《模擬電子技術(shù)0》課件第13講 集成運(yùn)算放大器

5.4集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器是采用集成制造工藝生產(chǎn)的直接耦合放大器，具有元件參數(shù)的一致性好，電路的連接緊湊，電路的面積和尺寸大幅減小，電路性能大幅提升等突出特點(diǎn)。

集成運(yùn)放分類(lèi)（按照工藝分）單極型：雙極型：混合型：特點(diǎn)：工作電流大，輸出功率較高；特點(diǎn)：輸入阻抗高，功耗較小，工作的電壓范圍更寬；特點(diǎn)：輸入阻抗高;電壓放大倍數(shù)大，輸出阻抗小，帶載能力強(qiáng)。采用雙極型晶體管實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路；采用MOS管來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路；輸入級(jí)采用MOS管，中間級(jí)和輸出級(jí)采用雙極型器件；5.4.1典型集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)原理1.集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)輸入級(jí)：中間級(jí)：輸出級(jí)：偏置電路：集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)一般采用差動(dòng)放大電路，以期抑制零漂和共模信號(hào)。也稱(chēng)為電壓放大級(jí)，具有較高的電壓放大倍數(shù)。主要是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的功率放大，降低輸出級(jí)的輸阻抗，提高輸出功率，多采用互補(bǔ)推挽輸出結(jié)構(gòu)。主要是為各級(jí)提供合適的偏置電流和偏置電壓，為放大器的動(dòng)態(tài)工作創(chuàng)造良好的條件。2.集成運(yùn)算放大器內(nèi)部電路舉例LM741的內(nèi)部電路原理圖同相輸入端反相輸入端輸出端調(diào)零端調(diào)零端正電源負(fù)電源1）偏置電路鏡像電流源：V8和V9，V12和V13V10和V11構(gòu)成一組微電流源，IC10=I34+IC9IC8=IC9，V8的集電極電流IC8為輸入級(jí)T1、T2提供靜態(tài)偏流；IC12=IC13，IC13為中間級(jí)靜態(tài)偏流，動(dòng)態(tài)時(shí)V13充當(dāng)中間級(jí)的恒流源負(fù)載；2）輸入級(jí)V1與V3，V2與V4分別組成共集-共基放大電路，輸入級(jí)是由左右兩側(cè)均為共集-共基組合放大器組成的差動(dòng)放大電路。輸入共模信號(hào)為正時(shí)，

IC8

↑,

IC9

↑，I34+IC9=IC10(恒定)，I34

↓，IC8↓，那么，正極性共模信號(hào)引起的輸入級(jí)共集-共基放大電路的電流變化很小。輸入差模信號(hào)時(shí)，I34保持不變，V4的集電極恒流源負(fù)載可以產(chǎn)生較高的電壓放大倍數(shù)，輸入級(jí)對(duì)輸入的差模信號(hào)具有放大作用。由V5、V6、V7、R1、R2及R3組成恒流源電路，V7的基極取用的電流很小，可以忽略，因而V3、V4的集電極的電流近似相等。3）中間級(jí)V15和V16組成達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，V13充當(dāng)V15和V16組成的共射極放大器的恒流源負(fù)載，由于動(dòng)態(tài)時(shí)V13體現(xiàn)的動(dòng)態(tài)電阻很高，因此本級(jí)的電壓放大倍數(shù)較高。中間級(jí)的主要作用是產(chǎn)生較高的電壓放大倍數(shù)。4）輸出級(jí)由V18和V20構(gòu)成互補(bǔ)推挽放大電路。V14及R6、R7組成BE擴(kuò)大電路。R10和V19構(gòu)成V18的過(guò)流保護(hù)電路；R9和V17構(gòu)成V20的過(guò)流保護(hù)電路；二極管VD也具有限流保護(hù)作用。保護(hù)電路3.LM741的封裝及符號(hào)(a)圖：雙列直插式封裝（DIP-DualIn-linePackage）頂視圖，8腳為空腳，使用時(shí)不連接。(b)圖：LM741電路符號(hào)及外接調(diào)零電路，3腳和2腳分別為同相輸入端和反向輸入端，6腳為輸出端，7腳和4腳分別表示正負(fù)電源的連接端，1腳和5腳為外接調(diào)零端。(c)圖：為一般運(yùn)算放大器的符號(hào)，當(dāng)運(yùn)算放大器沒(méi)有調(diào)零端時(shí)，只標(biāo)出兩個(gè)輸入端和輸出端，電源也可以不畫(huà)出。5.4.2運(yùn)算放大器指標(biāo)1.輸入偏置電流IＢ指運(yùn)算放大器兩個(gè)輸入端在靜態(tài)時(shí)輸入電流的平均值，也即運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端接地時(shí)輸入電流的平均值。2.輸入失調(diào)電流Ios指靜態(tài)時(shí)運(yùn)算放大器兩個(gè)輸入端電流之差的大小，其范圍通常在1nA~0.1μΑ。3.輸入失調(diào)電壓Uos輸入失調(diào)電壓定義為在25°C時(shí)，把零輸入情況下在運(yùn)算放大器的輸出端測(cè)量到的失調(diào)電壓折算到輸入端所對(duì)應(yīng)的電壓值，即4.輸入失調(diào)電壓溫漂輸入失調(diào)電壓是隨著溫度的變化而變化的，在一定的溫度范圍內(nèi)，把溫度每變化1°C，引起的輸入失調(diào)電壓的變化量定義為輸入失調(diào)電壓溫漂。5.輸入失調(diào)電流溫漂指在一定的溫度范圍內(nèi)，把溫度每變化1°C引起的輸入失調(diào)電流的變化量定義為輸入失調(diào)電流溫漂。6.開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)是指運(yùn)算放大器處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，在輸入端加差模信號(hào)uid時(shí)，輸出電壓uod與輸入差模信號(hào)uid之比，即運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)較大，為表示方便起見(jiàn)也常用分貝表示7.共模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù)是指輸入共模信號(hào)uic時(shí)，運(yùn)算放大器輸出共模電壓信號(hào)uoc與輸入共模電壓信號(hào)uic的比值，即8.共模抑制比KCMR指運(yùn)算放大器開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)之比，通常以分貝表示，即9.差模輸入電阻rid是指運(yùn)算放大器輸入差模信號(hào)時(shí)，差模輸入電壓與差模輸入電流值比。10.輸出電阻ro是指把運(yùn)算放大器看成信號(hào)源時(shí)等效的信號(hào)源內(nèi)阻，通常在低頻或直流情況下測(cè)定，取值一般為幾十至幾百歐。11.最大差模輸入電壓Uidmax指運(yùn)算放大器正常工作時(shí)兩個(gè)輸入端所允許加載的最大差模電壓。12.最大共模輸入電壓Uicmax是指保證運(yùn)算放大器具有良好共模抑制能力情況下所能夠承受的最大輸入共模信號(hào)。13.最大輸出電壓Uomax指在額定電源和一定的負(fù)載條件下，運(yùn)放能輸出的最大不失真電壓幅度。14.上限頻率fH和單位增益頻率fT當(dāng)運(yùn)算放大器的增益相對(duì)于中頻增益下降3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)稱(chēng)為運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)上限頻率，一般運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)上限頻率很低，只有幾赫茲到幾百赫茲。當(dāng)運(yùn)算放大器的增益下降到0dB，即放大倍數(shù)為1時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率稱(chēng)為單位增益頻率或單位增益帶寬，用fT表示。15.轉(zhuǎn)換速率SR轉(zhuǎn)換速率也稱(chēng)為壓擺率，是指在額定負(fù)載條件下，當(dāng)輸入