集成运放电路的分析
合集下载
第八章：集成运放放大电路
u i1 － + +VCC Rc Rb T1 u ic
+
+ uo uo1 IR e
-
Rc
+ RL u -o2 T2 Rb E
u ic
uo= 0 (理想化)。
_V
Re
+ ui2 －
EE
共模电压放大倍数
Auc 0
8.2.3 具有恒流源的差分放大电路
根据共模抑制比公式： Re K CMR Rb rbe 加大Re，可以提高共模抑 制比。为此可用恒流源T3来 + 代替Re 。 u
8.2 差分放大电路
差分放大电路（Differential Amplifier） 又称差动放大电路，简称差放，是构成 多级直接耦合放大电路的基本单元电路。 它具有温漂小、便于集成等特点，常用 作集成运算放大器的输入级。
8.2.1 直接耦合放大电路的零点漂移现象 1. 零点漂移现象及其产生的原因 直接耦合放大电路在输入信号为零时， 会出现输出端的直流电位缓慢变化的现 象，称为零点漂移，简称零漂。
uo2 T2 Rb -
Au d
u i1 RL － ( Rc // )
u id
2
Rb rbe
2
+ ui2 －
+
ib
+
ic rbe β ib RL uo1
2
差模输入电阻:
+
Rid 2Rb rbe
输出电阻:
ui1 +
Rb
+
RC
-+
Ro 2Rc
(2)加入共模信号
ui1=ui2 =uic， uid=0。 设ui1 ，ui2 uo1 ， uo2 。 因ui1 = ui2， uo1 = uo2
+
+ uo uo1 IR e
-
Rc
+ RL u -o2 T2 Rb E
u ic
uo= 0 (理想化)。
_V
Re
+ ui2 －
EE
共模电压放大倍数
Auc 0
8.2.3 具有恒流源的差分放大电路
根据共模抑制比公式： Re K CMR Rb rbe 加大Re，可以提高共模抑 制比。为此可用恒流源T3来 + 代替Re 。 u
8.2 差分放大电路
差分放大电路（Differential Amplifier） 又称差动放大电路，简称差放，是构成 多级直接耦合放大电路的基本单元电路。 它具有温漂小、便于集成等特点，常用 作集成运算放大器的输入级。
8.2.1 直接耦合放大电路的零点漂移现象 1. 零点漂移现象及其产生的原因 直接耦合放大电路在输入信号为零时， 会出现输出端的直流电位缓慢变化的现 象，称为零点漂移，简称零漂。
uo2 T2 Rb -
Au d
u i1 RL － ( Rc // )
u id
2
Rb rbe
2
+ ui2 －
+
ib
+
ic rbe β ib RL uo1
2
差模输入电阻:
+
Rid 2Rb rbe
输出电阻:
ui1 +
Rb
+
RC
-+
Ro 2Rc
(2)加入共模信号
ui1=ui2 =uic， uid=0。 设ui1 ，ui2 uo1 ， uo2 。 因ui1 = ui2， uo1 = uo2
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
实例分析集成运放的线性应用电路
明：
（ １ ） 假 设输入信号的瞬时极性 为正， 用符号 “ ④’ 袭 示； （ ２ ） 由于输入 信号ｕ 加 在了集成运放 的反相输入端 ， 所 以输 出信 号的瞬 时极性为负， 即“ ＠” ； （ ３ ） 反馈 支路 Ｒｒ 将输 出的一部分反馈 回到输入端， 瞬时极性 为“ ｏ” ； （ ４ ） “ ｅ” 与输 入端的“ ①” 叠加 ， 消弱了输入信号的净输入量 ， 所 以此 反 馈属“ 负反馈 ” 。由此得出此集成运放在此电路中为线性应用。 图２ 为同相 比例运算放大电路为例的说明： （ １ ） 假设输入信号的瞬时极性为正， 用符号 “ ④’ ’ 表示： （ ２ ） 由于输入信号ｕ 加 在 了集成运放的 同相输入端， 所以输出信号 的瞬 时极性为正 ， 即 “ ④” ； （ ３ ） 反馈支路Ｒ将 输出的一部分 反馈 回到输入端 ， 瞬时 极 ‘ ④” ； （ ４ ） 净输 入量为ｕ ｉ 减去瞬时极性 为“ ④” 的ｕ ， 比加反馈之前原净输入量
