項目2-2.1 集成運放講解

2-2.1集成運放一、集成電路基本知識

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(英文簡稱IC)。集成電路的體積很小，但性能卻很好。自1959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)、日常生活及科技領(lǐng)域的相當(dāng)多產(chǎn)品中。例如在導(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；在通信技術(shù)和計算機中；在音響、電視、錄象、洗衣機、電冰箱、空調(diào)等家用電器中都采用了集成電路。集成電路的技術(shù)發(fā)展將直接促進(jìn)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，集成電路是工業(yè)的“食糧”和“原油”。集成電路:它是用一定的生產(chǎn)工藝把晶體管、場效應(yīng)管、二極管、電阻、電容、以及它們之間的連線所組成的整個電路集成在一塊半導(dǎo)體基片上，封裝在一個管殼內(nèi)，構(gòu)成一個完整的、具有一定功能的器件，也稱為固體器件優(yōu)點：工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小，實現(xiàn)了元件、電路和系統(tǒng)的三結(jié)合返回目錄集成電路中元器件的特點1.單個的精度不是很高,但由于是在同一硅片上、用相同工藝生產(chǎn)出來的，性能比較一致元器件相互離得很近,溫度特性較一致3.電阻一般在幾十歐至幾十千歐、太高或太低都不易制造

4.電感難于制造,電容一般不超過200pF,大電容不易制造返回目錄分立電路是由各種單個元件連接起來的電子電路。

集成電路特點：體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、價格低。集成電路分類

集成電路是把整個電路的各個元件以及相互之間的連接同時制造在一塊半導(dǎo)體芯片上，組成一個不可分的整體。按集成度按導(dǎo)電類型按功能小、中、大和超大規(guī)模雙、單極性和兩種兼容數(shù)字和模擬二、

集成運算放大器的結(jié)構(gòu)

集成運算放大器簡稱運放，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，運放主要用來完成模擬信號的求和、微分和積分等運算，故稱為運算放大器?，F(xiàn)在，運放的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過運算的范圍。它在通信、控制和測量等設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。常見集成電路的封裝形式圓殼式雙列直插式扁平式單列直插式直插式單列扁平式各類型號集成芯片集成運算放大器的特點1.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，故大電容、電感和變壓器均需外接；

4.二極管多用三極管的發(fā)射結(jié)代替。差分輸入級中間放大級輸出級ui+_u0

集成運放的型號和種類很多，內(nèi)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：運放的輸入級。利用差分電路的對稱特性可提高整個電路的共模抑制比和電路性能。中間級的主要作用是提高電壓增益。一般由多級放大電路組成。輸出級常用電壓跟隨器或互補電壓跟隨器組成，以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。

集成運放內(nèi)部主要有上述三個部分，其外部還常接有偏置電路，以便向各級提供合適的工作電流。集成運放的基本結(jié)構(gòu)-UEE+UCCuo

u＋

u－反相端同相端T3T4T5T1T2IS輸入級輸出級中間級返回返回目錄圖示為常用μA741集成運放芯片產(chǎn)品實物圖μA741集成運放的8個管腳排列圖如下：μA74112438765調(diào)零端反相輸入端同相輸入端負(fù)電源端調(diào)零端輸出端正電源端空腳反相輸入端μA741集成運放圖形符號∞＋＋－U0U+U-μA741集成運放外部接線圖同相輸入端－12V＋12V輸出端子調(diào)零電位器管腳1和5分別與調(diào)零電位器的兩個固定端相連調(diào)零電位器的可調(diào)端與管腳4相連∞＋－6513724＋運算放大器的符號反相輸入端uO+–+u–u+同相輸入端信號傳輸方向輸出端+–+Auo理想運放開環(huán)電壓放大倍數(shù)實際運放開環(huán)電壓放大倍數(shù)運算放大器的其他符號－15V①②③④⑤⑥I3430PfR8⑦＋15VUi1IET1T3T7T5R1R2R3T4T6T2I82IB9T8IC9T9IB13IB122IB13T13IRR5R6T15R7D2D1T16T17T18T19T14R9T10T11R4I10Ui2741運放的內(nèi)部電路圖(1)開環(huán)電壓放大倍數(shù)Au0

其數(shù)值很高，一般約為104~107。該值反映了輸出電壓U0與輸入電壓U＋和U－之間的關(guān)系。(2)差模輸入電阻ri運放的差動輸入電阻很高，一般在幾十千歐至幾十兆歐。(3)閉環(huán)輸出電阻r0

由于運放總是工作在深度負(fù)反饋條件下，因此其閉環(huán)輸出電阻很低，約在幾十歐至幾百歐之間。

指運放兩個輸入端能承受的最大共模信號電壓。超出這個電壓時，運放的輸入級將不能正常工作或共模抑制比下降，甚至造成器件損壞。(4)最大共模輸入電壓Uicmax三、集成運放的主要技術(shù)指標(biāo)

（5）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。愈小愈好

輸入失調(diào)電壓UIO

輸入失調(diào)電流IIO

輸入偏置電流IIB四、運算放大器傳輸特性實際運放電壓傳輸特性表示運算放大器輸出電壓與輸入電壓之間關(guān)系的曲線稱為傳輸特性。uOOUo(sat)–Uo(sat)Uim–Uim線性區(qū)正飽和區(qū)

負(fù)飽和區(qū)

若Auo=106

Uo(sat)=

15

V則

UIM

=

0.015mV運放要工作在線性區(qū)必須有負(fù)反饋。uOu++–+u–uO=Auo(u+

u

)理想運放電壓傳輸特性五理想運算放大器及其分析依據(jù)uOOUo(sat)–Uo(sat)Uim–Uim線性區(qū)正飽和區(qū)

負(fù)飽和區(qū)

因為理想運放Auo

開環(huán)電壓放大倍數(shù)

所以，當(dāng)u+

>u

時，uO=+Uo(sat)u+<

u

uO=

Uo(sat)uou++–+u–uO=Auo(u+

u

)u+

=u

uO

發(fā)生躍變動畫-虛短和虛斷電子課動畫集\51虛短和虛斷.swf運放工作在線性區(qū)的依據(jù)

相當(dāng)于兩輸入端之間短路,但又未真正短路，故稱“虛短路”。相當(dāng)于兩輸入端之間斷路，但又未真正斷路，故稱“虛斷路”。2．id

01．u+

u–運放開環(huán)輸入電阻rid

id由于運放Auo

而uO

是有限值，故從式uO=Auo(u+

u

)，可知uOu++–+u–riduO+–+u–u+運放工作在非線性區(qū)的依據(jù)2．id

01．u+

u–由于運放工作在非線性區(qū)uO

Auo(u+

u

)rididuOOUo(sat)–Uo(sat)不再成立非線性區(qū)

非線性區(qū)

所以當(dāng)u+

>u–

時，uO=+Uo(sat)u+

<u–

uO=

Uo(sat)依然成立u+

=u–

uO

發(fā)生躍變總結(jié)--集成運放工作在線性區(qū)的特點由可知，理想運放工作在線性區(qū)時，輸出電壓U0與輸入電壓Ui之間是線性放大關(guān)系。因Au0=∞，所以可導(dǎo)出運放工作在線性區(qū)差模輸入電壓等于