電工電子 集成運算放大器.

1、第九章 集成運算放大器本章要求：1. 理解集成運算放大器的結構和特點；理解集成運算放大器的結構和特點；2. 理解放大電路中的負反饋以及負反饋對放大電路理解放大電路中的負反饋以及負反饋對放大電路性能的影響；性能的影響；3. 了解基本運算電路的結構和特點；了解基本運算電路的結構和特點；4. 了解集成運算放大器在信號處理中的運用；了解集成運算放大器在信號處理中的運用；5. 理解穩(wěn)壓電源的結構，了解三端穩(wěn)壓電路的應用。理解穩(wěn)壓電源的結構，了解三端穩(wěn)壓電路的應用。 在半導體制造工藝的基礎上，把整個電路中的元器件在半導體制造工藝的基礎上，把整個電路中的元器件制作在一塊硅基片上，構成特定功能的電子電路，稱為

2、制作在一塊硅基片上，構成特定功能的電子電路，稱為集成電路集成電路( (英文簡稱英文簡稱IC)IC)。集成電路的體積很小，但性能。集成電路的體積很小，但性能卻很好。自卻很好。自19591959年世界上第一塊集成電路問世至今，只年世界上第一塊集成電路問世至今，只不過才經(jīng)歷了四十來年時間，但它已深入到工農(nóng)業(yè)、日不過才經(jīng)歷了四十來年時間，但它已深入到工農(nóng)業(yè)、日常生活及科技領域的相當多產(chǎn)品中。例如在導彈、衛(wèi)星、常生活及科技領域的相當多產(chǎn)品中。例如在導彈、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)設備中；在通信技術和計算機中；在音響、電表

3、等工業(yè)設備中；在通信技術和計算機中；在音響、電視、錄象、洗衣機、電冰箱、空調等家用電器中都采用視、錄象、洗衣機、電冰箱、空調等家用電器中都采用了集成電路。了集成電路。 集成電路的技術發(fā)展將直接促進整機的小型化、高性集成電路的技術發(fā)展將直接促進整機的小型化、高性能化、多功能化和高可靠性。毫不夸張地說，集成電路能化、多功能化和高可靠性。毫不夸張地說，集成電路是工業(yè)的是工業(yè)的“食糧食糧”和和“原油原油”。 集成運算放大器集成運算放大器簡稱運放，是一種多端集成電路。集成簡稱運放，是一種多端集成電路。集成運放是一種價格低廉、用途廣泛的電子器件。早期，運放主運放是一種價格低廉、用途廣泛的電子器件。早期，運

4、放主要用來完成模擬信號的求和、微分和積分等運算，故稱為要用來完成模擬信號的求和、微分和積分等運算，故稱為運運算放大器算放大器?，F(xiàn)在，運放的應用已遠遠超過運算的范圍。它在?，F(xiàn)在，運放的應用已遠遠超過運算的范圍。它在通信、控制和測量等設備中得到廣泛應用。通信、控制和測量等設備中得到廣泛應用。常見集成電路的封裝形式常見集成電路的封裝形式圓殼式圓殼式 雙列雙列直插式直插式 扁平式扁平式 單列單列直插式直插式 直插式直插式 單列單列扁平式扁平式 第一節(jié) 集成運算放大器 差分差分輸入級輸入級中間放大級中間放大級輸出級輸出級uiu0 集成運放的型號和種類很多，內部電路也各有差異，但它集成運放的型號和種類很多

5、，內部電路也各有差異，但它們的基本組成部分相同，如下圖所示：們的基本組成部分相同，如下圖所示：運放的輸入級。利運放的輸入級。利用差分電路的對稱用差分電路的對稱特性可提高整個電特性可提高整個電路的共模抑制比和路的共模抑制比和電路性能。電路性能。中間級的主要作中間級的主要作用是提高電壓增用是提高電壓增益。一般由多級益。一般由多級放大電路組成。放大電路組成。輸出級常用電壓跟輸出級常用電壓跟隨器或互補電壓跟隨器或互補電壓跟隨器組成，以降低隨器組成，以降低輸出電阻，提高帶輸出電阻，提高帶負載能力。負載能力。 集成運放內部主要有上述三個部分，其外部還常接有集成運放內部主要有上述三個部分，其外部還常接有偏偏

6、置置電路，以便向各級提供合適的工作電流。電路，以便向各級提供合適的工作電流。 簡單的集成運放電路結構簡單的集成運放電路結構+UCCUEEu u+同相同相輸入端輸入端反相反相輸入端輸入端 uo輸出端輸出端輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級運放的輸入級。利運放的輸入級。利用差分電路的對稱用差分電路的對稱特性可提高整個電特性可提高整個電路的共模抑制比和路的共模抑制比和電路性能。電路性能。中間級的主要作中間級的主要作用是提高電壓增用是提高電壓增益。一般由多級益。一般由多級放大電路組成。放大電路組成。輸出級常用電壓跟輸出級常用電壓跟隨器或互補電壓跟隨器或互補電壓跟隨器組成，以降低隨器組成，以降低輸出電