ｕ 。 ≈ 一Ｕ Ｍ；
ｕ 一 ） ＝ Ｏ ， 根据“ 虚短” ， 则ｕ（ 或ｕ ＋ ） ０ ， 但这个输入端又不是直接接地， 这种情 况 下称之 为“ 虚地 ” 。例如图１ 中， 若ｕ ＋ ＝ Ｏ ， 则ｕ—ｕ ＋ ＝ ０ 。 （ ３ ） 虚 断： 集成运放 两输入端 电流近似 为０ ， 即ｉ ＋ ＝ ｉ 一 一ｏ ａ由于真正 的“ 断 路” 是断路的两点直接断开， 而集成运放两输入端显然不能与内部 电路真正 断路， 所以称 为“ 虚断” 。且输入 电阻越大， 两输入端越接近 断路 。 以反相比例运算 电路为例 ， 结合 以上几个概念分析输入、 输 出信号的关
图１ 反相 比例运算 电路 图２ 同相 比例运 算 电路 同理可判断“ 加法运算 电路” 、 “ 减 法运 算 电路 ” 、 “ 积分 电路 ” 和“ 微分电
（ １ ） 假 设输入信号的瞬时极性 为正， 用符号 “ ④’ 袭 示； （ ２ ） 由于输入 信号ｕ 加 在了集成运放 的反相输入端 ， 所 以输 出信 号的瞬 时极性为负， 即“ ＠” ； （ ３ ） 反馈 支路 Ｒｒ 将输 出的一部分反馈 回到输入端， 瞬时极性 为“ ｏ” ； （ ４ ） “ ｅ” 与输 入端的“ ①” 叠加 ， 消弱了输入信号的净输入量 ， 所 以此 反 馈属“ 负反馈 ” 。由此得出此集成运放在此电路中为线性应用。 图２ 为同相 比例运算放大电路为例的说明： （ １ ） 假设输入信号的瞬时极性为正， 用符号 “ ④’ ’ 表示： （ ２ ） 由于输入信号ｕ 加 在 了集成运放的 同相输入端， 所以输出信号 的瞬 时极性为正 ， 即 “ ④” ； （ ３ ） 反馈支路Ｒ将 输出的一部分 反馈 回到输入端 ， 瞬时 极 ‘ ④” ； （ ４ ） 净输 入量为ｕ ｉ 减去瞬时极性 为“ ④” 的ｕ ， 比加反馈之前原净输入量
ｕ 。 ≈ 一Ｕ Ｍ；
ｕ 一 ） ＝ Ｏ ， 根据“ 虚短” ， 则ｕ（ 或ｕ ＋ ） ０ ， 但这个输入端又不是直接接地， 这种情 况 下称之 为“ 虚地 ” 。例如图１ 中， 若ｕ ＋ ＝ Ｏ ， 则ｕ—ｕ ＋ ＝ ０ 。 （ ３ ） 虚 断： 集成运放 两输入端 电流近似 为０ ， 即ｉ ＋ ＝ ｉ 一 一ｏ ａ由于真正 的“ 断 路” 是断路的两点直接断开， 而集成运放两输入端显然不能与内部 电路真正 断路， 所以称 为“ 虚断” 。且输入 电阻越大， 两输入端越接近 断路 。 以反相比例运算 电路为例 ， 结合 以上几个概念分析输入、 输 出信号的关
图１ 反相 比例运算 电路 图２ 同相 比例运 算 电路 同理可判断“ 加法运算 电路” 、 “ 减 法运 算 电路 ” 、 “ 积分 电路 ” 和“ 微分电
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。
运放电路的分析方法
