电工与电子技术第9章 集成运算放大器及其应用

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1、1第第9章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用分立电路：由各种单个元件联接起来的电子电路分立电路：由各种单个元件联接起来的电子电路集成电路：把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同集成电路：把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的整体。时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的整体。优点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格便宜优点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格便宜分类：集分类：集 成成 度度SSISSI（小规模（小规模) )、MSIMSI、LSILSI、VLSIVLSI 导电类型导电类型双极型、单极型、兼容型双极型、单极型

2、、兼容型 功功 能能数字、模拟、混合数字、模拟、混合模拟模拟集成集成电路电路集成运算放大器集成运算放大器集成功率放大器集成功率放大器集成稳压电源集成稳压电源集成数模转换电路集成数模转换电路 2 在制造工艺上，集成运放很难制造电感、电容在制造工艺上，集成运放很难制造电感、电容大电阻元件，需要时一般都采取外接的方法。大电阻元件，需要时一般都采取外接的方法。 由于制造晶体管最容易，一般采用晶体管恒流由于制造晶体管最容易，一般采用晶体管恒流源代替电阻；把源代替电阻；把晶体管晶体管的三极适当组配作二极管用。的三极适当组配作二极管用。 运放各级之间均采用运放各级之间均采用直接耦合直接耦合的方式。的方式。集

3、成电集成电路中的各个晶体管是通过同一工艺过程制作在同一路中的各个晶体管是通过同一工艺过程制作在同一硅片上的，温度性能基本保持一致，因此易制成温硅片上的，温度性能基本保持一致，因此易制成温度漂移很小的差动放大器。度漂移很小的差动放大器。9.1.1 集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点9.1 简介简介3集成运算放大器由输入级、中间级、输出级和集成运算放大器由输入级、中间级、输出级和偏置电路四个部分组成。偏置电路四个部分组成。 输入级输入级中间级中间级偏置电路偏置电路输出级输出级输输入入端端输输出出端端输入级：输入级：由差放构成由差放构成。减小零漂和抑制干扰。减小零漂和抑制干扰。中间级：中间级：

4、共射放大电路共射放大电路。用于电压放大。用于电压放大。输出级：输出级：互补对称电路互补对称电路。 降低输出电阻，提高带载能力。降低输出电阻，提高带载能力。偏置电路：由偏置电路：由恒流源电路恒流源电路构成。构成。 确定运放各级的静态工作点。确定运放各级的静态工作点。9.1.2 电路的简单说明电路的简单说明4运放举例：运放举例：F007F007 F007 1 2 3 48 7 6 5 F0077614325822反相输入端反相输入端66输出端输出端33同相输入端同相输入端44正电源端正电源端77负电源端负电源端88闲置端（闲置端（NCNC）1 1、55接调零电位器接调零电位器9.1.2 电路的简单

5、说明电路的简单说明反相输入端：反相输入端：由此端接输入信号，则输入输出由此端接输入信号，则输入输出信号反相。信号反相。同相输入端：同相输入端：由此端接输入信号，则输入输出由此端接输入信号，则输入输出信号同相。信号同相。5为了合理的选用和正确的使用运算放大器，必须了解为了合理的选用和正确的使用运算放大器，必须了解集成运算放大器的各主要参数的意义。集成运算放大器的各主要参数的意义。1最大输出电压最大输出电压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。大输出电压。F007的的Uopp约为约为1213V。2开环电压放大倍数开环电压放大倍数AUO在

6、没有外接反馈电路时所测出的差模电压放大倍数。在没有外接反馈电路时所测出的差模电压放大倍数。 AUO越高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高，越高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高，一般约为一般约为104 107。9.1.3 主要参数主要参数63开环（差模）输入电阻开环（差模）输入电阻rid运算放大器开环时，从两输入端看进去的等效动态电阻运算放大器开环时，从两输入端看进去的等效动态电阻称为开环输入电阻。称为开环输入电阻。rid越大说明集成运算放大器由差模越大说明集成运算放大器由差模信号源输入的电流就越小，信号源输入的电流就越小，F007的的rid约为约为12M。4 4输入失调电压输入失

