集成电路分类课件

WXHWXH102 02 八月八月八月八月 2024 20244 4、19741974年，出现了大规模集成电路为第四次。年，出现了大规模集成电路为第四次。1 1、19041904年年,电子三极管（真空三极管）为第一次。电子三极管（真空三极管）为第一次。2 2、19481948年，费来明发明了晶体三极管为第二次。年，费来明发明了晶体三极管为第二次。3 3、19581958年，集成电路年，集成电路 移相振荡器移相振荡器 为第三次。为第三次。一、集成电路的发展过程一、集成电路的发展过程一、集成电路的发展过程一、集成电路的发展过程（中国（中国6565年生产第一块年生产第一块TTLTTL与非门）与非门）119 八月八月 20234、1974年，出现了大规模集成电路为年，出现了大规模集成电路为WXHWXH202 02 八月八月八月八月 2024 2024现在集成电路的规模，正在以平均现在集成电路的规模，正在以平均1 12 2年翻一番的速度在增大。年翻一番的速度在增大。1948 1966 1971 1980 1990 1998 19991948 1966 1971 1980 1990 1998 1999 小规模小规模 中规模中规模 大规模大规模 超大规模超大规模 超超大规模超超大规模 超亿规模超亿规模 SSI MSI LSI VLSI ULSI GSISSI MSI LSI VLSI ULSI GSI理论集成度理论集成度 10-100 10010-100 1001000 10001000 10001010万万 1010万万100100万万 100100万万1 1亿亿 1 1亿亿商业集成度商业集成度 1 10 1001 10 1001000 10001000 10002 2万万 2 2万万5 5万万 5050万万 10001000万万 触发器触发器 计数器计数器 单片机单片机 1616位和位和3232位位 图象图象 SRAMSRAM 加法器加法器 ROM ROM 微处理器微处理器 处理器处理器 128128位位CPUCPU（1 1）设计技术的提高，简化电路，合理布局布线）设计技术的提高，简化电路，合理布局布线（2 2）器件的尺寸缩小（工艺允许的最细线条）器件的尺寸缩小（工艺允许的最细线条）（生产环境：超净车间）（生产环境：超净车间）（3 3）芯片面积增大，从）芯片面积增大，从1 15 mm5 mm2 2到现在的到现在的1 cm1 cm2 219671967年在一块晶片上完成年在一块晶片上完成10001000个晶体管的研制成功。个晶体管的研制成功。集成电路集成度的提高主要依靠三个因素集成电路集成度的提高主要依靠三个因素 由由由由于于于于现现现现在在在在这这这这三三三三方方方方面面面面都都都都有有有有所所所所突突突突破破破破，所所所所以以以以集集集集成成成成规规规规模模模模发发发发展展展展很很很很快快快快.这样的发展速度也给我们提出了一些新的问题？这样的发展速度也给我们提出了一些新的问题？这样的发展速度也给我们提出了一些新的问题？这样的发展速度也给我们提出了一些新的问题？7777年美国年美国30mm30mm2 2制作制作1313万个晶体管，即万个晶体管，即64K64K位位DRAMDRAM。219 八月八月 2023现在集成电路的规模，正在以平均现在集成电路的规模，正在以平均12年年WXHWXH302 02 八月八月八月八月 2024 2024 目目前前使使用用的的1616兆兆位位DRAMDRAM集集成成电电路路的的线线条条宽宽度度为为0.5 0.5 微微米米，6464兆兆位位DRAMDRAM集集成成电电路路的的线线条条宽宽度度为为0.3 0.3 微微米米，继继续续发发展展可可望望达达到到0.010.01微微米米，0.010.01微微米米的的概概念念相相当当于于3030个个原原子子排排成成一一列列的的长长度度。这这一一尺尺寸寸在在半半导导体体集集成成电电路路中中，已已经经成成为为极极限限，再再小小PNPN结结的的理理论论就就不不存存在在了了，或或者者说说作作为为电电子子学学范范畴畴的的集集成成电电路路已已达达极极限限，就就会会从从电电子子学学跃跃变变到到量量子子工工学学的的范范畴畴，由由量量变变到到质质变变，随随之之而而来来的的一一门门新新的的工工程程学学对对量量子子现现象象加加以以工工程程应应用用的的“量量子子工工学学”也也就就诞诞生生了了，由由这这一一理理论论指指导导而而将将做做成成的的量量子子器器件件，将将延延续续集集成成电电路路的的发发展展。现现在在美美国国和和日日本本正正投投入入大大量量的的人人力力和和物物力力进进行行这这方方面面的的研研究究，并并且且在在“原原子子级级加加工工”方面取得了一定的成果。方面取得了一定的成果。集成电路的技术发展是否有极限？集成电路的技术发展是否有极限？集成电路的技术发展是否有极限？集成电路的技术发展是否有极限？在一块芯片上能制造的晶体管是否有极限？在一块芯片上能制造的晶体管是否有极限？如果如果如果如果“有有有有”，它的极限是多少？还有没有新，它的极限是多少？还有没有新，它的极限是多少？还有没有新，它的极限是多少？还有没有新的方法以求得继续发展。的方法以求得继续发展。的方法以求得继续发展。的方法以求得继续发展。