第16章集成運算放大器

1、下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄 集成運算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多集成運算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的級直接耦合放大電路。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。一種模擬集成電路。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(dǎo)體芯片上間的聯(lián)接同時制造在一塊半導(dǎo)體芯片上, 組成一個不組成一個不可分的整體?？煞值恼w。：體積小、重量輕、功耗低、可體積小、重量

2、輕、功耗低、可靠性高、價格低。靠性高、價格低。按集成度按集成度按導(dǎo)電類型按導(dǎo)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)字和模擬下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄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，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

3、；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。下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄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，都采用帶恒流源的差分放大器擾信號，都采用帶恒流源的差分放大器 。 中間級：中間級：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。 偏置電路偏置電路: 由鏡像恒流源等電

4、路組成由鏡像恒流源等電路組成 輸出級：輸出級：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)，一般由互補對稱電路或射極輸出器構(gòu)成。能力強(qiáng)，一般由互補對稱電路或射極輸出器構(gòu)成。下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄 15VI3430PfR815VUi1IET1T3T7T5R1R2R3T4T6T2I82IB9T8IC9T9IB13IB122IB13T13IRR5R6T15R7D2D1T16T17T18T19T14R9T10T11R4I10Ui2F007的內(nèi)部電路圖的內(nèi)部電路圖 下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄運算放大器的管腳和符號運算放

5、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8 7 6 5 F0071 2 3 4 U-U+-UCC+UCC輸出輸出下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄集成運放集成運放 741的的電路原理圖電路原理圖同相輸入同相輸入輸入級輸入級偏置電路偏置電路中間級中間級輸出級輸出級+UCCuo+- -UEET12T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T13T14T16T18T17T20T15T19R1R2R3

6、R4R5R7R8R9R10R11R12C同相輸入同相輸入輸出輸出下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄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不失真關(guān)系的最大輸出電壓。能使輸出和輸入保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。 2. 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益 Auo 運放沒有接反饋電路時的差模電壓放大倍數(shù)。運放沒有接反饋電路時的差模電壓放大倍數(shù)。 Auo愈高，所構(gòu)成的運算電路越穩(wěn)定，運算精度也越高。愈高，所構(gòu)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

7、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 IIB下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄1. 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(shù)指標(biāo)接近理想化條件，由于實際運算放大器的技術(shù)指標(biāo)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

8、, 為此為此,后后面對運算放大器的分析都是按其理想化條件進(jìn)行的。面對運算放大器的分析都是按其理想化條件進(jìn)行的。16.1.4 理想運算放大器及其分析依據(jù)理想運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。理想化的主要條件：運算放大器。理想化的主要條件：下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄線性區(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 ui =

9、 Ui 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 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下一頁下一頁返回返回上一頁

10、上一頁退出退出章目錄章目錄 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(shè)輸入為正弦波信號，則有設(shè)輸入為正弦波信號，則有故：故：下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄 可見，電路使頻率大于可見，電路使頻率大于 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(dāng)當(dāng) ,時時當(dāng)當(dāng) 20f0)(1)(j uATf0)(juAT 0)(j T 01Fioj11)(j)(j)(j RRUUT 0f0j1 u

11、A其模為其模為,0時時當(dāng)當(dāng) 2)(jf0uAT 幅頻特性幅頻特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | O下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄 SuC+ui+uo+ 模擬開關(guān)模擬開關(guān)模擬輸入信號模擬輸入信號電路電路 采樣保持電路采樣保持電路，多用于模，多用于模 - 數(shù)轉(zhuǎn)換電路（數(shù)轉(zhuǎn)換電路（A/D）之）之前前。由于。由于A/D 轉(zhuǎn)換需要一定的時間，所以在進(jìn)行轉(zhuǎn)換需要一定的時間，所以在進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換前必須對模擬量進(jìn)行瞬間采樣，并把采樣值保轉(zhuǎn)換前必須對模擬量進(jìn)行瞬間采樣，并把采樣值保存一段時間，以滿足存一段時間，以滿足A/D 轉(zhuǎn)換電路的需要。轉(zhuǎn)換電路的需要。采樣存儲采樣存

12、儲電容電容控制信號控制信號電壓跟隨器電壓跟隨器下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄 uG為高電平，為高電平，S 閉合閉合(場效應(yīng)管導(dǎo)通場效應(yīng)管導(dǎo)通)， ui對存儲電容對存儲電容C充電，充電， uo= uC = ui 。 uG為為 0， S 斷開斷開(場效應(yīng)管截止場效應(yīng)管截止)，輸出，輸出 保持該階段開始瞬間的值不變。保持該階段開始瞬間的值不變。uitouGto采樣速度愈高，愈接近模擬信號的變化情況。采樣速度愈高，愈接近模擬信號的變化情況。 SuC+ui+uo+ 下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄 電壓比較器用來比較輸入信號與參考電壓的大電壓比較器用來比較輸入信

13、號與參考電壓的大小。當(dāng)兩者幅度相等時輸出電壓產(chǎn)生躍變，由高電小。當(dāng)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(zhuǎn)換、數(shù)字儀表、自動控制和自動檢測等數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字儀表、自動控制和自動檢測等技術(shù)領(lǐng)域，以及波形產(chǎn)生及變換等場合技術(shù)領(lǐng)域，以及波形產(chǎn)生及變換等場合 。 下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄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，時， uo = + Uo (sat) u+UR，uo=+ Uo (sat)ui UR， uo= +UOM，T 導(dǎo)通。導(dǎo)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 1M)引起自激的補償方引起自激的補償方