集成运算放大器讲义.ppt

第16章 集成运算放大器 16.1 集成运算放大器的简单介绍 分立电路： 集成电路： 集 成 度：SSI、MSI、LSI、 VLSI （ASI） 导电类型：双极型、单极型 兼容型 信号类型：数字、模拟、混合 优 点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高 模拟集成电路：集成运算放大器、集成功率 放大器、集成稳压电源、集成数模转 换电路 16.1.1 集成运算放大器的特点 尽量避免使用电容。 输入级采用差动放大电路。 电阻值大致为100Ω～ 30kΩ。 二极管都采用三极管构成。 16.1.2 电路的简单说明 一、运放构成 输 入 级：由差放构成。可减小零点漂移和抑制干扰。 中 间 级：共射放大电路。用于电压放大。 输 出 级：互补对称电路。降低输出电阻，提高带载 能力。 偏置电路：由恒流源电路构成。确定运放各级的静态 工作点。 在制造工艺上，运放中很难制造电感、电容元件，所以需要时一般都采取外接的方法。制造电阻比较容易，而制造晶体管却最容易。 运放举例：LM741 2—反相输入端 出于集成化的原因及放大缓变信号和直流信号的需要，运放各级之间均采用直接耦合的方式。 6—输出端 3—同相输入端 4—负电源端 7—正电源端 8—闲置端（NC） 1、5—接调零电位器 二、运放特点 开环电压放大倍数高(104-107)； 输入电阻高（约几百KΩ）； 输出电阻低（约几百Ω）； 漂移小、可靠性高、体积小、 重量轻、价格低 。 16.1.3 主要参数 1、最大输出电压UOPP—能使输 出电压与输入电压保持不失真 关系的最大输出电压。 2、开环电压放大倍数Auo—没有外接反馈时所测出的差模电压放大倍数。 3、输入失调电压Uio—为使输出等于零而在输入端加的微小补偿电压。（调零工作已由调零电位器来完成，如前所述） 4、输入失调电流Ii—当输入信号为零时，两个输入端的静态基极电流之差。其值愈小愈好。一般在零点零几微安级。 5、输入偏置电流IiB—当输入信号为零时，两个输入端的静态基极电流的平均值，其值愈小愈好。一般在零点几微安级。 6、最大共模输入电压UiCM —运放对共模信号具有抑制的性能，但这个性能是在规定的共模电压范围内才具备。如超出这个电压，运放的共模抑制能力就大为下降，甚至造成器件损坏。 3）开环输出电阻 ro→0 2）差模输入电阻 rid→∞ 4）共模抑制比 KCMRR→∞ 理想化条件： 1）开环电压放大倍数 Auo→∞ 16.1.4 理想运算放大器及其分析依据 实际运放的参数指标很接近理想化条件，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。 右图所示为运放输入和输出电压的关系曲线，称为传输特性。从图中看到，实际运放的传输特性与理想运放比较接近。 运算放大器的传输特性 虚地 虚断 虚短 从运放的输入特性看，可分为线性区和饱和区，运放在不同区工作时的分析方法不同： 线性区： uo=Auo(u+-u-) rid→∞ ，故 两输入端的输 入电流为零。 Auo→∞ ，uo为有限值， 故 u+-u-=uo/Auo≈0 即 u+ ≈ u- 分析依据 当有信号输入时，如同相端接地，即u+=0 则 u- ≈ 0 虚短 饱和区： uo≠Auo(u+-u-) 当u+ u- 时,uo=＋uo(sat) 当u+ u- 时,uo=－uo(sat) 但两输入端的输入电流仍为零。 运放能完成信号的代数运算有：比例、加减、积分与微分等简单运算，还能完成对数与反对数以及乘除等复杂运算。它们都是线性范围内的运算，都适用叠加原理。 16.2 运放在信号运算方面的应用 在讨论运放的运算功能之前，要弄清几个问题：如何保证运放工作在线性区 ? 我们知道：Auo→∞，即当输入差模信号极小时（如毫伏级以下的信号），也足以使运放饱和。 我们还知道：负反馈能减小放大倍数，且反馈愈深作用愈明显；加上负反馈还可在其它方面改善放大电路的性能，所以—— 解决之道是：在电路中引入深度负反馈。 下面的问题是从输出端将反馈引到同相端还是反相端 ？ 答案是： 引回到反相端 16.2.1 比例运算 1、反相输入 Rf —反馈电阻； R2 —平衡电阻，用于消除静态基极电流对输出电压的影响。 R2= R1∥Rf 由KCL、KVL和运放工作在线性区的