319 八月八月 2023 目前使用的目前使用的16兆位兆位DRAM集成集成WXHWXH402 02 八月八月八月八月 2024 2024二、集成电路的分类二、集成电路的分类 模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路：集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器，集集集集成成成成功功功功放放放放，集集集集成成成成稳稳稳稳压压压压电电电电源源源源，集集集集成成成成模模模模数数数数A/DA/DA/DA/D转转转转换换换换和和和和数数数数模模模模D/AD/AD/AD/A转转转转换换换换及及及及各各各各种种种种专专专专用用用用的的的的模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路。而而而而集集集集成成成成运运运运放放放放只只只只是是是是模模模模拟拟拟拟集集集集成成成成电电电电路路路路中中中中的的的的一一一一种种种种，但但但但是是是是应应应应用用用用最最最最为为为为广广广广泛泛泛泛的的的的一一一一种种种种。由由由由于于于于最最最最初初初初用用用用于于于于作作作作运运运运算算算算用用用用，所所所所以以以以称称称称为为为为集集集集成成成成运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器，而而而而现现现现在在在在的的的的功功功功能能能能已已已已经经经经远远远远远远远远超超超超过过过过了了了了当当当当时时时时的的的的功功功功能能能能，而而而而得得得得到到到到了了了了方泛的应用。方泛的应用。方泛的应用。方泛的应用。大类分：大类分：大类分：大类分：模拟集成电路模拟集成电路模拟集成电路模拟集成电路数字集成电路数字集成电路数字集成电路数字集成电路数数字字集集成成电电路路：门门电电路路，触触发发器器，计计数数器器，存存贮贮器器，微处理器等电路。微处理器等电路。7474系系 列列，74LS74LS，74HC74HC，40004000系系 列列，CMOSCMOS等各种型号。等各种型号。419 八月八月 2023二、集成电路的分类二、集成电路的分类 模拟集成电路：模拟集成电路：WXHWXH502 02 八月八月八月八月 2024 2024三、集成运放的结构及特点三、集成运放的结构及特点 结结结结构构构构上上上上有有有有圆圆圆圆壳壳壳壳式式式式、扁扁扁扁平平平平式式式式和和和和双双双双列列列列直直直直插插插插式式式式三三三三种种种种，管脚引出线有管脚引出线有管脚引出线有管脚引出线有8 8 8 8、10101010、12121212、14141414等多种。等多种。等多种。等多种。LM741 1 2 3 48 7 6 5结构结构1 12 23 34 45 56 67 78 8 LM741 1 2 3 48 7 6 5519 八月八月 2023三、集成运放的结构及特点三、集成运放的结构及特点 结构上结构上WXHWXH602 02 八月八月八月八月 2024 2024特点：特点：4 4、元元件件的的精精度度低低，但但对对称称性性好好，温温度度特特性性好。好。1 1、制制造造容容量量大大于于2000PF2000PF的的电电容容元元件件很很困困难难，如如需需大大电电容容必必须须外外接接，所所以以集集成成运运放放都都采采用用直直接接耦合放大电路。耦合放大电路。2 2、制制造造太太大大和和太太小小的的电电阻阻不不经经济济，占占用用硅硅面面积积大大。一一般般R R的的范范围围为为10010030K30K，大大电电阻阻用恒流源代替。用恒流源代替。3 3、集成工艺是做的元件愈单纯愈好做。、集成工艺是做的元件愈单纯愈好做。619 八月八月 2023特点：特点：4、元件的精度低，但对称、元件的精度低，但对称WXHWXH702 02 八月八月八月八月 2024 2024中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路输入级输入级4 4 4 4、偏置电路、偏置电路、偏置电路、偏置电路 给前三部分提供固定的和合适的偏置电流，一般由恒给前三部分提供固定的和合适的偏置电流，一般由恒给前三部分提供固定的和合适的偏置电流，一般由恒给前三部分提供固定的和合适的偏置电流，一般由恒 流源电路构成。流源电路构成。流源电路构成。流源电路构成。四、电路的简单说明四、电路的简单说明1 1 1 1、输入级、输入级、输入级、输入级要求：输入电阻高，零点漂移小，采用差放要求：输入电阻高，零点漂移小，采用差放要求：输入电阻高，零点漂移小，采用差放要求：输入电阻高，零点漂移小，采用差放2 2 2 2、中间级、中间级、中间级、中间级一般采用共射放大电路一般采用共射放大电路一般采用共射放大电路一般采用共射放大电路3 3 3 3、输出级、输出级、输出级、输出级要求，输出电阻低，带载能力强，能输出较要求，输出电阻低，带载能力强，能输出较要求，输出电阻低，带载能力强，能输出较要求，输出电阻低，带载能力强，能输出较大的电压幅度及功率。一般都由互补对称电路构成大的电压幅度及功率。一般都由互补对称电路构成大的电压幅度及功率。一般都由互补对称电路构成大的电压幅度及功率。一般都由互补对称电路构成719 八月八月 2023中间级输出级偏置电路输入级中间级输出级偏置电路输入级4、偏置电路、偏置电路WXHWXH802 02 八月八月八月八月 2024 2024 运运算算放放大大器器实实际际上上就就是是一一个个直直接接耦耦合合的的多多级级放放大大电电路路，它它有有两个输入端一个输出端，一般电源都不画。两个输入端一个输出端，一般电源都不画。单运放：单运放：LM741/LM741/A741A741双运放：双运放：LM747LM747（双（双741741）单电源四运放：单电源四运放：LM124/224/324LM124/224/324双电源四运放：双电源四运放：LM148/248/348 LM148/248/348 等等。等等。四、电路的简单说明四、电路的简单说明 LM741 1 2 3 48 7 6 5 2 2脚为反相输入端。