第5章 集成运算放大器n
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1、 课程的基本描述课程的基本描述课程名称：课程名称：数字电路综合设计数字电路综合设计Comprehensive design of digital circuit课程编号：课程编号：040115HI06课程性质：课程性质：学科、专业基础学科、专业基础适用专业：适用专业：计算机科学与技术计算机科学与技术参考教材：参考教材：理论理论叶挺秀叶挺秀. 电工电子学电工电子学. 第四版第四版. 北京：高等教育出版社，北京：高等教育出版社，2014年年毛法尧毛法尧. 数字逻辑（第二版）北京：高等教育出版社，数字逻辑（第二版）北京：高等教育出版社，2008年年实验实验总总 学学 时：时：32学时学时理论学时：理
2、论学时：12学时学时实验学时：实验学时：无无上机学时：上机学时：无无翻转、案例翻转、案例实践、创新实践、创新实践：实践：20学时学时学学 分：分：2学分学分开课学期：开课学期：第三学期第三学期前导课程：前导课程：数字电路及逻辑数字电路及逻辑后续课程：后续课程：计算机组成原理、数据结构、微机接口技术、数字系统设计计算机组成原理、数据结构、微机接口技术、数字系统设计常见集成运放芯片简介常见集成运放芯片简介5.1 5.1 集成运放的基本组成集成运放的基本组成 5.1.1 概述概述 运算放大器实际上就是一个高增益的多级直接耦合运算放大器实际上就是一个高增益的多级直接耦合放大器，广泛应用于模拟信号的放大
3、器，广泛应用于模拟信号的运算、放大、滤波运算、放大、滤波等功能。等功能。 集成运算放大器则是利用集成工艺，将运算放大器集成运算放大器则是利用集成工艺，将运算放大器的所有元件集成制作在同一块硅片上，然后再封装的所有元件集成制作在同一块硅片上，然后再封装在管壳内。在管壳内。 集成运算放大器简称为集成运放，习称运放。使用集成运算放大器简称为集成运放，习称运放。使用集成运放，只需另加少数几个外部元件，集成运放，只需另加少数几个外部元件， 就可以就可以方便地实现很多电路功能。可以说，集成运放已经方便地实现很多电路功能。可以说，集成运放已经成为模拟电子技术领域中的成为模拟电子技术领域中的核心通用器件核心通
4、用器件之一。之一。集成运放基本组成框图集成运放基本组成框图 5.1.2集成运放的输入级电路集成运放的输入级电路- -基本差动放大电路基本差动放大电路 1 1 由两个由两个对称对称的单管共射放大电路组成的的单管共射放大电路组成的 Vl和和V2是两只特性是两只特性相同的三极管、相同的三极管、 RB1= RB2，RCl=RC2 2 2 对零点漂移的抑制作用对零点漂移的抑制作用电路完全对称，由此，当电路完全对称，由此，当u uI I=0=0时，时，u uOl=Ol=u uO2O2，u uO O= =u uOlOl- -u uO2O2=0=0。如果由于某种原因，使两管集电极。如果由于某种原因，使两管集电
5、极电流发生变化，那么，它们各自的变化量大小相等，电流发生变化，那么，它们各自的变化量大小相等，方向相同。即方向相同。即u uOlOl=u uO2O2，则输出变化量，则输出变化量u uO O=u uOlOlu uO2O2=0=0，说明抑制了零点漂移。，说明抑制了零点漂移。3 3 差模放大倍数差模放大倍数 差模信号差模信号：幅度相等极性相反的信号：幅度相等极性相反的信号 差模输入方式：差模输入方式： 若令单管电路的电压放大倍数均为若令单管电路的电压放大倍数均为A1 ，则有：，则有： ）（）（i1o2i1o1U21AUU21AU差动放大电路的输出差动放大电路的输出uO为：为： ioooAUUUU21
6、差模放大倍数（差模放大倍数（Ad）为：）为： Ad =A1 差动放大电路的差模电压放大倍数与构成它的单管电路的差动放大电路的差模电压放大倍数与构成它的单管电路的电压放大倍数相同。可以认为差动式电路的特点之一是多电压放大倍数相同。可以认为差动式电路的特点之一是多用一只放大管来换取对零点漂移的抑制。用一只放大管来换取对零点漂移的抑制。 射极耦合差动放大电路射极耦合差动放大电路4 4电路分析电路分析 （1）静态分析）静态分析假定电路完全对称假定电路完全对称 ，uI=0时，则基极电流时，则基极电流IBl=IB2=IB，集电极，集电极电流电流ICl=IC2=IC。于是在。于是在Vl和和V2的基极回路中有
