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'模电课件第六章集成运放 集成运算放大器——高增益的直接耦合的集成的多级放大器。一.什么是集成运算放大器？第六章集成电路运算放大器引言二、集成电路的分类数字集成电路：如74LS00······模拟集成电路：如运算放大器、功率放大器、集成稳压电路···数、模混合集成电路：如A/D、D/A转换器···专用集成电路：如某些专用特殊功能的集成电路三、模拟集成电路的特点（P.227）1、元件对称性：常用于运算放大器的输入端；2、常用有源器件代替无源元件因为电阻电容占用硅片面积大且精度不高 3、极间耦合采用直接耦合方式4、采用复合管结构的电路作为运算放大器的输出端5、常用BJT的发射结代替电路中的二极管 三、电流源用作有源负载举例：P.2316.1.3定性分析图中所示电路，说明T1、T2在电路中的作用。T1：共集电极放大电路（射极输出器）；T2：为T1射极恒流源。 6.2差分式放大电路功能:放大两个输入信号之差.在电路完全对称的情况下，有:vo=AVd（vi1-vi2）式中：AVd—差分式放大电路的差模电压放大倍数，它表示对两个信号之差的放大能力。差模信号：两输入端对地的输入信号大小相等，极性相反时，称差模输入，即vid1＝-vid2，差模输入信号为：vid=vid1-vid2=2vid1=-2vid2。共模信号：加在差放两输入端的大小相等，极性相同的信号，即vic=vic1=vic2。一般加在两输入端的信号是任意的，但都可以分解为差模信号和共模信号，即：vi1＝vid1+vic1，vi2＝vid2+vic2,如下图所示的零漂：当ui=0,u0≠0时，相当于拆算到输入端的等效漂移电压。即为共模输入信号。 设ui1=10mvui2=6mv分解：ui1=8+2ui2=8-2共模分量：Uic1=uic2=8mv差模分量：Uid1=2mvuid2=-2mv所以，任意两个输入信号都可分解为差模信号和共模信号，其中，差模信号是两个输入信号之差，即：vid=vid1-vid2=vi1-vi2，共模信号是两个输入信号的算术平均值：vic=(vi1+vi2)/2。当用共模信号和差模信号共同表示输入信号时，有：差放的输出电压：vo=AVdvid+AVcvic式中：AVd—为差模电压放大倍数，表示对差模信号的放大力；AVc—为共模电压放大倍数，表示对共模信号的放大能力。 差动放大电路一般有两个输入端：双端输入——从两输入端同时加信号。单端输入——仅从一个输入端对地加信号。差动放大电路可以有两个输出端。双端输出——从C1和C2输出。单端输出——从C1或C2对地输出。8/25/2021 6.2.1差动放大电路一.结构:对称性结构即：1=2=UBE1=UBE2=UBErbe1=rbe2=rbeRC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb 1．静态分析静态时，vi1=vi2=0，电路对称，VBE1＝VBE2＝VBE，RC1＝RC2＝RC，所以，vE＝－VBE，VCE1＝VCE2＝VC1－VE＝VCC－IC1RC+VBE输出电压：Vo＝VC1－VC2＝0。2.抑制零点漂移的原理:零漂现象：输入ui=0时，，输出有缓慢变化的电压产生。产生零漂的原因：由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。 特点：１变法缓慢２）漂移信号在直接耦合放大电路中能逐级放大差放对零漂抑制作用原理：因电路对称，IC1=IC2，VC1=VC2所以：VC=（ＶＣ１＋VC1）－（ＶＣ２＋VC2）=ＶＣ１－ＶＣ２３．差模特性差放输入为差模信号，即vi1=vid1,vi2=vid2=－vid1双端输入、双端输出；Ａ）差模信号的交流通路: 由于vi1=-vi2，IB1=-IB2,IC1=-IC2VE=（IE1＋IE2）r0=0所以r0对差模信号相当于交流短路.RL：因为RL两端的电压：vC1=-vC2,所以RL中点电位为零，相当于接地，各三极管所带负载为RL的一半，即RL/2。Ｂ）差模电压放大倍数：单边等效电路如图若负载开路，即RL=则：所以，双端输出时，电路的电压放大倍数等于单边等效电路的电压放大倍数。 