信息加密包括：（１）数据传输加密。目的是对 传输中的数据流加密，常用的方针有线路加密 和端点加密两种。前者是对保密信息通过各线 路采用不同的加密密钥提供安全保护，是保护 网络节点之间的链路信息安全。后者则指信息 在发送者端对信息加密处理，并封装成 Ｔ Ｃ Ｐ ／ ＩＰ 数据包，成为一种不可识别的数据进行传输， 当这些信息到达目的地址后，再按照密钥重组、 解密，成为可读数据。（２）数据存储加密。目是保 护在存储介质上的数据安全，可分为密文存储 和存取控制两种。前者一般是通过加密算法转 换、附加密码、加密模块等方法实现；后者则是 对用户资格、格限加以审查和限制，防止非法用 户存取数据或合法用户越权存取数据。（３）数据完 整性分析。完整性分析主要关注某个文件或对 象是否被更改，这经常包括文件和目录的内容 及属性，它在发现被更改的、被特洛伊化的应用 程序方面特别有效。只要是成功的攻击导致了 文件或其它对象的任何改变，它都能够发现。缺 点是一般以批处理方式实现，不用于实时响应。
Ｕ Ｉ＝ － （Ｒ １／ Ｒ ２ ）Ｕ Ｒ＝ Ｕ Ｔ 显然，当 Ｕ Ｉ＞Ｕ Ｔ 时，Ｕ ｏ′＝ Ｕ ＯＨ，所以 Ｕ ｏ＝ － ＵＺ （Ｕ Ｚ 为稳压管的稳压值）；同理，Ｕ Ｉ ＜ Ｕ Ｔ 时， Ｕ ｏ＝ ＋ Ｕ Ｚ。图 ５ 是 Ｕ Ｒ＞ ０ 时 Ｕ ｏ 与 Ｕ Ｉ 的关系曲线。 综上所述，分析比较器的步骤是：首先求出
一、运放的特点
尽管集成运放的应用是多种多样的，但在 一般分析计算中，都将看成是理想运放。
１、线性区 当运放工作在线性区，其输入
信号与输出信号应满足 Ｕ ｏ ＝ Ａ ｏｄ （Ｕ Ｐ－ Ｕ Ｎ）由于 Ａｏｄ 非常大，为使其工作在线性区，必须引入负 反馈，以减小输入电压（Ｕ Ｐ－Ｕ Ｎ），保证输出电 压不超过线性范围。如运放的输出端与反向输
Ｕ Ｉ＝ － （Ｒ １／ Ｒ ２ ）Ｕ Ｒ＝ Ｕ Ｔ 显然，当 Ｕ Ｉ＞Ｕ Ｔ 时，Ｕ ｏ′＝ Ｕ ＯＨ，所以 Ｕ ｏ＝ － ＵＺ （Ｕ Ｚ 为稳压管的稳压值）；同理，Ｕ Ｉ ＜ Ｕ Ｔ 时， Ｕ ｏ＝ ＋ Ｕ Ｚ。图 ５ 是 Ｕ Ｒ＞ ０ 时 Ｕ ｏ 与 Ｕ Ｉ 的关系曲线。 综上所述，分析比较器的步骤是：首先求出
一、运放的特点
尽管集成运放的应用是多种多样的，但在 一般分析计算中，都将看成是理想运放。
１、线性区 当运放工作在线性区，其输入
信号与输出信号应满足 Ｕ ｏ ＝ Ａ ｏｄ （Ｕ Ｐ－ Ｕ Ｎ）由于 Ａｏｄ 非常大，为使其工作在线性区，必须引入负 反馈，以减小输入电压（Ｕ Ｐ－Ｕ Ｎ），保证输出电 压不超过线性范围。如运放的输出端与反向输
集成运算放大电路全篇
Y0 Y1 Y2 Y3 B
注：式中Aod为差模开环放大倍数。
二、 集成运放中的电流源电 路
4.2.1 基本电流源电路
一、镜像电流源
+VCC
IR
B IC0
T0
R 2IB
A
IB0
IB1
IC1 T1
UBE0= UBE1， β0=β1=β， IC0=IC1=IC= βIB ， IC1为输出电流， IR为基准电流。
基准电流表达式：
IR
用
uP
集成运放组成方框图：
输入级
uN
中间级
输出级 uO
偏置电路
1) 输入级 又称前置级，常为双输入高性能差分放大电路（高Ri 、大Ad、 大KCMR、静态电流小）。输入级的好坏直接影响着集成运放的大多数性能 参数。
2) 中间级 主放大器，使集成运放具有较强的放大能力，多采用共射 （或共源）放大电路。放大管经常采用复合管，以恒流源做集电极负载。
R`3
C`1 R`3
2.1k
2.1k
R`5 240k
C`1
R`4 25k
R`5 240k
－ ＋
R7 100k
－∞ A3
(以下电路同上，仅C1、C2 值不同，电路从略）
图5.6 十五段优质均衡器
(2) 当R4的滑动触头移到最左边时，其电路如图8.7（a）所示。
C1
R3
R3
C2 R5
R4 R5
－∞
R6
B点的电流方程为：
IR
IB2
IC
IC2
1 2
IC2
2
2
2 2
2
I
C
2
IC2
(1
第4章集成运算放大电路
2020年4月8日星期三
