能力
<B> 双入、单出 接入负载时
vo1 Rc v o1 1 AVD1 = AVD 2v i1 2rbe v id 2 AVD =
6.2.1 基本差分式放大电路
电路组成及工作原理 主要指标计算 抑制零点漂移原理 几种方式指标比较
6.2.2 FET差分式放大电路 6.2.3 差分式放大电路的传输特性
6.2.0 概述
1. 直接耦合放大电路
可以放大直流信号 # 为什么一般的集成运 算放大器都要采用直接 耦合方式？
2.直接耦合放大电路 电源电压波动 的零点漂移 也是原因之一
+ 差模信号输出 1 vic = (vi1 vi2 ) 共模信号 vi1 共模信号输出 vo 差模电压增益 AVD = v id vo 共模电压增益 AVC = v ic
vid = vi1 vi2 差模信号
+ vid -
+ vid -
差放 差放 (a) 差放
(b)
+ vo -
+
2
-
零漂： 输 入 短 路 时 ， 输 出仍有缓慢变化 的电压产生。
主要原因： 温度变化引起，也称温漂。 温漂指标： 温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益 折算到输入端的等效输入漂移电压值。
例如 假设
漂移
10 mV+100 uV
漂移 1 V+ 10 mV
AV1 = 100, AV2 = 100, AV3 = 1 。
rbe
( Rc // RL )
2rbe
3. 主要指标计算 （1）差模电压增益
<C> 单端输入
ro re
等效于双端输入
指标计算 与双端输入相 同
（2）共模电压增益
<A> 双端输出 共模信号的输入使两管 集电极电压有相同的变化。 所以 voc voc1
若第一级漂了100 uV，
则输出漂移 1 V。
若第二级也漂 了100 uV，
则输出漂移 10 mV。
漂了 100 uV 漂移 1 V+ 10 mV
第一级是关键
3. 减小零漂的措施
用非线性元件进行温度补偿
（思考题）
调制解调方式。如“斩波稳零放大器”
采用差分式放大电路
4. 差分式放大电路中的一般概念
6.1 集成电路运算放大 器中的恒流源
镜像电流源
微电流源
多路电流源 电流源作有源负载
1. 镜像电流源
恒流特性
VBE2 = VBE1 I C2 = I C1 I REF I E2 = I E1
VCC VBE VCC = R R
无论 Rc 的值如何， IC2 的电流值将保持不 变。
1. 电路组成及工作原理 动态 仅输入差模信号， v i1 和 v i2 大小相等，相位相反。 vc1 和 vc2 大小相等， 相位相反。 vo vc1 vc2 0 ，
信号被放大。
2. 抑制零点漂移 温度变 化和电源电 压波动，都 将使集电极
电流产生变
化。且变化 趋势是相同 的，其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。 差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用。
vid vi2 = vic 2 共模等效输入方式
6.2.1 基本差分式放大电路
1. 电路组成及工作原理 静态
I C1 = I C2
1 IC I0 2
VCE1 = VCE2
VCC I C RC VE VCC I C RC ( 0.7) IC I B1 I B1
2. 抑制零点漂移 另一方面
由此看出，温度升高时，引起两集电极电流增加，使得 流过Re上的电流增加，发射极电位上升，从而限制了集电极电 流的增加。这一过程类似于分压式射极偏置电路的温度稳定过 程。所以，即使电路处于单端输出方式时，仍有较强的抑制零 漂能力。
3. 主要指标计算 （1）差模电压增益
<A> 双入、双出 v o1 v o2 vo AVD = v i1 v i2 v id