电子技术：集成运算放大器及其应用

集成运算放大器及其应用
9.1 简介 9.2 集成运算放大器在信号运算方面的应用 9.3 集成运算放大器在信号处理方面的应用 9.4 放大电路中的负反馈
第九章 集成运算放大器及其应用
分立电路：由各种单个元件联接起来的电子电路。 集成电路：把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同 时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的整体。 优点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格便宜 分类：集 成 度——SSI（小规模)、MSI、LSI、VLSI
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例题：求开关断开和闭合时Auf 。
解：u-=u+= 0,i-=i+= 0。开关断开时,
if 10kΩ
Auf
RF R1
10 5 11
i1 + 1kΩ
i’1 1kΩ
-∞
+
开关闭合时，i2 i1, i1 i1 i2 2i2 ,
ui if
运放工作在饱和区的分析依据:
饱和区:uo≠Auo(u+-u-) 当u+ >u- 时,uo= +Uo(sat) 当u+ <u- 时,uo= -Uo(sat) 但两输入端的输入电流仍为 零,即i-=i+=0。
工作在线性区时输入信号范围为:
+Uo(sat)
uo 实际特性 饱和区
饱和区
-
o -Uo(sat)
(1) 集成电路中避免使用电容器,如用的话,必须采用外接。 (2) 温度漂移小。 (3) 用晶体管恒流源代替电阻。 (4) 集成电路中的二级管都采用晶体管构成的。
9.1.2 运算放大器组成
输
输入级
中间级
输出级
输
入
出
端
偏置
端
电路
输入级:由差放构成。可减小零点漂移和抑制干扰。 中间级:共射放大电路。用于电压放大。 输出级:互补对称电路或射极输出器。降低输出电阻,
6.输入失调电压UIo:为使输出等于零而在输入端加的微小补 偿电压。其值愈小愈好,一般为几毫伏。
7.输入失调电流IIo:当输入信号为零时,两个输入端的静态基 极电流之差。其值愈小愈好。一般在零点零几微安级。
8.输入偏置电流IIB:当输入信号为零时,两个输入端的静态基 极电流的平均值,其值愈小愈好。一般在零点几微安级。
20lg
Ad Ac
(dB)
3.开环(差模)输入电阻rid:运放开环时,从两输入端看进去的 等效电阻。
4.开环(差模)输出电阻ro:运放输出极的输出电阻。其值越小, 运放带负载能力越强。
9.1.3 主要参数
5.最大输出电压UOPP:使输出电压与输入电压保持不失真关 系的最大输出电压。如F007最大输出电压为±13V。
因rid→∞,故两输入端
分 析
的输入电流为零,即i=i+=0。
依 据
因Auo→∞,uo为有限 值,故u+-u-=uo/Au≈0,
即u+ ≈u-
虚断
+Uo(sat)
uo 实际特性 饱和区
虚短 饱和区
o -Uo(sat)
u+ - u-
当有信号输入时,如同相 端接地,即u+=0,则u-≈0
虚地
线性区
9.1.4 理想运算放大器及其分析依据
+
R2
+
-
uo
虚地
uo
RF R1
ui
RF=R1,uo=-ui 反相器
R2 —平衡电阻,R2= R1∥RF 。
Auf
uo ui
RF R1
1.反相输入比例运算
uo
RF R1
ui
说明：
Auf
uo ui
RF R1
1、式中的负号表示输出与输入反相,因此又把反相输入
的比例运算电路称为反相器;
2、如R1和RF的阻值足够精确,可保证比例运算的精度和 稳定性（深度负反馈）。
u- - ∞
“∞”表示开环电压放大倍数的理想化条件;
u+ +
“-”表示反相输入端,“u-”表示该点对地的电压;
+ uo
“+”表示同相输入端,“u+”表示该点对地的电压。
9.1.4 理想运算放大器及其分析依据 2. 电压传输特性 传输特性:表示输出电压和输入电压的关系曲线。
传输 特性
线性区:uo= AUO(u+-u-),但Auo 很 高,很小的输入信号, uo就达到 饱和区±Uo(sat),则要工作在线性 区,必须引入深度电压负反馈。
内的运算,适用叠加原理。
运放工作在线性区的条件:在电路中引入深度负反馈。
9.2.1 比例运算
1.反相输入比例运算
因运放工作在线性区,则:
i-=i+=0 ,u-≈u+=0。 i f iｉ
iｉ
ui
u R1
ui R1
if
u uo RF
uo RF
虚断 if RF
ii
+
ui -
R1
i-
-
∞
i+
+
提高带载能力。 偏置电路:由恒流源电路构成。为各级电路提供合适的
静态工作点。
9.1.3 主要参数
1.开环电压放大倍数Auo:没有外接反馈时所测出的差模电压 放大倍数。越高,运算精度越高。一般为104-107。
2.共模抑制比KCMRR:运放的差模电压放大倍数Ad与共模电
压放大倍数AC之比的绝对值。
KCMR
u+ - u-
Uo(sat)/Auo ≤ u+ - u- ≤ +Uo(sat)/Auo
工作在饱和区时输入信号范围为: Uo(sat)/Auo ,或u+ - u- ≥Uo(sat)/Auo
线性区
u+ - u- ≤ -
9.2 运放在信号运算方面的应用
信号运算:比例、加减、积分与微分等简单运算。是线性范围
饱和区:当u+>u-时,uo=+Uo(sat); 当u+<u-时,uo=-Uo(sat)。输出只 有两种±Uo(sat) 。
+Uo(sat)
uo 理想特性
实际特性
o
u+ - u-
-Uo(sat)
运算放大器的传输特性
9.1.4 理想运算放大器及其分析依据 运放工作在线性区的分析依据:
线性区：uo=Auo(u+-u-)
9.1.4 理想运算放大器及其分析依据 1. 理想运算放大器
集成运算放大器:开环电压放大倍数高(104-107);输入电阻高 (约几百kΩ);输出电阻低(约几百Ω)。
(1) 理想化条件
开环电压放大倍数Auo→∞; 差模输入电阻 rid→∞;
开环输出电阻 ro→0 ;
共模抑制比 KCMRR→∞。
(2) 理想运算放大器的图形符号
导电类型——双极型、单极型、兼容型 功 能——数字、模拟
模拟 集成 电路
集成运算放大器 集成功率放大器 集成稳压电源 集成数模转换电路
9.1 集成运算放大器简单介绍
运算放大器:具有高开环放大倍数并带有深度负反馈的多级直 接耦合放大电路。 作用:信号运算、信号处理、信号测量及波形产生。
9.1.1 集成运算放大器的特点