7、调电压UIO理想的运算放大器，当输入电压为零时，即理想的运算放大器，当输入电压为零时，即u ui1i1= =u ui2i2=0=0，输出电压输出电压u uo o=0=0。但在实际的运算放大器中，由于制造中。但在实际的运算放大器中，由于制造中也很难做到参数完全对称，因此当输入电压为零时，也很难做到参数完全对称，因此当输入电压为零时， uo0 。反过来说，如果要，必须在输入端加一个很小的。反过来说，如果要，必须在输入端加一个很小的补偿电压，它就是输入失调电压。补偿电压，它就是输入失调电压。 UIO一般为几毫伏，一般为几毫伏，显然它越小越好。显然它越小越好。9.1.3 主要参数主要参数75 5输入失

8、调电流输入失调电流IIO输入失调电流是指输入信号为零时，两个输入端静态基输入失调电流是指输入信号为零时，两个输入端静态基极电流之差，即极电流之差，即IIO =IB1-IB2， IIO一般在零点零几微一般在零点零几微安级，其值越小越好。安级，其值越小越好。6 6输入偏置电流输入偏置电流IIB输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的平均值，输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的平均值，即即IIB =（IB1+IB2）/2 。这个电流也是越小越好，一般在。这个电流也是越小越好，一般在零点几微安级。零点几微安级。7.最大共模输入电压最大共模输入电压UICM集成运放对共模信号具有抑制作用，但这种抑制作

9、用要集成运放对共模信号具有抑制作用，但这种抑制作用要在规定的共模输入电压范围内才起作用。在规定的共模输入电压范围内才起作用。9.1.3 主要参数主要参数88共模抑制比共模抑制比KCMRF007型晶体管的型晶体管的KCMR约为约为80dB，目前有的晶体管的，目前有的晶体管的KCMR已高达已高达160dB，KCMR越大，说明集成运算放大器的越大，说明集成运算放大器的共模抑制性能越好共模抑制性能越好集成运算放大器的其它参数的意义是可以理解的，就不集成运算放大器的其它参数的意义是可以理解的，就不一一说明了。总之，集成运算放大器具有开环电压放大一一说明了。总之，集成运算放大器具有开环电压放大倍数高、输入

10、电阻高（约几兆欧）、输出电阻低（约几倍数高、输入电阻高（约几兆欧）、输出电阻低（约几百欧）、零点漂移小、体积小、可靠性高等优点，因此百欧）、零点漂移小、体积小、可靠性高等优点，因此它被广泛地应用于各个技术领域，已成为一种通用器件。它被广泛地应用于各个技术领域，已成为一种通用器件。9.1.3 主要参数主要参数1. 理想运算放大器理想运算放大器Auo ， rid ，ro 0 ， KCMR 2. 电压传输特性电压传输特性 uo= f (ui)线性区：线性区：uo = Auo( (u+ u)非线性区：非线性区：u+ u 时，时， uo = +Uo(sat) u+ u 时，时， uo = + Uo(sa

11、t) u+ 0 ui = Ui 1AF1。A1A111f FAF，|1+AF|1+AF|称为反馈深度，其值越大，负反馈作用越强，放大倍称为反馈深度，其值越大，负反馈作用越强，放大倍数越小。引入深度负反馈后，闭环放大倍数只取决于反馈电数越小。引入深度负反馈后，闭环放大倍数只取决于反馈电路，而与基本放大电路几乎无关。路，而与基本放大电路几乎无关。fXdXoXiX+439.4.2 9.4.2 反馈性质与类型的判别反馈性质与类型的判别负反馈与正反馈的判别，常采用的方法为负反馈与正反馈的判别，常采用的方法为瞬时瞬时极性法极性法。以。以分压式偏置放大电路分压式偏置放大电路 为例：为例：瞬时极性为正，瞬时极