由此端输入信号，脚为反相输入端。由此端输入信号，脚为反相输入端。由此端输入信号，脚为反相输入端。由此端输入信号，则输出信号和输入信号是反相的。则输出信号和输入信号是反相的。则输出信号和输入信号是反相的。则输出信号和输入信号是反相的。3 3脚为同相输入端。由此端输入信号，则输出信号和输脚为同相输入端。由此端输入信号，则输出信号和输脚为同相输入端。由此端输入信号，则输出信号和输脚为同相输入端。由此端输入信号，则输出信号和输入信号是同相的。入信号是同相的。入信号是同相的。入信号是同相的。各管脚的用途是：各管脚的用途是：各管脚的用途是：各管脚的用途是：4 4脚为负电源端。脚为负电源端。脚为负电源端。脚为负电源端。7 7脚为正电源端。脚为正电源端。脚为正电源端。脚为正电源端。6 6脚为输出端。脚为输出端。脚为输出端。脚为输出端。1 1和和和和5 5脚为外接调零电位器（通常为脚为外接调零电位器（通常为脚为外接调零电位器（通常为脚为外接调零电位器（通常为10K10K）的两个端子。）的两个端子。）的两个端子。）的两个端子。8 8脚为空脚。脚为空脚。脚为空脚。脚为空脚。其典型接法如下图所示其典型接法如下图所示其典型接法如下图所示其典型接法如下图所示819 八月八月 2023 运算放大器实际上就是一个直接耦合运算放大器实际上就是一个直接耦合WXHWXH902 02 八月八月八月八月 2024 20241 15 54 42 23 37 76 610K10K-15V-15V+15V+15V简化电路符号简化电路符号简化电路符号简化电路符号电路符号电路符号电路符号电路符号919 八月八月 2023154237610K-15V+15VWXHWXH1002 02 八月八月八月八月 2024 2024五、主要参数五、主要参数五、主要参数五、主要参数3 3 3 3、输入失调电压、输入失调电压、输入失调电压、输入失调电压U U U Uioioioio：理想的运放，当输入电压：理想的运放，当输入电压：理想的运放，当输入电压：理想的运放，当输入电压u u u ui1i1i1i1=u=u=u=ui2i2i2i2=0=0=0=0时，输出电压时，输出电压时，输出电压时，输出电压u u u u0 0 0 0=0=0=0=0。但在实际运放中，由于制。但在实际运放中，由于制。但在实际运放中，由于制。但在实际运放中，由于制造中元件参数的不对称性等原因，当输入电压为零时，造中元件参数的不对称性等原因，当输入电压为零时，造中元件参数的不对称性等原因，当输入电压为零时，造中元件参数的不对称性等原因，当输入电压为零时，输出电压不等于零。反过来说，如果要输出电压不等于零。反过来说，如果要输出电压不等于零。反过来说，如果要输出电压不等于零。反过来说，如果要u u u u0 0 0 0=0=0=0=0，必须在输，必须在输，必须在输，必须在输入端加一个很小的补偿电压，它就是输入失调电压。入端加一个很小的补偿电压，它就是输入失调电压。入端加一个很小的补偿电压，它就是输入失调电压。入端加一个很小的补偿电压，它就是输入失调电压。2 2 2 2、开环电压放大倍数、开环电压放大倍数、开环电压放大倍数、开环电压放大倍数A A A Auouououo：在没有外接反馈电路时所：在没有外接反馈电路时所：在没有外接反馈电路时所：在没有外接反馈电路时所测出的差模电压放大倍数，称为开环电压放大倍数。测出的差模电压放大倍数，称为开环电压放大倍数。测出的差模电压放大倍数，称为开环电压放大倍数。测出的差模电压放大倍数，称为开环电压放大倍数。1 1 1 1、最大能输出电压、最大能输出电压、最大能输出电压、最大能输出电压U U U UOPPOPPOPPOPP：能使输出电压和输入电压保能使输出电压和输入电压保能使输出电压和输入电压保能使输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输出电压，称为运算放大器的最持不失真关系的最大输出电压，称为运算放大器的最持不失真关系的最大输出电压，称为运算放大器的最持不失真关系的最大输出电压，称为运算放大器的最大能输出电压。大能输出电压。大能输出电压。大能输出电压。1019 八月八月 2023五、主要参数五、主要参数3、输入失调电压、输入失调电压Uio：WXHWXH1102 02 八月八月八月八月 2024 20245 5 5 5、输入偏置电流、输入偏置电流、输入偏置电流、输入偏置电流I I I IiBiBiBiB 输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的平均值，称为输入偏置电流。平均值，称为输入偏置电流。平均值，称为输入偏置电流。平均值，称为输入偏置电流。4 4 4 4、输入失调电流、输入失调电流、输入失调电流、输入失调电流I I I Iioioioio：输入失调电流是指输入信号为：输入失调电流是指输入信号为：输入失调电流是指输入信号为：输入失调电流是指输入信号为零时，两个输入端静态基极电流之差。零时，两个输入端静态基极电流之差。零时，两个输入端静态基极电流之差。零时，两个输入端静态基极电流之差。6 6 6 6、最大共模输入电压、最大共模输入电压、最大共模输入电压、最大共模输入电压U U U UiCMiCMiCMiCM 运放对共模信号具有抑制的性能，但这个性运放对共模信号具有抑制的性能，但这个性运放对共模信号具有抑制的性能，但这个性运放对共模信号具有抑制的性能，但这个性能是在规定的范围内才具备。能是在规定的范围内才具备。能是在规定的范围内才具备。能是在规定的范围内才具备。