7、如下关系：的基极回路中有如下关系：IBRB+uBE+IERE=EE。近似条件下：。近似条件下： EEECREII22集电极静态电流集电极静态电流IC为：为： 基极静态电流基极静态电流IB为：为： EECBREII2 每管的每管的集集-射电压射电压为：为： 静态时静态时基极电位基极电位UB为：为： uCEVCCICRCVCC EECRER2BBBRIU（2 2）动态分析）动态分析 按图按图5.3所示计算其交流参数所示计算其交流参数 差模电压放大倍数为：差模电压放大倍数为： bebCdrRRAAA21输入电阻输入电阻ri为：为： ri = 2（Rb+rbe） 差模输出电阻差模输出电阻ro为：为：
8、ro=2RC 4 4 差动放大电路的连接方式差动放大电路的连接方式 可以组合成四种不同的连接方式，即：可以组合成四种不同的连接方式，即：双端输入双端输出、双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出。双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出。 详见表详见表5.1bebCdrRRA）（/2RL)(2bebirRrCoRr2bebCdrRRA）（LR21)(2bebirRrCoRr bebCdrRRA）（/2RL)(2bebirRrCoRr2bebCdrRRA）（LR21)(2bebirRrCoRr 接法电路原理图差分放大倍数输入输出电阻共模抑制比特点双端输入
9、双端输出很高放大倍数与单管相同电路对称时共模抑制比 适用于输入输出对称电路双端输入单端输出较高放大倍数为单管的一半共模抑制比仍然很高 适用于将差动信号转换为单管信号的情况单端输入双端输出很高放大倍数与单管相同电路对称时共模抑制比 适用于将单端输入转为双端输出电路单端输入单端输出较高放大倍数为单管的一半共模抑制比仍然很高 适用于输入输出都要接地的情况。5.1.35.1.3集成运放的输出级电路集成运放的输出级电路- -互补对称电互补对称电路路工作原理：工作原理：ui为正半周时，为正半周时，T1管工作，管工作，T2管截止，输出管截止，输出uo为正；为正；ui为负半周时，为负半周时，T2管工作，管工作
10、，T1管截止；输出管截止；输出uo为负。为负。两管交替工作，在负载电阻两管交替工作，在负载电阻RL上得到完整的正弦波。上得到完整的正弦波。 uuVCCVCCoiLR输入输出波形图输入输出波形图uiuououo 交越失真交越失真死区电压死区电压uuVCCVCCoiLR2. 克服交越失真的互补对电路克服交越失真的互补对电路 静态时，静态时，T1、T2两管发射两管发射结电压分别为二极管结电压分别为二极管D1、 D2的正向导通压降，致的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通使两管均处于微弱导通状态，以消除交越失真。状态，以消除交越失真。 电路中增加电路中增加 D1、D2工作原理工作原理 ： uuRoLi
11、2R1DD2VCC1RVCC5.1.4 5.1.4 集成运放的图形符号集成运放的图形符号集成运放的特点：集成运放的特点：电压增益高电压增益高输入电阻大输入电阻大输出电阻小输出电阻小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国内符号：国内符号：国际符号：国际符号： 1.输入失调电压输入失调电压UIO 输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，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。部电路对称性的指标。5.2.1 集成运放的主要参数5.2 5.2 集成运放的基本特性集成运放的基本特性 2.输
