第16章 集成運算放大器

1、集成電路集成電路 是把整個電路的各個元件以及相互之是把整個電路的各個元件以及相互之間的聯(lián)接同時制造在一塊半導體芯片上間的聯(lián)接同時制造在一塊半導體芯片上, 組成一個不組成一個不可分的整體。可分的整體。：體積小、重量輕、功耗低、可體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、價格低?？啃愿摺r格低。按集成度按集成度按導電類型按導電類型按功能按功能小、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)字和模擬各類型號集成芯片各類型號集成芯片 1. 元器件參數(shù)的一致性和對稱性好；元器件參數(shù)的一致性和對稱性好； 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)射結代替。二極管多用三極管的發(fā)射結代替。16.1.2 電路的簡單說明電路的簡單說明輸入級輸入級 中間級中間級 輸出級輸出級偏置偏置電路電路運算放大器方框圖運算放大器方框圖 輸入級：輸入級：輸入電阻高，能減小零點漂移和抑制干輸入電阻高，能減小零點漂移和抑制干擾信號，都采用擾信號，都采用差分放大器差分放大器 。 中間級：中間級：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成。構成。 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：輸出級：與負載相接，要求輸出電阻低，帶負載與負載相接，要求輸出電阻低，帶負載能力強，一般由能力強，一般由互補對稱電路互補對稱電路或或射極輸出器射極輸出器構成。構成。運算放大器的管腳和符號運算放大器的管腳和符號反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端+UCCUEEuo+uu +Auo信號傳信號傳輸方向輸方向輸出端輸出端實際運放開環(huán)實際運放開環(huán)電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)(a)(b)(a) 符號符號; (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系的關系的最大輸出電壓最大輸出電壓。 2. 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益 Auo 運放運放沒有接反饋沒有接反饋電路時的差模電壓放大倍數(shù)。電路時的差模電壓放大倍數(shù)。 Auo愈高，所構成的運算電路越穩(wěn)定，運算精度也越高。愈高，所構成的運算電路越穩(wěn)定，運算精度也越高。 6. 共模輸入電壓范圍共模輸入電壓范圍 UICM 運放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值，運放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值，運放的共模抑制性能下降，甚至造成器件損壞。運放的共模抑制

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

6、算放大器及其分析依據(jù) ouA idr0or CMRRK 在分析運算放大器的電路時，一般將它看成是理在分析運算放大器的電路時，一般將它看成是理想的想的運算放大器。運算放大器。理想化的主要條件：理想化的主要條件：線性區(qū)：線性區(qū)：uo = Auo( (u+ u)非線性區(qū)：非線性區(qū)：u+ u 時，時， uo = +Uo(sat) u+ u 時，時， uo = + Uo(sat) u+ 0時，時，| 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的的信號順利通過，衰減很小，信號順利通過，衰減很小，而使高于而使高于 0的信號不易通過，的信號不易通過，衰減很大，衰減很大，稱一稱一

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 時信號衰減得時信號衰減得更快些，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，波環(huán)節(jié)串接起來，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頻率頻率角角稱為截止稱為截止RC1: 式中0 uiuoRFCR+ R1+設輸入為正弦波信號，則有設輸入為正弦波信號，則有故：故： 可見，電路使頻率大于可見，電路使頻率大

8、于 0 的信號通過的信號通過 ，而小于，而小于 0 的信號被阻止，稱為的信號被阻止，稱為有源高通濾波器有源高通濾波器。 ,0時時當當 ,時時當當 20f0)(1)(j uATf0)(juAT 0)(j T 01Fioj11)(j)(j)(j RRUUT 0f0j1 uA其模為其模為,0時時當當 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用來比較輸入信號比較輸入信號與與參考電壓參考電壓的的大大小。小。當兩者幅度相等時輸出電壓產(chǎn)生躍變，由高電當兩者幅度相等時輸出電壓產(chǎn)生躍變，由高電平變成低電平，或者由低電平變成高電平。由此來平

9、變成低電平，或者由低電平變成高電平。由此來判斷輸入信號的判斷輸入信號的 大小和極性大小和極性。 數(shù)模轉換、數(shù)字儀表、自動控制和自動檢測等數(shù)模轉換、數(shù)字儀表、自動控制和自動檢測等技術領域，以及波形產(chǎn)生及變換等場合技術領域，以及波形產(chǎn)生及變換等場合 。 1. 輸出只有兩種可能輸出只有兩種可能 +Uo (sat) 或或Uo (sat) 當當 u+ u 時，時， uo = + Uo (sat) u+UR，uo=+ Uo (sat)ui UR， uo= +UOM，T 導通。導通。 KA 動作，動作，切斷電源。切斷電源。 溫度未超過規(guī)定值，溫度未超過規(guī)定值，Ui UR， uo= UOM，T 截止。截止。

10、KA 不動作。不動作。R1R2URRR4KA+UCCTR3+uiuo電壓傳電壓傳輸特性輸特性uoiuO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, 畫出畫出 uo 的波形。的波形。Oiut解解: :運放為同相輸入過零電壓運放為同相輸入過零電壓 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 集成運放的用途廣泛，在使用前必須進行測試，集成運放的用途廣泛，在使用前必須進行測試，使用中應注意其電參數(shù)和極限參數(shù)符合電路要求，使用中應注意其電參數(shù)和極限參數(shù)符合電路要求，同時還應注意以下問題。

11、同時還應注意以下問題。 3. 調零調零 為了提高集成運放的精度為了提高集成運放的精度,消除因失調電壓和失調消除因失調電壓和失調電流引起的誤差電流引起的誤差,需要對集成運放進行調零。需要對集成運放進行調零。 集成運放的調零電路有兩類，一類是內(nèi)調零，集集成運放的調零電路有兩類，一類是內(nèi)調零，集成運放設有外接調零電路的引線端成運放設有外接調零電路的引線端, 按說明書連接即按說明書連接即可，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. 調零調零 (1)輸入端保護輸入端保護 當輸入端所加的電壓過高時會損壞集成運放，可在當輸入端所加的電壓過高時會損壞集成運放，可在輸入端加入兩個反向并聯(lián)的二極管，如圖所示，將輸輸入端加入兩個反向并聯(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內(nèi)。入電壓限制在二極管的正向壓降以內(nèi)。4. 保護保護 A741的調零電路的調零電路RPVui20k 20k uO10k (1)輸入端保護輸入端保護 輸入端