1119 八月八月 20235、输入偏置电流、输入偏置电流IiB4、输入失调电、输入失调电WXHWXH1202 02 八月八月八月八月 2024 2024六、理想运算放大器及其分析依据六、理想运算放大器及其分析依据1 1 1 1、理想运算放大器条件、理想运算放大器条件、理想运算放大器条件、理想运算放大器条件实际运放上述指标接近理想化条件，故用理想运放代替实实际运放上述指标接近理想化条件，故用理想运放代替实际运放所引起的误差并不严重，在工程上是允许的。际运放所引起的误差并不严重，在工程上是允许的。ridu0r0u-u+u0A Au0u0开环放大倍数开环放大倍数开环放大倍数开环放大倍数A A A Auouououo差模输入电阻差模输入电阻差模输入电阻差模输入电阻r r r ridididid开环输出电阻开环输出电阻开环输出电阻开环输出电阻r r r ro o o o0000u u u uo o o o=A=A=A=Auouououo(u(u(u(u+-u-u-u-u-)共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比K K K KCMRRCMRRCMRRCMRRu u u uo o o o=(u=(u=(u=(u+-u-u-u-u-)1219 八月八月 2023六、理想运算放大器及其分析依据六、理想运算放大器及其分析依据1、理、理WXHWXH1302 02 八月八月八月八月 2024 2024o+Uo(sat)-Uo(sat)u+-u-u0 右图所示为运放右图所示为运放右图所示为运放右图所示为运放输入和输出电压的关输入和输出电压的关输入和输出电压的关输入和输出电压的关系曲线，称为系曲线，称为系曲线，称为系曲线，称为传输特性传输特性传输特性传输特性。从图中看到，实际特性从图中看到，实际特性从图中看到，实际特性从图中看到，实际特性与理想特性很接近。与理想特性很接近。与理想特性很接近。与理想特性很接近。实际特性理想特性2 2、分析依据：、分析依据：分析运放电路时，首先要区分集成运放是工作在线分析运放电路时，首先要区分集成运放是工作在线分析运放电路时，首先要区分集成运放是工作在线分析运放电路时，首先要区分集成运放是工作在线性区还是非线性区（饱和区）性区还是非线性区（饱和区）性区还是非线性区（饱和区）性区还是非线性区（饱和区）1319 八月八月 2023o+Uo(sat)-Uo(sat)uWXHWXH1402 02 八月八月八月八月 2024 2024o+Uo(sat)-Uo(sat)实际特性u+-u-线性区饱和区饱和区 从运放的传输特性看，从运放的传输特性看，从运放的传输特性看，从运放的传输特性看，可分为线性区和饱和区，可分为线性区和饱和区，可分为线性区和饱和区，可分为线性区和饱和区，运放在不同区工作时的分运放在不同区工作时的分运放在不同区工作时的分运放在不同区工作时的分析方法不同：析方法不同：析方法不同：析方法不同：线性区：线性区：线性区：线性区：u u u uo o o o=A=A=A=Auouououo(u(u(u(u+-u-u-u-u-)因为因为因为因为u u u uo o o o为有限值，为有限值，为有限值，为有限值，A A A Auouououo为无限大，为无限大，为无限大，为无限大，所以所以所以所以(u(u(u(u+-u-u-u-u-)0)0)0)0。即。即。即。即u u u u+u u u u-我们称为我们称为我们称为我们称为“虚短虚短虚短虚短”因为因为因为因为r r r ridididid ，故两输入端的输，故两输入端的输，故两输入端的输，故两输入端的输入电流为零。入电流为零。入电流为零。入电流为零。我们称为我们称为我们称为我们称为“虚断虚断虚断虚断”ridu0r0U-U+u0A Au0u01419 八月八月 2023o+Uo(sat)-Uo(sat)实实WXHWXH1502 02 八月八月八月八月 2024 2024o+Uo(sat)-Uo(sat)实际特性u+-u-线性区饱和区饱和区饱和区：饱和区：饱和区：饱和区：u u u uo o o oAAAAuouououo(u(u(u(u+-u-u-u-u-)当当当当u u u u+uuuu-时时时时,u,u,u,uo o o o=+U=+U=+U=+Uo(sat)o(sat)o(sat)o(sat)当当当当u u u u+uuuu-时时时时,u,u,u,uo o o o=-U=-U=-U=-Uo(sat)o(sat)o(sat)o(sat)但两输入端的输入电流但两输入端的输入电流但两输入端的输入电流但两输入端的输入电流仍为零。仍为零。仍为零。仍为零。1519 八月八月 2023o+Uo(sat)-Uo(sat)实实WXHWXH1602 02 八月八月八月八月 2024 202417-2 17-2 运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用理想运放应满足的条件：理想运放应满足的条件：由此得出了两个重要结论由此得出了两个重要结论由此得出了两个重要结论由此得出了两个重要结论 ridu0r0U-U+u0A Au0u0(1)(1)“虚短虚短”(2)(2)“虚断虚断”但是，这两个条件的使用必须是运放工作在线性区。但是，这两个条件的使用必须是运放工作在线性区。我们已经知道：我们已经知道：A Auouo，则当输入差模信号，则当输入差模信号极小时（如毫伏级以下的信号），也足以使极小时（如毫伏级以下的信号），也足以使运放饱运放饱和。和。