[工学]第5章2 模拟集成电路及应用

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1、第5章模拟集成电路及应用1Chapter5主要内容集成运算放大器简介集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的非线性应用2Chapter5集成电路：采用半导体制造工艺，在一小块硅单晶片上制作的具有特定功能的电子线路。★集成电路的基本概念分类：模拟集成电路与数字集成电路。在模拟集成电路中，运算放大器（早期用于模拟计算机的数学运算）发展最早，应用最广泛。特点：(1)电路一般采用直接耦合电路；(2)输入级采用差分放大电路；(3)用晶体管恒流源代替电阻；(4)NPN管与PNP管配合使用，用于改善单管性能。优点：工作稳定，使用方便，体积小，重量轻。3Chapter55.1集成运算

2、放大器运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造的高增益放大器。它是模拟集成电路最重要的品种，广泛应用于用于模拟运算、信号处理、信号测量、波形转换、自动控制等领域。运算放大器的组成运算放大器的符号与主要参数理想运算放大器运算放大器分类4Chapter55.1.1集成运算放大器组成中间级输入级偏置电路输出级ui+ui集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路。采用具有两个输入端子的差动放大电路提供增益，通常是共射组态的放大电路由有较强带负载能力的互补推挽电路组成多数由恒流源电路组成5Chapter55.1.2集成运算放大器的符号与主要参数uou–u++–+Auo1.运

3、算放大器的符号信号传输方向实际运放开环电压放大倍数输出端同相输入端反相输入端6Chapter52.运算放大器的主要参数uou–u++–+Auo（1）开环差模电压放大倍数Auo无外加反馈时的差模电压放大倍数。Auo越大，电路越稳定，运算精度也越高。一般为104～107。（2）共模开环电压放大倍数Aco反映集成运放抗温漂、抗共模干扰的能力，优质的集成运放Aco应接近于零。（3）共模抑制比KCMRR综合衡量集成运放的放大能力和抗温漂、抗共模干扰的能力，一般应大于80dB。7Chapter5（7）输入偏置电流IiB输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的平均值，即IiB=(I

4、B1+IB2)/2，越小越好。（4）差模输入电阻rid差模信号作用下集成运放的输入电阻。uou–u++–+Auo（5）输入失调电压Uio为使输出电压为零，在输入级所加的补偿电压值。显然越小越好，一般为毫伏级。（6）输入失调电流Iio输入信号为零时，两个输入端静态基极电流之差，即Iio=

5、IB1-IB2

6、，越小越好。8Chapter5（1）通用型性能指标适合一般性使用，其特点是电源电压适应范围广，允许有较大的输入电压等，如CF741等。（2）低功耗型静态功耗≤2mW，如XF253等。（3）高精度型失调电压温度系数在1μV／℃左右，能保证组成的电路对微弱信号检测的准确性，

7、如CF75、CF7650等。（4）高阻型输入电阻可达1012Ω，如F55系列等。还有宽带型、高压型等等。3.运算放大器的分类9Chapter55.1.3集成运放的电压传输特性、理想模型和分析依据1.电压传输特性实际运放电压传输特性uoOUO(sat)–UO(sat)Uim–Uim线性区正饱和区负饱和区若Auo=106±UO(sat)=±15V则±UIM=±0.015mV运放要工作在线性区必须有负反馈uou–u++–+Auo10Chapter52.理想运放模型1）开环电压放大倍数2）开环输入电阻3）开环输出电阻4）共模抑制比在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理想

8、的运算放大器。理想化的主要条件：uou–u++–+11Chapter53.分析运放电路的依据运放工作在线性区的依据相当于两输入端之间短路，但又未真正短路，故称“虚短”。相当于两输入端之间断路，但又未真正断路，故称“虚断”。2）i+＝i–01）u+u–且uo为有限值，∴u+u–uou–u++–+∴i+＝i–012Chapter5uoOUO(sat)–UO(sat)不再成立非线性区非线性区所以依然成立运放工作在非线性区的依据当时，Uo发生跃变uou–u++–+当时，2）i+＝i–01）u+u–13Chapter55.2集成运算放大器的线性应用5.2.1比

9、例运算5.2.2加法运算5.2.3减法运算5.2.4积分运算5.2.5微分运算14Chapter55.2.1比例运算电路ifii1.反相比例由运放工作在线性区的依据可列出由此得出闭环电压放大倍数平衡电阻则虚短虚断反相器15Chapter52.同相比例可列出由此得出闭环电压放大倍数若则或由运放工作在线性区的依据ifii电压跟随器16Chapter55.2.2加法运算由上列各式可得当时，则上式为平衡电阻ifii1ii217Chapter55.2.3减法运算由叠加定理ui1单独作用ui2单独作用18Chapter5当时，平衡电阻和则上式为当时，则得可见，输