第12章 线性集成运算放大器和运算电路

,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,12,1,多级放大器,基本内容和知识点,12,1,1,常见的耦合方式,直接耦合,：,DC,耦合信号，低频响应好，但要各级电位配合，存在零点漂移问题；,阻容耦合,：各级静态工作点独立，容易调试，低频响应差；,变压器耦合,：各级静态工作点独立，阻抗匹配，低频响应差；,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,12,1,2,多级放大电路的计算,（,1,）电压放大倍数,（,2,）输入电阻：第一级的输入电阻,R,i1,;,（,3,）输出电阻：为输出级的输出电阻,R,on,;,计算时，应注意各级间的相互影响，后一级的输入电阻为前级的负载，前级的输出电阻为后级的信号源内阻。,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,12,1,3,多级放大器的频率响应,放大器级数增加后，放大倍数增加了，但通频带变窄了。有,n,级的下限频率为,f,L,1,f,L,2,f,L,n,;,上限频率为,f,H,1,f,H,2,f,H,n,;,则总的上、下限频率为,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,12,2,集成运算放大器,基本内容和知识点,12,2,1,集成电路的主要特点,相邻元件特性一致性好，用有源器件代替无源元件，二极管由三极管代替，但只能制作小电容；,12,2,2,集成运算放大器的典型结构,运放是一种高增益，,DC,耦合，多级放大电路。有四部分组成：输入级、中间级、输出级、偏置电路组成。,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,输入级,中间级,输出级,偏置电路,输入,输出,输入级,：输入电阻高，失调和零漂小通常为差分放大电路；,中间级,:,电压放大倍数大共射放大电路；,输出级,:,输出电阻小，负载能力强互补推挽乙类放大电路；,偏置电路,:,为各级提供稳定的偏置电流电流源电路；,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,12,2,3,差分放大电路,典型电路,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,1,电路类型：,双入,/,双出，双入,/,单出，单入,/,双出，单入,/,单出四种。有射极长尾（射极电阻）和恒流源电路两种）。,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,2,电路主要特点,（,1,）电路结构和参数对称；,（,2,）抑制零点漂移，双端输出时零漂为零，单端输出时射极电阻,R,E,的共模负反馈作用，具有抑制零漂作用；,（,3,）抑制共模信号，双端输出时无共模放大能力；,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,（,4,）放大差模信号，两个大小相等，极性相反的信号，两个输出端也有大小相等，方向相反的输出信号，双端输出时，总输出为两边输出之和（,2,倍关系）；,3,静态分析,以对称性思路分析有,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,4,动态分析,（,1,）小信号差模特性,差模信号输入时，发射极成为“交流虚地”，负载电阻中心点电位为零，双端输出时，负载电阻折半处理，单端输出时不折半。,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,(a),差模电压放大数,双端输出,单端输出,(b),输入电阻,(c),输出电阻：,单端输出时,双端输出时,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,（,2,）小信号共模特性,此时,R,E,为两倍计算,(a),共模电压放大数：双端输出时,单端输出时,(b),共模输入电阻,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,（,3,）共模抑制比,K,CMR,K,CMR,=|,A,ud,/A,uc,|,该数值越大越好,（,4,）任意输入信号分解，令两个输入信号,u,i1,u,i2,;,差模信号为：,共模信号为：,总输出电压为：,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,（,5,）差分放大电路的电压传输特性,12,2,4,电流源电路,1,电流源电路的特点,视为一个二端网络，交流等效电阻很大，直流等效电阻很小,2,电流源作有源负载和偏置电路,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,12,2,5,复合管电路,二个以上管子以一定的形式连接，等效成一只管子的作用,复合后的电流放大系数,:,等效管的类型决定于前置管,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,12,2,6,集成运放的主要参数,输入失调参数、差模特性参数、共模特性参数、大信号动态特性、电源特性参数,12,3,集成运算放大器组成的运算电路,基本内容和知识点,运算电路的分析方法,1,理想运算放大器的特性,都趋向无穷大,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,均为零。,2,运算放大器的工作状态,运算电路中引入深度负反馈，运放工作在线性区，信号过大时，输出受电源限制，将会出现非线性失真。,3,虚短和虚断,虚短,运放两个输入端之间的电压差近似等于零。,虚断,流入运放输入端的电流近似等于零。,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,12,3,2,集成运算放大器组成的基本运算电路,1,比例运算放大器,（,1,）反相比例,（,2,）同相比例,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,2,加法运算,3,差分输入比例,4,积分与微分运算,第,12,章 线性集成运算放大器和运算电路,5,对数和反对数运算,12,4,模拟乘法器及其应用,12,4,1,模拟乘法器电路符号和输入,/,输出关系,u,x,u,y,K,u,o,12,4,1,模拟乘法器的应用,1,平方运算电路,乘法器两个输入相等,2,除法运算,3,均方根运算,u,i,K,例,12-1,已知放大电路如图,12-1,所示，设晶体管,T,1,、,T,2,的射极电流放大系数分别为,1,、,2,，,输入电阻分别为,r,b,e1,、,r,be,2,。,试求：（,1,）,R,i,、,R,o,的表示式。,（,2,）,的表示式。,解：（,1,）,（,2,）,其中,故,例,12-2,差分放大电路及其参数如图,12-7,所示。设,T,1,、,T,2,的特性一致，,=50,，,U,BE,=0.7V,，,差模输入信号,u,id,=50,mV,共模干扰,信号,u,ic,=1V,。设,R,W,的滑动端在电位器的中间。试求：,（,1,）,T,1,和,T,2,的静态工作点,I,C,、,U,C,之值；,（,2,）输出信号电压,u,o,及共模抵制比,K,CMR,之值；（,3,）若将负载电阻接在集电极,C,1,对地之间，重新计算,U,C,，,再求,u,o,及,K,CMR,之值；,（,4,）差模输入电阻,R,id,、,共模输入电阻,R,ic,和输出电阻,R,o,之值。,解：（,1,）因电路两边完全对称，从直流等效电路可得：,因,则有,（,2,）根据题意,3,）由于电路采用直接耦合方式，当负载电阻接在集电极,C,1,对地之间时,（,4,）差模输入电阻,：,共模输入电阻,单端输出电阻：,双端输出电阻：,例,12-5,电路如图,12-19,所示，所用的各种器件均具有理想的特性，如果输入电压,u,i,0,，,试推导出,u,o,与,u,i,的函数关系式。,解：由图可知：,例,123,电路如图所示，试写出输入与输出表达式。,解：利用叠理论有：,输出电压有：,例,124,试设计一个加法电路，使用输入与输出满足关系式：,解：设计电路如图所示：,其中的参数可取为：,