4 4、共模抑制比、共模抑制比K KCMRRCMRR3 3、开环输出电阻、开环输出电阻r ro o2 2、差模输入电阻、差模输入电阻r ridid1 1、开环放大倍数、开环放大倍数A Auouo0 01619 八月八月 202317-2 运算放大器在信号运算方运算放大器在信号运算方WXHWXH1702 02 八月八月八月八月 2024 2024下面我们就分别讨论之。下面我们就分别讨论之。下面我们就分别讨论之。下面我们就分别讨论之。uou-u+-但我们也已经知道：负反馈能减小放大电路但我们也已经知道：负反馈能减小放大电路但我们也已经知道：负反馈能减小放大电路但我们也已经知道：负反馈能减小放大电路的放大倍数，而且反馈愈深这种作用愈明显；加的放大倍数，而且反馈愈深这种作用愈明显；加的放大倍数，而且反馈愈深这种作用愈明显；加的放大倍数，而且反馈愈深这种作用愈明显；加上负反馈在其它方面还可以改善放大电路的性能，上负反馈在其它方面还可以改善放大电路的性能，上负反馈在其它方面还可以改善放大电路的性能，上负反馈在其它方面还可以改善放大电路的性能，所以所以所以所以 接下来的问题是接下来的问题是接下来的问题是接下来的问题是负反馈负反馈负反馈负反馈从从从从输出端引到同相端还是反相端。输出端引到同相端还是反相端。输出端引到同相端还是反相端。输出端引到同相端还是反相端。解决的方法是：在电路中引入解决的方法是：在电路中引入解决的方法是：在电路中引入解决的方法是：在电路中引入深度负反馈深度负反馈深度负反馈深度负反馈。R反相输入端。反相输入端。1719 八月八月 2023下面我们就分别讨论之。下面我们就分别讨论之。uou-u+WXHWXH1802 02 八月八月八月八月 2024 202417.2.117.2.1、比例运算、比例运算电路结构电路结构虚短虚短QR2R1RFuiu0iFi1闭环放大倍数闭环放大倍数1 1、反相比例、反相比例 u u-=u=u+又又虚断虚断 u u-=u=u+=0=0则电流则电流i i1 1等于等于电流电流i iF F1819 八月八月 202317.2.1、比例运算、比例运算电路结构虚短电路结构虚短WXHWXH1902 02 八月八月八月八月 2024 2024 当当当当实实实实际际际际运运运运放放放放接接接接近近近近于于于于理理理理想想想想运运运运放放放放的的的的条条条条件件件件时时时时，其其其其精精精精度度度度主主主主要要要要取取取取决决决决于于于于电电电电阻阻阻阻，这这这这是是是是因因因因为为为为电电电电路路路路中中中中采采采采用用用用了了了了极极极极深深深深度度度度的的的的负反馈而获得的重要优点。负反馈而获得的重要优点。负反馈而获得的重要优点。负反馈而获得的重要优点。对对对对于于于于反反反反相相相相比比比比例例例例运运运运算算算算还还还还有有有有“虚虚虚虚地地地地”的的的的概概概概念念念念。反反反反相相相相端端端端为为为为虚虚虚虚地地地地的的的的现现现现象象象象是是是是反反反反相相相相输输输输入入入入运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器的的的的重重重重要要要要特特特特点点点点，应应应应当当当当指指指指出出出出“虚虚虚虚地地地地”并并并并非非非非真真真真正的地。正的地。正的地。正的地。反相器时当,1,1-=ufFARRR2R1RFuiu0iFi11919 八月八月 2023 当实际运放接近于理想运放的条件当实际运放接近于理想运放的条件WXHWXH2002 02 八月八月八月八月 2024 2024闭环输入电阻和输出电阻闭环输入电阻和输出电阻闭环输入电阻和输出电阻闭环输入电阻和输出电阻电压并联负反馈电压并联负反馈特点：特点：特点：特点：R2R1RFuiu0iFi1a.a.a.a.共模输入电压为共模输入电压为共模输入电压为共模输入电压为0 0 0 0b.rb.rb.rb.ro o o o=0=0=0=0带负载能力强带负载能力强带负载能力强带负载能力强c.rc.rc.rc.ri i i i小对输入电流有一定的要求小对输入电流有一定的要求小对输入电流有一定的要求小对输入电流有一定的要求2019 八月八月 2023闭环输入电阻和输出电阻电压并联负反馈闭环输入电阻和输出电阻电压并联负反馈WXHWXH2102 02 八月八月八月八月 2024 2024 R2R2R2R2为平衡电阻，其为平衡电阻，其为平衡电阻，其为平衡电阻，其目的是消除静态时的目的是消除静态时的目的是消除静态时的目的是消除静态时的不对称对输出电压的不对称对输出电压的不对称对输出电压的不对称对输出电压的影响，它影响，它影响，它影响，它不影响放大不影响放大不影响放大不影响放大倍数。倍数。倍数。倍数。对双极型三极对双极型三极对双极型三极对双极型三极管组成的电路有要求。管组成的电路有要求。管组成的电路有要求。管组成的电路有要求。R2=R1/RF特别说明：特别说明：R2R1RFuiu0iFi1P112P112例例17.2.117.2.1请同学自学。请同学自学。