第1章 集成运放的基础知识分解

集成运算放大器全解
集成运算放大器的基本概念
集成运放是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。


1. 集成电路的特点
(1)在集成电路工艺中还难于制造电感元件和大容量电容，因此采用直接耦合。

(2)运算放大器的输入级都采用差分放大电路，其特点是输入电阻
高、抗干扰能力强、零漂小。

(3)在集成运算放大器中往往用晶体管恒流源代替电阻。

(4)集成电路中的二极管都采用晶体管构成，把发射极、基极、集电极三者适当组配使用。

2. 集成运算放大器的符号、管脚

3. 集成运放的基本特性
理想化的条件：(1)开环电压放大倍数Ao → ∞(2)差模输入电阻 ri → ∞(3)开环输出电阻ro → 0
4. 集成运放的电压传输特性

5. 理想运放的分析特点
理想运放工作在非线性区的分析依据
集成运算放大器在信号运算方面的应用1.反相输入放大电路
2.同相输入放大电路

电压跟随器:

3. 加法运算电路
4.差分运算电路
例题:电路如图所示，试求出电路输出电压uo的值。

集成运算放大器在信号处理方面的应用
1. 有源滤波器
所谓滤波器，就是一种选频装置，它允许信号的一部分频率分量通过而抑制另一部分频率分量。


2. 电压比较器
在自动控制系统中，如果要对一个模拟信号与另一个模拟信号的大小进行比较。

按比较的结果来决定执行机构的动作，则需要用比较器来完成。

RF 常用做测量分析方法1：
R如u–+如F则i1果则u+–：R取i：21uR1R=uoRo2R12R=RRu=F1+R–R3i2(R22u3/+i，/2=uRiR13u3=u+–i放=1uo)RoR大1F/电(/1R路F由RR由uuF1虚)虚R短断2uuR可Ri可i3112得RR得33：uRuuR：Roi1321uuuiRR2RiF1F1uRui11 )
–Uo(sat)
线性区： uo = Auo(u+– u–)
非线性区：
u+> u– 时， uo = +Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat)
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3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– i+
– +
∞ +
因为 uo = Auo(u+– u– ) uo 所以(1) 差模输入电压约等于 0
(1
RF R1
)
R3 R2 R3
ui 2
RF R1
ui1
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16.2.4 积分运算电路
if =? if
i1 R1 + ui – R2
+uC– CF
– +
+
+
uO
–
由虚短及虚断性质可得
i1 = if
i1
ui R1
iF
CF
duC dt
当电容CF的初始电压 为 uC(t0) 时，则有
ui R1
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信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数

集成运放的特点
高放大倍数
低输入阻抗
集成运放的放大倍数一般在10^4以上，能 够将微弱的输入信号放大到所需的幅度。
集成运放的输入阻抗非常低，通常在几十 到几百欧姆之间，这使得它能够直接与微 弱的信号源相连，减小信号源的负担。
低输出阻抗
良好的线性度和稳定性
集成运放的输出阻抗非常低，通常在几欧 姆到几十欧姆之间，这使得它能够驱动较 大的负载而不失真。
05
集成运放的典型应用
在模拟电路中的应用
放大器
集成运放作为放大器，用于信 号的放大和处理，提高信号的
幅度和功率。
滤波器
集成运放可以组成各种滤波器， 如低通、高通、带通和带阻滤 波器，用于信号的筛选和处理。
模拟运算
集成运放可以用于实现模拟运 算，如加法、减法、积分、微 分等，广泛应用于信号处理和 控制系统。
01
到负载。
02
输出级通常采用功率放大电路，以提供足够的电流和电压驱动
负载。
输出级还具有电流放大作用，将差分放大电路的输出电流进一
03
步放大，以驱动更大的负载。
偏置电路
1
偏置电路是为集成运放各级电路提供直流偏置电 流的电路。
2
偏置电路通常由电阻和二极管等元件组成，以实 现稳定的直流偏置电流。
3
偏置电路的设计对于保证集成运放的性能和稳定 性至关重要。
最大输出电流是指运放能够输出的最大电流值，它反映了运放的负载驱动能力。
详细描述
最大输出电流是指运放在安全工作范围内能够输出的最大电流值。这个参数反映了运放的负载驱动能力，决定了 运放能够驱动的电阻、电容等元件的能力。一般来说，最大输出电流越大，运放的负载驱动能力越强。
输入电阻

（1）开环差模电压放大倍数。 开环差模电压放大倍数，用Aod 表示，是指 集成运放在没有外加反馈情况下的差模电压放大倍数，一般用对数表示，单 位为分贝（dB）。Aod 是决定集成运放精度的重要因素，理想情况下希望 Aod 为无穷大。在实际情况下，集成运放的Aod 一般为100dB 左右，性能好 的集成运放的Aod 可达140dB 以上。 （2）输入失调电压及温漂。输入电压为零时，输出电压不为零的现象称为零 点漂移现象，简称为“零漂”。为了使输出电压为零，在输入端需要加补偿 电压。使输出电压为零的输入端补偿电压称为输入失调电压，用Uio 表示。一 般集成运放的Uio 值为1 ～ 10mV，高质量的在1mV 以下。 （3）共模抑制比。共模抑制比，用KCMR 表示，是指开环差模电压放大倍 数与开环共模电压放大倍数之比。多数集成运放的KCMR 在80dB 以上，高质 量的可达160dB。
4.1 集成运放的基础知识
集成运放
模拟集成电路的一种，是一种高电压放 大倍数（几万至几千万倍）的多级直接耦合放 大器。由于它最初是作运算、放大使用，因此 称为集成运算放大器。
集成运放的外形封装
集成运放从外型上看有直插式、圆壳式、 扁平式。
4.1 集成运放的基础知识
1 1 21 3 4
21 3
4
1
21 3
4
a) 园壳式
b) 双列直插式
c) 扁平式
d) 单列直插式
图 集成电路的外形
4.1 集成运放的基础知识
集成运放的电路符号
集成运放的电路图形符号如图所示，图中 “ ”表示运算放大器，“∞”表示开环增益 极高。它有两个输入端，标“+”的为同相输 入端，标“-”的为反相输入端。
反相输入端 同相输入端 集成运放的图形符号