7、阻，提高帶輸出電阻，提高帶負載能力。負載能力。圖示為常用圖示為常用A741A741集成運放芯片產(chǎn)品實物圖集成運放芯片產(chǎn)品實物圖A741A741集成運放的集成運放的8 8個管腳排列圖如下：個管腳排列圖如下：12438765調零端調零端 反相輸入端反相輸入端 同相輸入端同相輸入端 負電源端負電源端 調零端調零端 輸出端輸出端 正電源端正電源端 空腳空腳 +UCCuo + Auou+uUEE運放的圖形符號運放的圖形符號uo u+ u +Uo(sat)Uo(sat)線性區(qū)線性區(qū)理想特性理想特性實際特性實際特性飽和區(qū)飽和區(qū) O集成運算放大電路的電壓傳輸特性曲線集成運算放大電路的電壓傳輸特性曲線uo+ u

8、+u+UCCUEE理想運算放大器符號理想運算放大器符號理想集成運算放大電路的電壓傳輸特性曲線理想集成運算放大電路的電壓傳輸特性曲線odA u+ u uo +Uo(sat)Uo(sat) O線性區(qū)線性區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)反相輸入端A741A741集成運放圖形符號集成運放圖形符號U0U+U-A741A741集成運放外部接線圖集成運放外部接線圖同相輸入端12V12V輸出端子調零電位器調零電位器 管腳管腳1和和5分別與調零電位分別與調零電位器的兩個固定端相連器的兩個固定端相連 調零電位器的可調調零電位器的可調端與管腳端與管腳4相連相連6513724集成運放工作在線性區(qū)的特點集成運放工作在線性區(qū)的特點由由)(

9、Au00UUU可知，理想運放工作在線性區(qū)時，輸可知，理想運放工作在線性區(qū)時，輸出電壓出電壓U U0 0與輸入電壓與輸入電壓U Ui i之間是線性放大關系。之間是線性放大關系。因因A Au0u0= =，所以可導出，所以可導出0Au00UUU運放工作在線性區(qū)差模輸入電壓等于零，說明運放工作在線性區(qū)差模輸入電壓等于零，說明 ，UU即即理想運放的兩個輸入端電位相等理想運放的兩個輸入端電位相等。 兩點等電位相當于短路。理想運放的兩個輸入端并沒有兩點等電位相當于短路。理想運放的兩個輸入端并沒有真正短接，但卻具有短接的現(xiàn)象稱為真正短接，但卻具有短接的現(xiàn)象稱為“虛短虛短”。 又由于理想運放的差模輸入電阻又由于

10、理想運放的差模輸入電阻r ri i= =，所以可近似地，所以可近似地認為認為兩個兩個輸入端均無電流流入輸入端均無電流流入。這種現(xiàn)象稱為。這種現(xiàn)象稱為“虛斷虛斷”。 “虛短虛短”和和“虛斷虛斷”是運放工作在線性區(qū)的兩個重要是運放工作在線性區(qū)的兩個重要結論。結論。當當 u+ u 時，時， uo = + Uo(sat) u+uC時，二極管導通，時，二極管導通，電源在給負載電源在給負載RL供電的同時也給供電的同時也給電容充電，電容充電， uC 增加，增加，uo= uC 。 CC二極管承受的最高反向電壓為二極管承受的最高反向電壓為 。UU22DRM uoU2U2u tO tO uRLuo+C電容濾波電路

11、的特點電容濾波電路的特點25)(3LTCR 一一般般取取(1) (1) 輸出電壓的脈動程度與平均值輸出電壓的脈動程度與平均值Uo與放電時間與放電時間 常數(shù)常數(shù)RLC有關。有關。 近似估算取：近似估算?。?Uo = 1. 2 U ( 橋式、全波）橋式、全波） Uo = 1. 0 U （半波）半波）U2 為了得到比較平直的輸出電壓為了得到比較平直的輸出電壓 因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負載電流較因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負載電流較小且負載變化較小的場合。小且負載變化較小的場合。 RLC 越大越大 O 越高，越高，IO 越大越大 整流二極管導通時間越短整流二極管導通時間越短 iD

12、的峰值電流越大。的峰值電流越大。 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準電壓、比較放大、取樣電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準電壓、比較放大、取樣電路和調整元件四部分組成。調整元件四部分組成。UiTR2UZRLUO +R3+UB+DZ+Uf+R11R 1R 調整調整元件元件比較比較放大放大基準基準電壓電壓取樣取樣電路電路 當由于電源電壓或負載電阻的變化使輸出電壓當由于電源電壓或負載電阻的變化使輸出電壓UO 升高時，升高時，有如下穩(wěn)壓過程：有如下穩(wěn)壓過程：O2121fURRRRUU ZUU )(fZuoBUUAU UO Uf UB UO IC UCE 由于引入的是串聯(lián)電壓負反饋，故稱由于引入的是串聯(lián)電壓負反饋，故稱串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。UITR2UZRLUO +R3+UB+DZ+Uf+R11R 1R 三端可調正輸出集成穩(wěn)壓器系列有三端可調正輸出集成穩(wěn)壓器系列有LM117（軍用）、（軍用）、 LM217（工業(yè)用）、（工業(yè)用）、