第一節(jié)集成運算放大器

1、學(xué)科模擬電子班 級12秋機電日 期授課教師課題集成運算放大器課時數(shù)課 型新授教學(xué)目標(biāo)1了解差分放大器的電路特點、工作原理。2了解集成電路的分類、特點和集成運放主要參數(shù)。3掌握集成運算放大器的理想化特性。4掌握集成運算放大器的基本運算電路和工作原理。5了解集成運算放大器的應(yīng)用知識。教學(xué)重點難點1差分放大器抑制共模信號的過程。2利用理想化特性分析運算放大器。教具教學(xué)過程內(nèi)容、步驟、方法附 記一、知識總述 在半導(dǎo)體制造工藝的基礎(chǔ)上，把整個電路中的元器件制作在一塊硅基片上，構(gòu)成特定功能的電子電路，稱為集成電路（Integrated Circuits，簡稱IC）。它的體積小，而性能卻很好。自1959年世

2、界上出現(xiàn)第一塊集成電路至今，經(jīng)過五十年時間的發(fā)展，它已深入到一切產(chǎn)業(yè)的每種產(chǎn)品中。在導(dǎo)彈、衛(wèi)星、戰(zhàn)車、艦船、飛機等軍事裝備中；在數(shù)控機床、儀器儀表等工業(yè)設(shè)備中；在通信和計算機中；在音響、電視、錄象、洗衣機、電冰箱等家用電器中都采用了集成電路。二、集成運算放大器的組成和電路符號集成運放的內(nèi)部電路通常由偏置電路、輸入級、中間級和輸出級組成。輸入極是集成運放性能指標(biāo)好壞的關(guān)鍵，常采用差分放大電路來減小溫度漂移，并提供運放的同相輸入端和反相輸入端。中間級主要用來放大，常采用帶有源負載的共發(fā)射極放大電路來提高電壓增益。輸出極用來提高輸出電壓和電流的幅度，要求輸出功率和帶負載能力強。常用PNP和NPN管構(gòu)

3、成的互補對稱共集電極放大電路，又稱OCL功率放大電路。并設(shè)有過載保護措施。 三、集成運放組成框圖四、集成運算放大器的組成和電路符號運算放大器電路符號1、反相輸入端，用符號“”表示。由此輸入的信號，輸出與輸入信號反相；2、同相輸入端，用符號“+”表示。由此輸入的信號，輸出與輸入信號同相；3、 表示放大器，三角形所指方向為信號的傳輸方向。4、無窮大符號代表放大倍數(shù)無窮大注意：大多數(shù)集成運放需要兩個直流電源：正電源+VCC和負電源VCC、教學(xué)過程內(nèi)容、步驟、方法附 記集成運算放大器的外形和符號集成運算的封裝有塑料雙列直插式、單列直插式、陶瓷扁平式、金屬元殼式等。集成運算放大器的放大倍數(shù)和參數(shù)一、兩種

4、放大倍數(shù)圖5.1.1 集成運放的開環(huán)放大倍數(shù)1開環(huán)放大倍數(shù)AVO開環(huán)放大倍數(shù)AVO：無反饋時集成運放的放大倍數(shù)。如圖所示。 2閉環(huán)放大倍數(shù)AVF閉環(huán)放大倍數(shù)AVF：有反饋時集成運放的放大倍數(shù)稱為閉環(huán)放大倍數(shù)。其數(shù)值根據(jù)具體電路的反饋情況來計算。二、主要參數(shù)1輸入失調(diào)電壓VIO輸入電壓為零時，為了使放大器輸出電壓為零，在輸入端外加的補償電壓。一般為毫伏級。它表征電路輸入部分不對稱的程度，VIO越小，運放性能越好。2輸入失調(diào)電流IIO輸入電壓為零時，為了使放大器輸出電壓為零，在輸入端外加的補償電流。其值為兩個輸入端靜態(tài)基極電流之差。3輸入偏置電流IIB輸入電壓為零時，兩個輸入端靜態(tài)基極電流的平均值

5、。一般為微安數(shù)量級，IIB越小越好。4開環(huán)電壓放大倍數(shù)AVO 電路開環(huán)情況下，輸出電壓與輸入差模電壓之比。AVO越大，集成運放運算精度越高。一般中增益運放的AVO可達105倍。5開環(huán)輸入阻抗ri指電路開環(huán)情況下，差模輸入電壓與輸入電流之比。ri越大，運放性能越好。一般在幾百千歐至幾兆歐。6開環(huán)輸出阻抗ro電路開環(huán)情況下，輸出電壓與輸出電流之比。ro越小，運放性能越好。一般在幾百歐左右。7共模抑制比KCMR電路開環(huán)情況下，差模放大倍數(shù)AVD與共模放大倍數(shù)AVC之比。KCMR越大，運放性能越好。一般在80dB以上。8輸出電壓峰 - 峰值VOPP放大器在空載情況下，最大不失真電壓的峰-峰值。9靜態(tài)功

6、耗PD電路輸入端短路、輸出端開路時所消耗的功率。10開環(huán)帶寬BW開環(huán)電壓放大倍數(shù)隨信號頻率升高而下降3 dB所對應(yīng)的帶寬。以上參數(shù)可根據(jù)集成運放的型號，從產(chǎn)品說明書等有關(guān)資料中查閱。三、集成運放產(chǎn)品分類簡介1通用型通用型集成運放的特點是：最大差模輸入電壓和最大共模輸入電壓大；輸出有短路保護功能；電源電壓適用范圍寬；不需外接補償電容。如性能較好的CF741等。2特殊型特殊型集成運放的特點是突出某項性能指標(biāo)。如：(1) 高輸入阻抗型 差模輸入電阻不小于109 W。(2) 高精度型 DVIO/DT小于2mV/°C 。(3) 寬帶型 增益帶寬大。(4) 低功耗型 當(dāng)電源電壓 ±15

7、 V時，最大功耗不大于6 mW。(5) 高速型 轉(zhuǎn)換速率大于30 V/ms。(6) 高壓型 輸出電壓較高。五、反相輸入比例運算電路圖所示的電路，是電壓并聯(lián)負反饋放大電路。根據(jù)運放“理想特性”，而vO又是有限值，則 所以 故反相輸入比例運放的閉環(huán)放大倍數(shù)為 輸出電壓為 圖 反相比例放大電路 結(jié)論，反相輸入比例運算電路的閉環(huán)放大倍數(shù)只取決于與之比，與開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān)；輸出電壓與輸入電壓成反相比例關(guān)系。由于vA » 0，即A端的電位接近于零電位，但實際并沒有接地，所以通常把A端稱為“虛地”。六、同相輸入比例運算電路圖所示的電路，是電壓串聯(lián)負反饋放大電路。根據(jù)運放“理想特性”，而vO又為有限值。得，因此，輸入電壓為 = 其中 故同相輸入比例運放的閉環(huán)放大倍數(shù)為教學(xué)過程內(nèi)容、步驟、方法附 記教學(xué)過程內(nèi)容、步驟、方法附 記輸出電壓 圖5.1.3 同相比例運算放大電路從以上分析可以得出結(jié)論：同相輸入比例運算電路的放大倍數(shù)與無關(guān)，只取決于與的比值；輸出電壓與輸入電壓同相且成比例關(guān)系。 七、集成運算放大器的理想特性集成運放的理想特性為：1輸入信號為零時，輸出端應(yīng)恒定為零；2輸入阻抗ri = ¥ ；3輸出阻抗ro = 0；4頻帶寬度BW應(yīng)從0 ® ¥ ；5開