第四章集成運(yùn)放(中科院《模擬電子技術(shù)》課件)

1、 第四章第四章 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器4.1 概述概述4.4 集成運(yùn)放的性能指標(biāo)集成運(yùn)放的性能指標(biāo)4.5 集成運(yùn)放的種類及選擇集成運(yùn)放的種類及選擇集成電路集成電路: 將整個電路的各個元件做在同一個半導(dǎo)將整個電路的各個元件做在同一個半導(dǎo)體基片上。體基片上。集成運(yùn)放的特點(diǎn)：集成運(yùn)放的特點(diǎn)：（1）電路結(jié)構(gòu)采用直接耦合方式）電路結(jié)構(gòu)采用直接耦合方式（2）電阻、電容的值不宜做得太大）電阻、電容的值不宜做得太大（3）為克服溫漂，常采用差分放大電路）為克服溫漂，常采用差分放大電路4.1 概述概述集成運(yùn)放：集成運(yùn)放：是制作在一塊硅片上的一個完整的直是制作在一塊硅片上的一個完整的直接耦合多級放大電路，因?yàn)?/p>

2、多用于各種模擬信號的接耦合多級放大電路，因?yàn)槎嘤糜诟鞣N模擬信號的運(yùn)算（比例、求和等），所以稱為集成運(yùn)放，它已運(yùn)算（比例、求和等），所以稱為集成運(yùn)放，它已經(jīng)取代了分立元件放大電路。經(jīng)取代了分立元件放大電路。構(gòu)成方框圖：構(gòu)成方框圖：偏置電路作用：偏置電路作用： 設(shè)置集成運(yùn)放各級放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。設(shè)置集成運(yùn)放各級放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級-UEE+UCC u+uo u反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端T3T4T5T1T2IS例圖：例圖：輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級+UCCUEE u+uo u反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端T3T4T5T1T2

3、IS對輸入級的要求：對輸入級的要求：盡量減小零點(diǎn)漂移盡量減小零點(diǎn)漂移, ,盡量提高盡量提高 KCMR , , 輸入阻抗輸入阻抗 ri 盡可能大盡可能大。與與uo反相反相與與uo同相同相輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級UEE+UCC u+uo u反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端T3T4T5T1T2IS對中間級的要求：對中間級的要求：足夠大的電壓放大倍數(shù)。足夠大的電壓放大倍數(shù)。輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級UEE+UCC u+uo u反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端T3T4T5T1T2IS對輸出級的要求：對輸出級的要求：主要提高帶負(fù)載能力，給出足夠主要提高帶負(fù)載能力，給出

4、足夠的輸出電流的輸出電流io 。即輸出阻抗。即輸出阻抗 ro小。小。 ri 大大: :幾十幾十k k 幾百幾百 k k 運(yùn)放的特點(diǎn)：運(yùn)放的特點(diǎn)：KCMR 很大很大 ro 小：幾十?。簬资?幾百幾百 A o 很很大大:10:104 4 10 107 7理想運(yùn)放：理想運(yùn)放： ri KCMR ro 0 0Ao 運(yùn)放符號：運(yùn)放符號：uu+ uo u u+ uoA0uiuo+UOM-UOMAo越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須在越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須在輸出與輸入之間輸出與輸入之間加負(fù)反饋才能使其工作加負(fù)反饋才能使其工作于線性區(qū)。于線性區(qū)。uiuo_+A0集成運(yùn)放的電壓傳輸特性集成運(yùn)放的電壓傳輸特性從

5、外部看，集成運(yùn)放是一個雙端輸入、單端輸出、高從外部看，集成運(yùn)放是一個雙端輸入、單端輸出、高差模放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻、很好抑制差模放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻、很好抑制溫漂的差動放大電路。溫漂的差動放大電路。4.4 4.4 集成運(yùn)放的性能指標(biāo)集成運(yùn)放的性能指標(biāo)1. 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod無外加反饋回路的差模放大倍數(shù)。一般在無外加反饋回路的差模放大倍數(shù)。一般在10105 5 10 107 7之間。理想運(yùn)放的之間。理想運(yùn)放的A Aodod為為 。2. 共模抑制比共模抑制比KCMR常用分貝作單位，一般常用分貝作單位，一般100dB100dB以上以上。3. 差模輸

6、入電阻差模輸入電阻ridr ri i1M1M , , 有的可達(dá)有的可達(dá)100100M M 以上。以上。4.4.1 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)4. 輸出電阻輸出電阻ror ro o = =幾幾 - -幾十幾十 。5. 最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓UIcmax6. 最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓UIdmax7. -3dB帶寬帶寬fH運(yùn)放是直流放大器，運(yùn)放是直流放大器， 也可放大低頻信號，也可放大低頻信號，不適用于高頻信號。不適用于高頻信號。還有其他一些反映運(yùn)放對稱性、零漂等的參還有其他一些反映運(yùn)放對稱性、零漂等的參數(shù)。數(shù)。8.輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓UIO和輸入偏置電流和輸入偏置電流IIB4.

