第四讲：电子产品设计与制作.ppt

* 第四讲 模拟集成电路 1.1 集成运算放大器 集成运算放大器是一种高放大倍数的直接耦合放大器。在该集成电路的输入与输出之间接入不同的反馈网络，可实现不同用途的电路，例如利用集成运算放大器可非常方便的完成信号放大、信号运算（加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等）、信号的处理（滤波、调制）以及波形的产生和变换。集成运算放大器的种类非常多，可适用于不同的场合。 集成运算放大器可分为如下几类。 1．通用型运算放大器 通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广，其性能指标能适合于一般性使用。例mA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。 2．高阻型运算放大器 这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高，输入偏置电流非常小，一般rid＞（109~1012）W，IIB为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点，用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级，不仅输入阻抗高，输入偏置电流低，而且具有高速、宽带和低噪声等优点，但输入失调电压较大。常见的集成器件有LF356、LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。 1.1.1 集成运算放大器的使用要点 1．集成运放的电源供给方式 集成运放有两个电源接线端+VCC和-VEE，但有不同的电源供给方式。对于不同的电源供给方式，对输入信号的要求是不同的。 （1）对称双电源供电方式 运算放大器多采用这种方式供电。相对于公共端（地）的正电源（+E）与负电源（-E）分别接于运放的+VCC和-VEE管脚上。在这种方式下，可把信号源直接接到运放的输入脚上，而输出电压的振幅可达正负对称电源电压。 （2）单电源供电方式 单电源供电是将运放的-VEE管脚连接到地上。此时为了保证运放内部单元电路具有合适的静态工作点，在运放输入端一定要加入一直流电位，如图3.2.1所示。此时运放的输出是在某一直流电位基础上随输入信号变化。对于图3.2.1交流放大器，静态时，运算放大器的输出电压近似为VCC/2，为了隔离掉输出中的直流成分接入电容C3。 2．集成运放的调零问题 由于集成运放的输入失调电压和输入失调电流的影响，当运算放大器组成的线性电路输入信号为零时，输出往往不等于零。为了提高电路的运算精度，要求对失调电压和失调电流造成的误差进行补偿，这就是运算放大器的调零。常用的调零方法有内部调零和外部调零，而对于没有内部调零端子的集成运放，要采用外部调零方法。下面以mA741为例，图3.2.2给出了常用调零电路。图3.2.2(a)所示的是内部调零电路；图（b）是外部调零电路。 3．集成运放的自激振荡问题 运算放大器是一个高放大倍数的多级放大器，在接成深度负反馈条件下，很容易产生自激振荡。为使放大器能稳定的工作，就需外加一定的频率补偿网络，以消除自激振荡。图3.2.3是相位补偿的使用电路。 另外，防止通过电源内阻造成低频振荡或高频振荡的措施是在集成运放的正、负供电电源的输入端对地一定要分别加入一电解电容（10mF）和一高频滤波电容（0.01mF~0.1mF）。如图3.2.3所示。 4. 集成运放的四个重要参数： (1) 增益带宽积 （GBW) GBW=Avd . fH 其中 ，Avd为中频开环增益，fH为开环上限截止频率。 以uA741为例，Avd=100dB即100000倍。fH =10Hz , GBW=10×100000=1MHz 。即该运放的 fT =1MHz 。 Avd (dB) f fH fT Avo 若运放在应用中接成闭环放大电路，其闭环放大电路的上限频率 fHF=GBW/AVF Avd (dB) f fH fT Avo AVF fHF (2) 压摆率（转换速率）SR 压摆率SR表示运放所允许的输出电压Vo对时间变化率的最大值。 若输入一正弦波电压，运算放大器输出也应是一正弦波电压。 则： 若已知 V0m，则在输出不失真的情况下，输入信号的最高频率 对于uA741，若将连接成电压跟随器电路，若输入信号为Vin=2V， f=100KHz的正弦信号，其输出波形如何？ + - vin vo 为了要求输出不失真，则要求输入信号的应小于0.8V。 vin vo (3) 共模抑制比CMRR 该项指标表示了集成运放对共模信号（通常是干扰信号）的抑制能力。定义 Avd 为开环差模增益，Avc为开环共模增益。共模抑制比这一指标在微弱信号放大场合非常重要，以为在许多实际场合，存在着共模干扰信号。 假设某一放大器的差模输入信号Vidm为10uV，而放大器的输入端存在着10V的共模干扰信号。为了使输出信