第16章 集成運(yùn)算放大器

1、集成電路集成電路 是把整個(gè)電路的各個(gè)元件以及相互之是把整個(gè)電路的各個(gè)元件以及相互之間的聯(lián)接同時(shí)制造在一塊半導(dǎo)體芯片上間的聯(lián)接同時(shí)制造在一塊半導(dǎo)體芯片上, 組成一個(gè)不組成一個(gè)不可分的整體?？煞值恼w。：體積小、重量輕、功耗低、可體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、價(jià)格低?？啃愿摺r(jià)格低。按集成度按集成度按導(dǎo)電類(lèi)型按導(dǎo)電類(lèi)型按功能按功能小、中、大和超大規(guī)模小、中、大和超大規(guī)模雙、單極性和兩種兼容雙、單極性和兩種兼容數(shù)字和模擬數(shù)字和模擬各類(lèi)型號(hào)集成芯片各類(lèi)型號(hào)集成芯片 1. 元器件參數(shù)的一致性和對(duì)稱(chēng)性好；元器件參數(shù)的一致性和對(duì)稱(chēng)性好； 2. 電阻的阻值受到限制，大電阻常用三極管恒流電阻的阻值受到限制，

2、大電阻常用三極管恒流源代替，電位器需外接；源代替，電位器需外接； 3. 電容的容量受到限制，電感不能集成，故大電電容的容量受到限制，電感不能集成，故大電容、電感容、電感 和變壓器均需外接；和變壓器均需外接； 4. 二極管多用三極管的發(fā)射結(jié)代替。二極管多用三極管的發(fā)射結(jié)代替。16.1.2 電路的簡(jiǎn)單說(shuō)明電路的簡(jiǎn)單說(shuō)明輸入級(jí)輸入級(jí) 中間級(jí)中間級(jí) 輸出級(jí)輸出級(jí)偏置偏置電路電路運(yùn)算放大器方框圖運(yùn)算放大器方框圖 輸入級(jí)：輸入級(jí)：輸入電阻高，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干輸入電阻高，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號(hào)，都采用擾信號(hào)，都采用差分放大器差分放大器 。 中間級(jí)：中間級(jí)：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用要求電壓放大倍

3、數(shù)高。常采用共發(fā)射極共發(fā)射極放大電路放大電路構(gòu)成。構(gòu)成。 偏置電路偏置電路: 由鏡像恒流源等電路組成由鏡像恒流源等電路組成 輸出級(jí)：輸出級(jí)：與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，一般由能力強(qiáng)，一般由互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路或或射極輸出器射極輸出器構(gòu)成。構(gòu)成。運(yùn)算放大器的管腳和符號(hào)運(yùn)算放大器的管腳和符號(hào)反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端+UCCUEEuo+uu +Auo信號(hào)傳信號(hào)傳輸方向輸方向輸出端輸出端實(shí)際運(yùn)放開(kāi)環(huán)實(shí)際運(yùn)放開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)(a)(b)(a) 符號(hào)符號(hào); (b)引腳引腳 7 6 5 F0071 2 3 4 U-U+-UCC+

4、UCC輸出輸出16.1.3 主要參數(shù)主要參數(shù) 1. 最大輸出電壓最大輸出電壓 UOPP 能使輸出和輸入保持能使輸出和輸入保持不失真不失真關(guān)系的關(guān)系的最大輸出電壓最大輸出電壓。 2. 開(kāi)環(huán)差模電壓增益開(kāi)環(huán)差模電壓增益 Auo 運(yùn)放運(yùn)放沒(méi)有接反饋沒(méi)有接反饋電路時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)。電路時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)。 Auo愈高，所構(gòu)成的運(yùn)算電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也越高。愈高，所構(gòu)成的運(yùn)算電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也越高。 6. 共模輸入電壓范圍共模輸入電壓范圍 UICM 運(yùn)放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值，運(yùn)放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值，運(yùn)放的共模抑制性能下降，甚至造成器件損壞。運(yùn)放的共模抑制