Ｃ)差模输入电阻为两个单边等效电路的输入电阻之和，即：Rid＝Rid1+Rid2=2Rid1＝2rbeＤ）差模输出电阻双端输出时：即：Rod＝2Rod1＝2RC２）双端输入、单端输出：即：从T1管取输出….反相输出单端输出时，电压放大倍数等于单边等效电路电压放大倍数的一半。 从T2管取输出….同相输出输入电阻Ri：与输出方式无关，Ri＝2rbe输出电阻Ro：Rod＝Rod1＝RC３）单端输入：vi1=vid，vi2=0，可分解为差模信号和共模信号：单端输入时与双端输入完全相同的特性。 归纳：①差放电路的各项性能指标（AVd、Rid、Rod）只与输出方式有关，与输入方式无关。②双端输出时，AVd＝AVd1，Rod=2Rod1；单端输出时，AVd＝AVd1/2，Rod=Rod1。③输入电阻Rid与输入、输出方式都无关Rid=2Rid1。４、共模特性1）共模信号的交流通路：r0：i0=iE1+iE2=2iE1，vE=i0r0=2iE1r0=iE1（2r0）RL:电路对称vC1=vC2流过RL的共模信号电流为零.RL对共模信号相当于开路。得交流通路:作业：P.269-T6.1.2，T6.2.2 2)共模电压放大倍数双端输出:因电路的对称:voc=voc1-voc20单端输出:一般:（1+）·2r0>>rbe，>>1，3)共模输入电阻:4)共模输出电阻:双端输出时：ROC=2Roc1=2RC单端输出时：ROC=Roc1=RC 5)共模抑制比KCMR:也用分贝（dB）数来表示:定义：P.236，KCMR＝|AVd/AVC|，它是衡量放大器对抑制共模信号的能力的大小。要求KCMR越大越好。集成运放的KCMR至少＞70dB（103）。双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比： 6)、如何提高共模抑制比KCMR1、简单差放存在的问题①差分电路两边的元器件参数、性能不可能完全一致；②双端输出时，AVC→0，才能使KCMR→∞；如是单端输出，AVC1＝RL,/（2RE），而工程上又往往要求输出信号有一端接地，即采用是单端输出，简单的差放不能使KCMR→∞；2、解决的办法：只有加大RE。RE称为射极等效电阻。①在两个差分管的射极处加接“长尾电阻”Re。当然，Re越大越好。（如P.271—T6.2.5、6.2.6）②Re太大，不便集成，采用恒流源代替Re。（如P.271—T6.2.3、6.2.7） 例1:电路如右图所示，已知，1=2=50，VCC=VEE=15V，RC=RL=10K，RE=20K,RB=5.1K，求：（1）静态工作点。（2）双端输出时的差模电压放大倍数AVd、差模输入电阻Rid及输出电阻Rod；（3）当RL接在T1的集电极与地之间时的差模电压放大倍数AVd、共模电压放大倍数AVc及共模抑制比KCMR。（4）vi1=5mV，vi2=1mV时，求T1管输出时的输出电压vo1解：1.静态分析确定静态工作点：静态时vi1=vi2=0，由基极回路可列出：因：VEE>>VBE，（1+）RE>>RB，所以： ②画出单边差模信号微变等效电路如图:双端输出时：③单端输出时： 画出单边共模信号微变等效电路如图所示：④当vi1=5mV，vi2=1mV时， 例2：P.2716.2.3电路如图题6.2.3所示，Re1＝Re2＝100Ω，BJT的β＝100，VBE＝0.6V，求：（1）Q点（IB1、IC1、VCE1）；（2）当ui1＝0.01V、ui2＝－0.01V时，求输出电压uO＝uO1－uO2的值；（3）当C1、C2间接入负载电阻RL＝5.6kΩ时，求uO的值；（4）求电路的差模输入电阻Rid、共模输入电阻Ric和输出电阻Ro。解：（1）求Q点：IC1＝IC2≈IO/2＝2÷2＝1mAIB1＝IB2＝IC/β＝1mA/100＝10μA静态时：Vi1＝Vi2＝0；VB1＝0；VBE1＝－0.6V，VCE1＝VCC－IC1·RC1－VBE1＝5V（2）求输出电压VOrbe＝200＋（1＋β）×26／IEQ≈2.8kΩuO＝AVD·uid＝AVD（ui1－ui2）≈－0.87V（3）求uOuO＝AVD·uid＝Aid（ui1－ui2）＝－0.29V （4）求Rid、RiC、RORid＝2［rbe＋（1＋β）Re1］＝2［2.8＋（1＋100）×0.1］＝25.8kΩRiC＝［rbe＋（1＋β）Re1＋2(1＋β)ro］/2≈2ro（1＋β）/2＝ro（1＋β）＝100×（1＋100）≈10MΩRO＝2RC＝2×5.6＝11.2kΩ 6.3集成电路运算放大器一.