《计算机电路基础第6章.pptxVIP

计算机电路基础(第二版)何超主编中国水利水电出版社

本章提要1集成运算放大器简称运放。运放的初期是由各种分离元件构成，用于模拟计算机进行数学运算的电路，故而得名。20世纪60年代集成运放研制成功，它是把晶体管、电阻、连接导线等做在一小块半导体基片上，形成不可分割的固体块，是一种具有差动输入和多级直接耦合电路的高电压增益、宽频带、高输入电阻和低输出电阻的放大器。已被广泛应用于通讯、测量、控制、音响、电视……等诸多领域中。2本章先讨论运放的基本结构和主要性能参数；接着介绍运放在信号运算和处理方面的典型应用；最后对运放在使用过程中应注意的若干实际问题作简要介绍。3第6章集成运算放大器

6.1.1运放的电路符号与基本结构运放是一个多端器件，典型运放的一般电路符号如图6–1(a)所示。它有两个输入端，用“-”和“+”表示，分别代表反相输入端和同相输入端，一个对地输出端uo；还有一对施加直流电压的端口U+和U-，分别接入正、负电压源，用以提供运放内部各元件所需要的功率和传送给输出端负载的功率。以上五个端口是任何一种运放都必备的主要端口。另外，还有一些运放设有接地端、补偿端、调零端等端口。为电路原理图的简化，通常可将图6–1(a)运放电路符号简化为图6–1(b)所示。运放的基本结构和主要性能参数

图6–3运放内部组成原理框图

图6–4741运放的内部电路图图中标示出输入级、偏置电路、中间级和输出级的构成

“虚断路”概念1由于理想运放两个输入端之间的电压Ui＝（UP-UN）＝0，而输入电阻rid为无限大，根据欧姆定律可知，输入电流Ii＝Ui/rid＝0。所以，对于理想运放来说，无论是同相输入端还是反相输入端，都不会有信号电流输入。即2Ip＝In＝0（6–3）3这相当于运放的两个输入端之间“断路”，但又不是真正的断路，故称为“虚断路”，简称“虚断”。它表明理想运放的两个输入端不会从外部电路吸取任何电流。4尽管实际运放事实上并不具备理想条件，但运放一般都具有很高的输入电阻（rid值在10kΩ～1000kΩ之间），很低的输出电阻（ro值在50～500Ω之间）和很高的开环差模电压增益（通常Auo值在1×104～1×106之间），高性能型运放的性能参数则更加接近理想条件。因此，利用理想运放的“虚短”和“虚断”概念来分析实际运放电路，其结果一般来说不会引起明显的误差，更重要的是给分析和计算实际运放电路提供了方便。所以，由理想运放得出的上述两个重要概念，是分析运放线性电路的基本出发点。5

了解运放的性能参数，是正确挑选和使用运放的关键。运放的性能参数较多，归纳如下。运放的主要性能参数极限参数是指为了保证运放的寿命和性能，由厂商规定的绝对不能超过的值。运放在使用中，如果超过了极限参数中的任何一个参数，都可能会造成永久性破坏或性能变坏。现在生产的运放，因内部含有保护电路，即使稍微超过极限参数，也不一定会破坏，但如果引起器件异常，厂商则不负任何责任。因此，在使用运放时，仍然需要严格遵守极限参数的规定。通常有如下一些极限参数：极限参数（最大额定值）

际上运放的Auo值不但与输出电压Uo有关，而且在输入交流信号的情况下，还会随输入信号频率的变化而改变。图6-5表示为741型运放Auo的频率响应曲线。由于运放的频带有较大宽度，在低频交流信号输入时，其交流电压增益和直流电压增益基本上是一致的。所以，为了克服运放因失调而带来的测量误差，Auo值的测定实际上是在规定输出电压的幅值（例如Uo＝±10V），且输入为低频交流信号的情况下进行的。1开环带宽BW（fH）2开环带宽BW又称为-3Db带宽，是指开环差模电压增益下降3分贝时对应的频率fH。如741型运放，其Auo的频率响应如图所示。从图中可见，其fH约为7HZ。3

图6–5741型运放Auo的频率响应

rid越大，运放的性能越好。一般rid值大约在几百千欧至几兆欧之间，对于高输入阻抗的运放，rid值可达1×1012Ω以上。输出电阻是指运放在开环状态，且不接负载时输出端对地的交流等效电阻。也就是输出电压与输出电流之比。ro数值的大小，反映了运放带负载能力的弱或强。由于运放的输出级常采用互补对称电路，所以，无论是正向还是反向输出，其ro值相同且较小，一般在几十欧至几百欧之间。输出电阻ro共模特性参数这是运放处于开环状态时，加入共模信号后的特性参数。

在运放的两个输入端同时对地加入相同的信号时，其输出电压与共模输入电压之比值，称为共模电压增益Auc。理想情况下，Auc应为零。共模电压增益Auc这是指运放在共模信号输入的情况下，从输入端和地看进去的交流等效电阻。通常，运放的共模输入电阻Auc要比其差模输入电阻Aud高两个数量级