Shandong University
第3页
模拟电路
二、集成运放电路的组成
两个 输入端
一个 输出端
若将集成运放看成为一个“黑盒子”，则可等效为一个 双端输入、单端输出的差分放大电路。
2020年4月8日星期三
Shandong University
第4页
模拟电路
集成运放电路四个组成部分的作用
模拟电路
第四章 集成运算放大电路
§4.1 概述 §4.2 集成运放中的电流源 §4.3 电路分析及其性能指标
2020年4月8日星期三
Shandong University
第1页
模拟电路
§4.1 概述
一、集成运放的特点 二、集成运放电路的组成 三、集成运放的电压传输特性
2020年4月8日星期三
Shandong University
2020年4月8日星期三
Shandong University
第5页
模拟电路
三、集成运放的电压传输特性 uO=f(uP-uN)
在线性区：
uO＝Aod(uP－uN) Aod是差模开环放大倍数。
非线 性区
由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的 最大输入电压(uP－uN)的数值仅为几十～一百多微伏。
特点：IC1具有更高的稳定性。
2020年4月8日星期三
Shandong University
第9页
三、微电流源
模拟电路
要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。
IE1 (UBE0 UBE1) Re
U BE
I UT
I I e ， I e E
S
E0 E1
集成运算放大器(压控电流源)运用电路及详细解析
u－＝u＋=0，即反相输入端的电位为地电位，通常称为虚地。
8.2 模拟运算电路
8.2.1 比例运算电路
1、反相输入比例运算电路
根据运放工作在线性区的两条
分析依据可知：i1 if ， u u 0
而
i1
ui u R1
ui R1
if
u uo RF
uo RF
u1 u1 ui1
u2 u2 ui2
u i1
ui2
u1
u2
R1
R1 2R2
(u o1
uo2 )
故：
u o1
u o2
1
2R2 R1
(ui1
ui2 )
第二级是由运放 A3 构成的差动放大电路，其输出电压为：
uo
R4 R3
(uo2
xi
+
xd 基本放大电路A
xo
－ xf
反馈网络F
负反馈放大电路的原理框图
xd xi x f xo Axd x f Fxo
若xi、xf和xd三者同相，则xd> xi ，即反馈信号起了削弱净 输入信号的作用，引入的是负反馈。
反馈放大电路的放大倍数为：
Af
xo xi
xo xd x f
R3
Δ
∞
－ +
+
uo
u o u i2 u i1
由此可见，输出电压与两个输入电压 之 差成正比，实现了减法运算。该电路又称 为 差动输入运算电路或差动放大电路。
例：求图示电路中uo与ui1、ui2的关系。
R
8.2 模拟运算电路
8.2.1 比例运算电路
1、反相输入比例运算电路
根据运放工作在线性区的两条
分析依据可知：i1 if ， u u 0
而
i1
ui u R1
ui R1
if
u uo RF
uo RF
u1 u1 ui1
u2 u2 ui2
u i1
ui2
u1
u2
R1
R1 2R2
(u o1
uo2 )
故：
u o1
u o2
1
2R2 R1
(ui1
ui2 )
第二级是由运放 A3 构成的差动放大电路，其输出电压为：
uo
R4 R3
(uo2
xi
+
xd 基本放大电路A
xo
－ xf
反馈网络F
负反馈放大电路的原理框图
xd xi x f xo Axd x f Fxo