5、性能下降，甚至造成器件損壞。 3. 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 UIO 4. 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 IIO 5. 輸入偏置電流輸入偏置電流 IIB1. 開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù) 2. 開(kāi)環(huán)輸入電阻開(kāi)環(huán)輸入電阻3. 開(kāi)環(huán)輸出電阻開(kāi)環(huán)輸出電阻4. 共模抑制比共模抑制比 由于實(shí)際運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)接近理想化條件，由于實(shí)際運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)接近理想化條件，用理想運(yùn)算放大器分析電路可使問(wèn)題大大簡(jiǎn)化用理想運(yùn)算放大器分析電路可使問(wèn)題大大簡(jiǎn)化, 為此為此,后面后面對(duì)運(yùn)算放大器的分析都是按其理想化條件進(jìn)行的。對(duì)運(yùn)算放大器的分析都是按其理想化條件進(jìn)行的。16.1.4 理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)理想運(yùn)

6、算放大器及其分析依據(jù) ouA idr0or CMRRK 在分析運(yùn)算放大器的電路時(shí)，一般將它看成是理在分析運(yùn)算放大器的電路時(shí)，一般將它看成是理想的想的運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器。理想化的主要條件：理想化的主要條件：線(xiàn)性區(qū)：線(xiàn)性區(qū)：uo = Auo( (u+ u)非線(xiàn)性區(qū)：非線(xiàn)性區(qū)：u+ u 時(shí)，時(shí)， uo = +Uo(sat) u+ u 時(shí)，時(shí)， uo = + Uo(sat) u+ 0時(shí)，時(shí)，| T(j )| 衰減很快衰減很快 顯然，電路能使低于顯然，電路能使低于 0的的信號(hào)順利通過(guò)，衰減很小，信號(hào)順利通過(guò)，衰減很小，而使高于而使高于 0的信號(hào)不易通過(guò)，的信號(hào)不易通過(guò)，衰減很大，衰減很大，稱(chēng)一稱(chēng)一

7、階有源低通階有源低通濾波器。濾波器。 為了改善濾波效果，為了改善濾波效果，使使 0 時(shí)信號(hào)衰減得時(shí)信號(hào)衰減得更快些，常將兩節(jié)更快些，常將兩節(jié)RC濾濾波環(huán)節(jié)串接起來(lái)，波環(huán)節(jié)串接起來(lái)，組成組成二階有源低通濾波器。二階有源低通濾波器。uoRFCR+ R1+ui+RC一階一階二階二階 幅頻特性幅頻特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | O 01F1Fioj11j111 RRRCRRUUi1jUCRRU URRU)(11Fo頻率頻率角角稱(chēng)為截止稱(chēng)為截止RC1: 式中0 uiuoRFCR+ R1+設(shè)輸入為正弦波信號(hào)，則有設(shè)輸入為正弦波信號(hào)，則有故：故： 可見(jiàn)，電路使頻率大于可見(jiàn)，電路使頻率大

8、于 0 的信號(hào)通過(guò)的信號(hào)通過(guò) ，而小于，而小于 0 的信號(hào)被阻止，稱(chēng)為的信號(hào)被阻止，稱(chēng)為有源高通濾波器有源高通濾波器。 ,0時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) ,時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) 20f0)(1)(j uATf0)(juAT 0)(j T 01Fioj11)(j)(j)(j RRUUT 0f0j1 uA其模為其模為,0時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) 2)(jf0uAT 幅頻特性幅頻特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | O 電壓比較器電壓比較器用來(lái)用來(lái)比較輸入信號(hào)比較輸入信號(hào)與與參考電壓參考電壓的的大大小。小。當(dāng)兩者幅度相等時(shí)輸出電壓產(chǎn)生躍變，由高電當(dāng)兩者幅度相等時(shí)輸出電壓產(chǎn)生躍變，由高電平變成低電平，或者由低電平變成高電平。由此來(lái)平