2119 八月八月 2023 R2为平衡电阻，其目的是消除静态为平衡电阻，其目的是消除静态WXHWXH2202 02 八月八月八月八月 2024 2024R2R1R3uiu0i3i1R4R5i4i5ai1=i3=i4+i5Ui/R1=-Ua/R3-Ua/R3=Ua/R4+(Ua-U0)/R52219 八月八月 2023R2R1R3uiu0i3i1R4R5WXHWXH2302 02 八月八月八月八月 2024 2024R2R1RFuiu0iFi1闭环放大倍数闭环放大倍数闭环放大倍数闭环放大倍数因为虚短因为虚短因为虚短因为虚短u u+=u-=u=u-=ui i因为虚断因为虚断因为虚断因为虚断 i iF F=i=i1 1(u(u0 0-u-ui i)/R)/RF F=u=ui i/R/R1 1电路结构电路结构2 2、同相比例、同相比例R2RFuiu02319 八月八月 2023R2R1RFuiu0iFi1闭环放闭环放WXHWXH2402 02 八月八月八月八月 2024 2024闭环输入电阻和输出电阻闭环输入电阻和输出电阻闭环输入电阻和输出电阻闭环输入电阻和输出电阻R2R1RFuiu0iFi1特点：特点：A A A A 共模共模共模共模u u u u+=u=u=u=u-=u=u=u=uI I I I 对对对对 K K K KCMRRCMRRCMRRCMRR要求高要求高要求高要求高B rB rB rB ro o o o=0=0=0=0带负载能力强带负载能力强带负载能力强带负载能力强C rC rC rC rI I I I高高高高电压串联负反馈电压串联负反馈2419 八月八月 2023闭环输入电阻和输出电阻闭环输入电阻和输出电阻R2R1RFuWXHWXH2502 02 八月八月八月八月 2024 2024接有分压电阻接有分压电阻R R3 3时，时，A Aufuf的求法为：的求法为：R1/RF=R2/R3平衡电阻：平衡电阻：电压串联负反馈电压串联负反馈R2R1RFuiu0iFi1R32519 八月八月 2023接有分压电阻接有分压电阻R3时，时，Auf的求法为：的求法为：WXHWXH2602 02 八月八月八月八月 2024 202417.2.217.2.2、加法运算、加法运算1 1 1 1、反相加法运算、反相加法运算、反相加法运算、反相加法运算因为因为因为因为 i i1 1+i+i2 2+i+i3 3=i=iF F所以所以所以所以 u ui1i1/R/R1111+u+ui2i2/R/R1212+u+ui3i3/R/R1313=(0-u=(0-u0 0)/R)/RF F特点：放大倍数互不影响。特点：放大倍数互不影响。特点：放大倍数互不影响。特点：放大倍数互不影响。R2R11RFui1u0iFR12R13ui2ui3i1i2i32619 八月八月 202317.2.2、加法运算、加法运算1、反相加法运、反相加法运WXHWXH2702 02 八月八月八月八月 2024 2024R21R1RFui1u0iFi1R22R23ui22 2 2 2、同相加法运算、同相加法运算、同相加法运算、同相加法运算2719 八月八月 2023R21R1RFui1u0iFi1R2WXHWXH2802 02 八月八月八月八月 2024 2024从这里可以看出，本电路的同从这里可以看出，本电路的同相放大倍数最多只能比反相大相放大倍数最多只能比反相大1 117.2.317.2.3、减法运算、减法运算R2R1RFui2u0iFi1R3ui1u ui1i1为电流并联负反馈；为电流并联负反馈；u ui2i2为电压串联负反馈为电压串联负反馈2819 八月八月 2023从这里可以看出，本电路的同从这里可以看出，本电路的同17.2.WXHWXH2902 02 八月八月八月八月 2024 2024这在后面所讲的这在后面所讲的设计电路中非常有用。设计电路中非常有用。R2R1RFui2u0iFi1R3ui1ui3R42919 八月八月 2023这在后面所讲的这在后面所讲的R2R1RFui2u0WXHWXH3002 02 八月八月八月八月 2024 202417.2.417.2.4、积分运算、积分运算R2R1CFuiu0iFi13019 八月八月 202317.2.4、积分运算、积分运算R2R1CFuWXHWXH3102 02 八月八月八月八月 2024 2024R2R1CFuiu0iFi1-U0（sat)积分电路除用于信号运算积分电路除用于信号运算积分电路除用于信号运算积分电路除用于信号运算处，还用于控制测量系处，还用于控制测量系处，还用于控制测量系处，还用于控制测量系统中、方波三角波变换。统中、方波三角波变换。统中、方波三角波变换。统中、方波三角波变换。当当U UI I大于大于0 0时时tu00 0+U0（sat)当当U UI I小于小于0 0时时+与以前学过的与以前学过的与以前学过的与以前学过的RCRCRCRC积分电路相比，积分电路相比，积分电路相比，积分电路相比，运放所构成的有源积分电路其积分运放所构成的有源积分电路其积分运放所构成的有源积分电路其积分运放所构成的有源积分电路其积分曲线的线性度较好。因为：曲线的线性度较好。因为：曲线的线性度较好。因为：曲线的线性度较好。因为：充电电流充电电流充电电流充电电流基本恒定基本恒定基本恒定基本恒定3119 八月八月 2023R2R1CFuiu0iFi1-U0（WXHWXH3202 02 八月八月八月八月 2024 2024PI调节器 右图是在控制和测量右图是在控制和测量系统中常用的比例系统中常用的比例-积分积分调节器（调节器（PIPI调节器）：调节器）：ui1uo +-R2CFi1R1PI调节器ifucRF3219 八月八月 2023PI调节器调节器 右图是在控制和测量右图是在控制和测量WXHWXH3302 02 八月八月八月八月 2024 202417.2.517.2.5、微分运算、微分运算R2C1RFuiu0iFi1P119P119例例17.2.817.2.8是一个比例是一个比例-微分调节器微分调节器（简称（简称PDPD调节器），自学。调节器），自学。3319 八月八月 202317.2.5、微分运算、微分运算R2C1RFuWXHWXH3402 02 八月八月八月八月 2024 2024例如：试画出下列函数关系的运算电路例如：试画出下列函数关系的运算电路17.2.617.2.6、已知输出与输入的函数关系，设计电路。、已知输出与输入的函数关系，设计电路。