7、5 集成運(yùn)放的種類及選擇集成運(yùn)放的種類及選擇按照集成運(yùn)算放大器的參數(shù)來分，集成運(yùn)算放大按照集成運(yùn)算放大器的參數(shù)來分，集成運(yùn)算放大器可分為如下幾類。器可分為如下幾類。1通用型運(yùn)算放大器通用型運(yùn)算放大器通用型運(yùn)算放大器就是以通用為目的而設(shè)計的。通用型運(yùn)算放大器就是以通用為目的而設(shè)計的。這類器件的主要特點(diǎn)是價格低廉、產(chǎn)品量大面廣，這類器件的主要特點(diǎn)是價格低廉、產(chǎn)品量大面廣，其性能指標(biāo)能適合于一般性使用。其性能指標(biāo)能適合于一般性使用。2高阻型運(yùn)算放大器高阻型運(yùn)算放大器這類集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)是差模輸入阻抗非常高，這類集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)是差模輸入阻抗非常高，輸入偏置電流非常小，一般輸入偏置電流非常小，

8、一般rid（1091012） ，IIB為幾皮安到幾十皮安。為幾皮安到幾十皮安。 3低溫漂型運(yùn)算放大器低溫漂型運(yùn)算放大器在精密儀器、弱信號檢測等自動控制儀表中，總是希在精密儀器、弱信號檢測等自動控制儀表中，總是希望運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓要小且不隨溫度的變化而變望運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓要小且不隨溫度的變化而變化。低溫漂型運(yùn)算放大器就是為此而設(shè)計的?；?。低溫漂型運(yùn)算放大器就是為此而設(shè)計的。4高速型運(yùn)算放大器高速型運(yùn)算放大器在快速在快速A/D和和D/A轉(zhuǎn)換器、視頻放大器中，要求集成轉(zhuǎn)換器、視頻放大器中，要求集成運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率SR一定要高，單位增益帶寬一定要高，單位增益帶寬BWG一

9、定要足夠大，一定要足夠大，像通用型集成運(yùn)放是不能適合于高速應(yīng)用的場合的。像通用型集成運(yùn)放是不能適合于高速應(yīng)用的場合的。高速型運(yùn)算放大器主要特點(diǎn)是具有高的轉(zhuǎn)換速率和寬高速型運(yùn)算放大器主要特點(diǎn)是具有高的轉(zhuǎn)換速率和寬的頻率響應(yīng)。的頻率響應(yīng)。 5低功耗型運(yùn)算放大器低功耗型運(yùn)算放大器由于電子電路集成化的最大優(yōu)點(diǎn)是能使復(fù)雜電路小型由于電子電路集成化的最大優(yōu)點(diǎn)是能使復(fù)雜電路小型輕便，所以隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，必須使輕便，所以隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，必須使用低電源電壓供電、低功率消耗的運(yùn)算放大器相適用。用低電源電壓供電、低功率消耗的運(yùn)算放大器相適用。 6高壓大功率型運(yùn)算放大器高壓大功率型運(yùn)算放大

10、器運(yùn)算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限制。運(yùn)算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限制。在普通的運(yùn)算放大器中，輸出電壓的最大值一般僅幾在普通的運(yùn)算放大器中，輸出電壓的最大值一般僅幾十伏，輸出電流僅幾十毫安。十伏，輸出電流僅幾十毫安。若要提高輸出電壓或增大輸出電流，集成運(yùn)放外部必若要提高輸出電壓或增大輸出電流，集成運(yùn)放外部必須要加輔助電路。須要加輔助電路。高壓大電流集成運(yùn)算放大器外部不需附加任何電路，高壓大電流集成運(yùn)算放大器外部不需附加任何電路，即可輸出高電壓和大電流。即可輸出高電壓和大電流。 正確選擇集成運(yùn)算放大器正確選擇集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器是模擬集成電路中應(yīng)用最廣泛的一集成運(yùn)算放大器是

11、模擬集成電路中應(yīng)用最廣泛的一種器件。在由運(yùn)算放大器組成的各種系統(tǒng)中，由于種器件。在由運(yùn)算放大器組成的各種系統(tǒng)中，由于應(yīng)用要求不一樣，對運(yùn)算放大器的性能要求也不一應(yīng)用要求不一樣，對運(yùn)算放大器的性能要求也不一樣。樣。在沒有特殊要求的場合，盡量選用通用型集成運(yùn)放，在沒有特殊要求的場合，盡量選用通用型集成運(yùn)放，這樣即可降低成本，又容易保證貨源。當(dāng)一個系統(tǒng)這樣即可降低成本，又容易保證貨源。當(dāng)一個系統(tǒng)中使用多個運(yùn)放時，盡可能選用多運(yùn)放集成電路。中使用多個運(yùn)放時，盡可能選用多運(yùn)放集成電路。集成運(yùn)算放大器的選擇需要在不斷實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)，集成運(yùn)算放大器的選擇需要在不斷實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)，需要考慮的因素很多。需要考慮的因素很多。在實(shí)際中應(yīng)用集成運(yùn)放要首先查閱相應(yīng)的使用說明在實(shí)際中應(yīng)用集成運(yùn)放要首先查閱相應(yīng)的使用說明手冊。手冊