9、變成低電平，或者由低電平變成高電平。由此來(lái)判斷輸入信號(hào)的判斷輸入信號(hào)的 大小和極性大小和極性。 數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字儀表、自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測(cè)等數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字儀表、自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測(cè)等技術(shù)領(lǐng)域，以及波形產(chǎn)生及變換等場(chǎng)合技術(shù)領(lǐng)域，以及波形產(chǎn)生及變換等場(chǎng)合 。 1. 輸出只有兩種可能輸出只有兩種可能 +Uo (sat) 或或Uo (sat) 當(dāng)當(dāng) u+ u 時(shí)，時(shí)， uo = + Uo (sat) u+UR，uo=+ Uo (sat)ui UR， uo= +UOM，T 導(dǎo)通。導(dǎo)通。 KA 動(dòng)作，動(dòng)作，切斷電源。切斷電源。 溫度未超過(guò)規(guī)定值，溫度未超過(guò)規(guī)定值，Ui UR， uo= UOM，T 截止。截止。

10、KA 不動(dòng)作。不動(dòng)作。R1R2URRR4KA+UCCTR3+uiuo電壓傳電壓傳輸特性輸特性u(píng)oiuO例例2: 電路如圖所示電路如圖所示, ui 是一正弦電壓是一正弦電壓, 畫(huà)出畫(huà)出 uo 的波形。的波形。Oiut解解: :運(yùn)放為同相輸入過(guò)零電壓運(yùn)放為同相輸入過(guò)零電壓 比較器比較器uoOtOtou Otou 各電壓波形如右圖所示。各電壓波形如右圖所示。R1R2uiuo+ou ou CDRLR 16.6 集成運(yùn)放的用途廣泛，在使用前必須進(jìn)行測(cè)試，集成運(yùn)放的用途廣泛，在使用前必須進(jìn)行測(cè)試，使用中應(yīng)注意其電參數(shù)和極限參數(shù)符合電路要求，使用中應(yīng)注意其電參數(shù)和極限參數(shù)符合電路要求，同時(shí)還應(yīng)注意以下問(wèn)題。

11、同時(shí)還應(yīng)注意以下問(wèn)題。 3. 調(diào)零調(diào)零 為了提高集成運(yùn)放的精度為了提高集成運(yùn)放的精度,消除因失調(diào)電壓和失調(diào)消除因失調(diào)電壓和失調(diào)電流引起的誤差電流引起的誤差,需要對(duì)集成運(yùn)放進(jìn)行調(diào)零。需要對(duì)集成運(yùn)放進(jìn)行調(diào)零。 集成運(yùn)放的調(diào)零電路有兩類(lèi)，一類(lèi)是內(nèi)調(diào)零，集集成運(yùn)放的調(diào)零電路有兩類(lèi)，一類(lèi)是內(nèi)調(diào)零，集成運(yùn)放設(shè)有外接調(diào)零電路的引線(xiàn)端成運(yùn)放設(shè)有外接調(diào)零電路的引線(xiàn)端, 按說(shuō)明書(shū)連接即按說(shuō)明書(shū)連接即可，如常用的可，如常用的 741，其中電位器，其中電位器RP可選擇可選擇10k的的電位器電位器, 如圖所示。如圖所示。1. 選用元件選用元件2. 消振消振3. 調(diào)零調(diào)零 (1)輸入端保護(hù)輸入端保護(hù) 當(dāng)輸入端所加的電壓過(guò)高時(shí)會(huì)損壞集成運(yùn)放，可在當(dāng)輸入端所加的電壓過(guò)高時(shí)會(huì)損壞集成運(yùn)放，可在輸入端加入兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管，如圖所示，將輸輸入端加入兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管，如圖所示，將輸入電壓限制在二極管的正向壓降以?xún)?nèi)。入電壓限制在二極管的正向壓降以?xún)?nèi)。4. 保護(hù)保護(hù) A741的調(diào)零電路的調(diào)零電路RPVui20k 20k uO10k (1)輸入端保護(hù)輸入端保護(hù) 輸入端