(1)u(1)u0 0=-5u=-5ui i(2)u(2)u0 0=5u=5ui i(4)u(4)u0 0=5u=5ui1i1-2u-2ui2i2(3)u(3)u0 0=-5u=-5ui1i1+2u+2ui2i2R2R1RFuiu0R2R1RFuiu0iFi1R2R1RFui2u0iFi1R3ui1R2R1RFui2u0iFi1R3ui1R43419 八月八月 2023例如：试画出下列函数关系的运算电路例如：试画出下列函数关系的运算电路1WXHWXH3502 02 八月八月八月八月 2024 202417-3 17-3 运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用 运运运运算算算算放放放放大大大大器器器器除除除除了了了了能能能能对对对对输输输输入入入入信信信信号号号号进进进进行行行行运运运运算算算算外外外外，还还还还能能能能对对对对输输输输入入入入信信信信号号号号进进进进行行行行处处处处理理理理。信信信信号号号号处处处处理理理理电电电电路路路路的的的的种种种种类很多，这里只讨论几种常用电路的工作原理。类很多，这里只讨论几种常用电路的工作原理。类很多，这里只讨论几种常用电路的工作原理。类很多，这里只讨论几种常用电路的工作原理。17.3.117.3.117.3.117.3.1、有源滤波器、有源滤波器、有源滤波器、有源滤波器 所所所所谓谓谓谓滤滤滤滤波波波波器器器器就就就就是是是是一一一一种种种种选选选选频频频频网网网网络络络络，它它它它让让让让有有有有用用用用信信信信号号号号通通通通过过过过，而而而而对对对对其其其其余余余余频频频频段段段段的的的的信信信信号号号号起起起起衰衰衰衰减减减减作作作作用用用用。它它它它可可可可以以以以只只只只用用用用一一一一些些些些无无无无源源源源元元元元件件件件（R R R R、L L L L、C C C C等等等等）组组组组成成成成，也也也也可可可可以以以以用用用用无无无无源源源源元元元元件件件件与与与与有有有有源源源源元元元元件件件件组组组组成成成成，前前前前者者者者称称称称为为为为无无无无源源源源滤滤滤滤波波波波器器器器，后后后后者者者者称称称称为为为为有有有有源源源源滤滤滤滤波波波波器器器器。和和和和无无无无源源源源滤滤滤滤波波波波器器器器比比比比较较较较，有有有有源源源源滤滤滤滤波波波波器器器器的的的的主主主主要要要要优优优优点点点点是是是是：效效效效率率率率高高高高、带带带带负负负负载载载载能能能能力力力力强强强强、体积小、效率高体积小、效率高。3519 八月八月 202317-3 运算放大器在信号处理方运算放大器在信号处理方WXHWXH3602 02 八月八月八月八月 2024 2024缺点：缺点：1 1、用于低频（受集成运放的限制）、用于低频（受集成运放的限制）2 2、必须有直流电源、必须有直流电源 3 3、可靠性差、可靠性差 4 4、不能用于高电压大电流、不能用于高电压大电流滤波器按其作用可分为：滤波器按其作用可分为：滤波器按其作用可分为：滤波器按其作用可分为：0 0f fA Au u低通低通低通低通高通高通高通高通带通带通带通带通带阻带阻带阻带阻0 0f fA Au u0 0f fA Au u0 0f fA Au u3619 八月八月 2023缺点：缺点：1、用于低频（受集成运放的限制、用于低频（受集成运放的限制WXHWXH3702 02 八月八月八月八月 2024 2024前面我们已经讲过前面我们已经讲过前面我们已经讲过前面我们已经讲过RCRCRCRC组成的组成的组成的组成的无源滤波器无源滤波器无源滤波器无源滤波器R RC Cu ui iu u0 0R RC Cu ui iu u0 0无源低通滤波器无源低通滤波器无源高通滤波器无源高通滤波器R2R1RFuiu0R RC Cu ui iu u0 0R RC Cu ui iu u0 0有源低通滤波器有源低通滤波器有源高通滤波器有源高通滤波器3719 八月八月 2023前面我们已经讲过前面我们已经讲过RC组成的无源滤波器组成的无源滤波器WXHWXH3802 02 八月八月八月八月 2024 2024一、低通滤波器一、低通滤波器uiuo +-RC有源低通滤波器ucRFR13819 八月八月 2023一、低通滤波器一、低通滤波器uiuo WXHWXH3902 02 八月八月八月八月 2024 2024o幅频特性式中的式中的称为特征频率称为特征频率A Aufuf的模为的模为幅频特性幅频特性3919 八月八月 2023o幅频特性式中的称为特征频率幅频特性式中的称为特征频率Auf的的WXHWXH4002 02 八月八月八月八月 2024 2024o幅频特性4019 八月八月 2023o幅频特性幅频特性WXHWXH4102 02 八月八月八月八月 2024 2024二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器RR1RFuiu0CRC4119 八月八月 2023二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器RR1RFuiu0WXHWXH4202 02 八月八月八月八月 2024 2024二、高通滤波器二、高通滤波器有源高通滤波器uiuo +-RCRFR14219 八月八月 2023二、高通滤波器有源高通滤波器二、高通滤波器有源高通滤波器uiuoWXHWXH4302 02 八月八月八月八月 2024 2024o幅频特性式中的式中的称为特征频率称为特征频率A Aufuf的模为的模为幅频特性幅频特性4319 八月八月 2023o幅频特性式中的称为特征频率幅频特性式中的称为特征频率Auf的的WXHWXH4402 02 八月八月八月八月 2024 2024o幅频特性4419 八月八月 2023o幅频特性幅频特性WXHWXH4502 02 八月八月八月八月 2024 202417.3.2、采样保持电路 当输入信号变化较快时要求输出信号能快速而当输入信号变化较快时要求输出信号能快速而准确地跟随输入信号的变化进行间隔采样。