若xi、xf和xd三者同相，则xd> xi ，即反馈信号起了削弱净 输入信号的作用，引入的是负反馈。
反馈放大电路的放大倍数为：
Af
xo xi
xo xd x f
R3
Δ
∞
－ +
+
uo
u o u i2 u i1
由此可见，输出电压与两个输入电压 之 差成正比，实现了减法运算。该电路又称 为 差动输入运算电路或差动放大电路。
例：求图示电路中uo与ui1、ui2的关系。
R
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• (3)运算电路
加法运算电路
输出电压UO=-（ui1+ui2+ui3)
减法运算电路
输出电压UO=RF/R1(UI1-UI2)
四、学生分组讨论、更正，教师点 评、汇报情况完成教学内容。
第一组:王蓉 刘明星 孙富琦 第二组：彭海 李文盛 张磊 第三组：袁振斌 李嵩 曾文祎 第四组：朱宾 钟传寿 肖兴 第五组：张小群 王彭程 吴登宇 第六组：刘骁 周昱宏 刘建灵 王北平
• • • •
(2)集成运放的三种输入方式及各自的特点 1，反相放大器 输入信号UI从运放的反相端输入端输入 电路结构：
• 电路特点：利用R2=R1//RF，使电路对称有利于抑制零漂 • 放大倍数:AVF=UO/UI=-RFIF/R1I1=-RF/R1 • UO=-RF/R1×UI
• 同相放大器 • 输入信号UI从运放的同相端输入端输入 • 电路结构：
集成运放电路 分析
主讲：周克建
一、教学目标
1，能分析集成运放电路 2，能应用运放电路
二、自学任务（预习内容）及方法
• • • • • • • 1、集成运放的符号及引脚功能（P,64） 2 、集成运放的组成结构 3、集成运放的主要参数（P,66) 4、集成运放的应用 (1)集成运放的理想特性(P,67)（理想状态的结论） (2)集成运放的三种输入方式及各自的特点(P,68-6老师提问：自学不 懂的地方？？？？？？？
五、当堂训练
书71页第6.7题
六、抓过关
三、检查学生自学的效果（针对自习任务讲 解）
1、集成运放的符号及引脚功能
2 、集成运放的组成结构
偏置电路：为各级放 大电路设置合适的静 态工作点。采用电流 源电路。
输入级：前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大， Ad大， Ac小，输入端耐压高。中间级：主放大级，多 采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。输出级： 功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最大不失 真输出电压尽可能大。
• 电路特点：利用R2=R1//RF，使电路对称有利于 抑制零漂 • 放大倍数:AVF=UO/UI=1+RF/R1 • UO=（1+RF/R1）×UI
• • •
差分放大器 双端输入 电路结构：
• • •
电路特点：利用R3平衡电阻使电路对称有利于抑制零漂 放大倍数:AVF=RF/R1 UO=RF/R1×UI
2、集成运放的主要参数
（1）,开环电压放大倍数 (AVO) （2）,差模输入电阻RID
（3）,开环输出电阻ROD
（4），共模抑制比KCMR
（5），输入失调电压VIO （6），输出峰值电压VOPP （7），静态功耗PD （8），开环带宽BW
• • • • • • • •
3、集成运放的应用 (1)集成运放的理想特性 开环电压放大倍数(AVO)= ∞ 输入电阻RID=∞ 输出电阻ROD=0 共模抑制比KCMR=∞ 带宽BW= ∞ 结论：（1），同相输入端的电位等于反相输入端 的电位 • （2），输入电流等于零