集成运放的总体结构 二.简单的集成运放原理电路： ＋－u-－u+uo三.集成运算放大器符号（极性及瞬时极性法）国际符号：国内符号：集成运放的特点：电压增益高输入电阻大输出电阻小反相输入端同相输入端输出端 三、通用型集成运算放大器××741简介（P.247图6.3.3） 6.4集成电路运算放大器的主要参数为了正确挑选和使用集成运放，必须搞清它的参数的含义。见P.249～253。理想运放（P.253）：1、开环差模电压增益AVO→∞；2、开环差模输入电阻rid→∞；3、开环输出电阻ro→0；4、共模电压放大倍数Aoc→0；5、共模抑制比KCMR→∞；6、输入偏置电流II+＝II－＝0；7、失调电压VIO＝0，失调电流IIO＝0。理想集成运放的两个重要概念（P.329）：1、输入偏置电流IP＝IN＝0，没有电流流进运放，运放两输入端间像断开一样，称为“虚断”；2、失调电压VIO＝0，失调电流IIO＝0，运放两输入端间像导线短接一样，称为“虚短”。典型集成电路运算放大器参数表见P.257表6.5.1。作业：P.272—T6.2.4预习：第七章§7.1 课题研究背景 COPD流行病学现状在世界范围内，COPD是导致死亡的第六位病因。到2020年，它将成为第三位致死病因。我国北部、中部部分地区成人调查结果显示COPD在成人中的患病率为3%。每年由于COPD造成的死亡可达100万，致残人数达500万-1000万。 COPD带来社会和经济负担WHO统计1990年因疾病造成的负担中COPD排在12位。1995年，美国花费在COPD上的医疗费为147亿美元，远远超过任何一种其他肺部疾病。国内统计：1992～1994年，每位肺心病患者的住院费用平均为1.0万RMB。而在1995～1997年，这一数字已上升至2.0万RMB。 COPD带来社会和经济负担COPD不仅造成大量医药资源浪费，还引起不可低估的家庭和社会问题：劳动力丧失（误工、提前病退）患者生活质量降低患者家庭负担增重 COPD与吸烟COPD患者中80%-90%为长期重度吸烟者吸烟者中大约15%左右的人发展为COPD预防COPD的主要措施是大力控制吸烟国内控烟工作现况不令人满意戒烟工作缺乏针对性，COPD预防缺乏明确目标人群我们尚未找到吸烟引起COPD易感性标志 控烟现况不令人满意1996年我国14岁以上成人吸烟率为37.62%，推算我国现有烟民3亿多。烟民中16.8%的人打算戒烟，9.4%的人正在戒烟，仅有3.5%吸烟者戒烟成功。目前吸烟者中起码有10%-15%的人20-30年后又会成为新的COPD患者。BACK COPD易感性研究儿童时期下呼吸道感染出生低体重遗传：微粒体环氧化物水解酶（mEPHX）谷胱甘肽S转移酶（GSTP1）1抗糜蛋白酶（1ACT）肿瘤坏死因子（TNF-）IL-10基因微卫星DNA不稳定性 COPD发病机理氧化-抗氧化失衡蛋白酶-抗蛋白酶失衡炎症过程 COPD恶化原因反复发生病毒与细菌感染常是COPD病情加重的原因。分泌型IgA（SIgA）是构成人体呼吸道黏膜屏障的重要组成部分。COPD患者外周血及唾液中IgA水平下降，防御及损伤修复能力降低，易遭受呼吸道病毒和细菌侵袭。 COPD防治现状长期以来人们把主要精力、财力用于COPD晚期——肺心病、呼吸衰竭的治疗。但是收效不大：多年来肺心病病死率徘徊于15%左右。虽然近年来人们开始重视研究COPD发病机制的研究，但尚未找到一种能有效阻止COPD进展的措施。 课题研究目标一.找出吸烟引起COPD多个因素综合作用模式。二.对轻、中度COPD患者进行以戒烟为基础的综合干预的效果估评及其机制研究，摸索出一套适合于我国国情的COPD防治办法。 课题研究内容和方法第一部分COPD易感性研究 COPD的易感性研究观察组：100例轻中度COPD患者（长期吸烟者），吸烟指数>20包年，FEV1/FVC%<70%，50%