在两次准确地跟随输入信号的变化进行间隔采样。在两次采样之间保持上一次采样结束时的状态。采样保持采样之间保持上一次采样结束时的状态。采样保持技术常用于数字电路、计算机和程序控制等装置中。技术常用于数字电路、计算机和程序控制等装置中。uiuo +-RC采样保持电路ucR1S控制信号控制信号ououi采采样样 保保持持t输入输出波形控制信号控制信号4519 八月八月 202317.3.2、采样保持电路、采样保持电路 当当WXHWXH4602 02 八月八月八月八月 2024 202417.3.3、电压比较器uRuo +-R2电压比较器R1ui 运放工作于运放工作于运放工作于运放工作于开环状态，开环状态，开环状态，开环状态，u u u uR R R R是参考电压，是参考电压，是参考电压，是参考电压，当输入与当输入与当输入与当输入与参考电压有微小差值时，参考电压有微小差值时，参考电压有微小差值时，参考电压有微小差值时，输出信号便会达到饱和，输出信号便会达到饱和，输出信号便会达到饱和，输出信号便会达到饱和，即运放工作于非线性即运放工作于非线性即运放工作于非线性即运放工作于非线性饱饱饱饱和区。和区。和区。和区。u u u uR R R R等于零时，称为过零等于零时，称为过零等于零时，称为过零等于零时，称为过零比较器。比较器。比较器。比较器。Uo(sat)-Uo(sat)o传输特性uouiuR其传输特性如图所示其传输特性如图所示4619 八月八月 202317.3.3、电压比较器、电压比较器uRuo WXHWXH4702 02 八月八月八月八月 2024 2024Uo(sat)-Uo(sat)o传输特性uouiuRouotuRUo(sat)-Uo(sat)o比较器将正弦波变换为矩形脉冲uotuRuo +-R2电压比较器R1ui电压比较器可以用做波形变换电压比较器可以用做波形变换4719 八月八月 2023Uo(sat)-Uo(sat)o传输传输WXHWXH4802 02 八月八月八月八月 2024 2024uRuo +-R2有限幅电压比较器R1uiDz传输特性+UzououiuR-Uz 有时为了将输出电压限制在有时为了将输出电压限制在某一特定值，以与接在输出端的某一特定值，以与接在输出端的数字电路的电平配合，可在比较数字电路的电平配合，可在比较器的输出端与反相端之间跨接一器的输出端与反相端之间跨接一个双向稳压管个双向稳压管DzDz，作双向限幅用。，作双向限幅用。uRuo +-R2有限幅电压比较器R1uiDz4819 八月八月 2023uRuo +-R2有限有限WXHWXH4902 02 八月八月八月八月 2024 2024例题例题17.3.1 电路如图所示，输入电压是一正弦电压，电路如图所示，输入电压是一正弦电压，试分析并画出输出电压试分析并画出输出电压u01、u02、u03的波形。的波形。uo1 +-R2R1uiC CD DR RL Luo2uo3 解解 Uo(sat)-Uo(sat)o传输特性uo1uiuRotuiotu01otu02tu03o4919 八月八月 2023例题例题17.3.1 WXHWXH5002 02 八月八月八月八月 2024 202417-4 17-4 运算放大器在信号测量方面的应用运算放大器在信号测量方面的应用+-+-uiu0R1R2R35019 八月八月 202317-4 运算放大器在信号测量方运算放大器在信号测量方WXHWXH5102 02 八月八月八月八月 2024 2024+-+-uiR1R2R3R5R4R6u0R7u01R4=R5,R6=R75119 八月八月 2023+-+-uiR1R2R3R5R4WXHWXH5202 02 八月八月八月八月 2024 202417-5 17-5 使用注意事项使用注意事项17.5.117.5.1、合理选用元件、合理选用元件 CC中国制造中国制造 FF放大器放大器 CF741CF741 LM324/224/124 LM324/224/124 LM328/228/128 LM328/228/128 低温漂，高精度，高输入阻抗低温漂，高精度，高输入阻抗17.5.217.5.2、调零、调零 例：例：LM741LM74117.5.317.5.3、保护（输入、输出、电源）、保护（输入、输出、电源）5219 八月八月 202317-5 使用注意事项使用注意事项17.5.WXHWXH5302 02 八月八月八月八月 2024 2024R2R1RFuiu0输入保护输入保护5319 八月八月 2023R2R1RFuiu0输入保护输入保护WXHWXH5402 02 八月八月八月八月 2024 2024输出保护输出保护u0R2R1RFui5419 八月八月 2023输出保护输出保护u0R2R1RFuiWXHWXH5502 02 八月八月八月八月 2024 2024电源保护电源保护u0R2R1RFui4 4-E-E+E+E5519 八月八月 2023电源保护电源保护u0R2R1RFui4-E+WXHWXH5602 02 八月八月八月八月 2024 202417.5.417.5.4、扩流（、扩流（P138P138）功放（射随器，单方向）功放（射随器，单方向）R2R1RFuiu0+E+E5619 八月八月 202317.5.4、扩流（、扩流（P138）R2R