第一節(jié)集成運(yùn)算放大器

1、學(xué)科模擬電子班 級(jí)12秋機(jī)電日 期授課教師課題集成運(yùn)算放大器課時(shí)數(shù)課 型新授教學(xué)目標(biāo)1了解差分放大器的電路特點(diǎn)、工作原理。2了解集成電路的分類、特點(diǎn)和集成運(yùn)放主要參數(shù)。3掌握集成運(yùn)算放大器的理想化特性。4掌握集成運(yùn)算放大器的基本運(yùn)算電路和工作原理。5了解集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用知識(shí)。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)1差分放大器抑制共模信號(hào)的過(guò)程。2利用理想化特性分析運(yùn)算放大器。教具教學(xué)過(guò)程內(nèi)容、步驟、方法附 記一、知識(shí)總述 在半導(dǎo)體制造工藝的基礎(chǔ)上，把整個(gè)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（Integrated Circuits，簡(jiǎn)稱IC）。它的體積小，而性能卻很好。自1959年世

2、界上出現(xiàn)第一塊集成電路至今，經(jīng)過(guò)五十年時(shí)間的發(fā)展，它已深入到一切產(chǎn)業(yè)的每種產(chǎn)品中。在導(dǎo)彈、衛(wèi)星、戰(zhàn)車、艦船、飛機(jī)等軍事裝備中；在數(shù)控機(jī)床、儀器儀表等工業(yè)設(shè)備中；在通信和計(jì)算機(jī)中；在音響、電視、錄象、洗衣機(jī)、電冰箱等家用電器中都采用了集成電路。二、集成運(yùn)算放大器的組成和電路符號(hào)集成運(yùn)放的內(nèi)部電路通常由偏置電路、輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)組成。輸入極是集成運(yùn)放性能指標(biāo)好壞的關(guān)鍵，常采用差分放大電路來(lái)減小溫度漂移，并提供運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端。中間級(jí)主要用來(lái)放大，常采用帶有源負(fù)載的共發(fā)射極放大電路來(lái)提高電壓增益。輸出極用來(lái)提高輸出電壓和電流的幅度，要求輸出功率和帶負(fù)載能力強(qiáng)。常用PNP和NPN管構(gòu)

3、成的互補(bǔ)對(duì)稱共集電極放大電路，又稱OCL功率放大電路。并設(shè)有過(guò)載保護(hù)措施。 三、集成運(yùn)放組成框圖四、集成運(yùn)算放大器的組成和電路符號(hào)運(yùn)算放大器電路符號(hào)1、反相輸入端，用符號(hào)“”表示。由此輸入的信號(hào)，輸出與輸入信號(hào)反相；2、同相輸入端，用符號(hào)“+”表示。由此輸入的信號(hào)，輸出與輸入信號(hào)同相；3、 表示放大器，三角形所指方向?yàn)樾盘?hào)的傳輸方向。4、無(wú)窮大符號(hào)代表放大倍數(shù)無(wú)窮大注意：大多數(shù)集成運(yùn)放需要兩個(gè)直流電源：正電源+VCC和負(fù)電源VCC、教學(xué)過(guò)程內(nèi)容、步驟、方法附 記集成運(yùn)算放大器的外形和符號(hào)集成運(yùn)算的封裝有塑料雙列直插式、單列直插式、陶瓷扁平式、金屬元?dú)な降?。集成運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)和參數(shù)一、兩種

4、放大倍數(shù)圖5.1.1 集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)1開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)AVO開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)AVO：無(wú)反饋時(shí)集成運(yùn)放的放大倍數(shù)。如圖所示。 2閉環(huán)放大倍數(shù)AVF閉環(huán)放大倍數(shù)AVF：有反饋時(shí)集成運(yùn)放的放大倍數(shù)稱為閉環(huán)放大倍數(shù)。其數(shù)值根據(jù)具體電路的反饋情況來(lái)計(jì)算。二、主要參數(shù)1輸入失調(diào)電壓VIO輸入電壓為零時(shí)，為了使放大器輸出電壓為零，在輸入端外加的補(bǔ)償電壓。一般為毫伏級(jí)。它表征電路輸入部分不對(duì)稱的程度，VIO越小，運(yùn)放性能越好。2輸入失調(diào)電流IIO輸入電壓為零時(shí)，為了使放大器輸出電壓為零，在輸入端外加的補(bǔ)償電流。其值為兩個(gè)輸入端靜態(tài)基極電流之差。3輸入偏置電流IIB輸入電壓為零時(shí)，兩個(gè)輸入端靜態(tài)基極電流的平均值

5、。一般為微安數(shù)量級(jí)，IIB越小越好。4開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)AVO 電路開(kāi)環(huán)情況下，輸出電壓與輸入差模電壓之比。AVO越大，集成運(yùn)放運(yùn)算精度越高。一般中增益運(yùn)放的AVO可達(dá)105倍。5開(kāi)環(huán)輸入阻抗ri指電路開(kāi)環(huán)情況下，差模輸入電壓與輸入電流之比。ri越大，運(yùn)放性能越好。一般在幾百千歐至幾兆歐。6開(kāi)環(huán)輸出阻抗ro電路開(kāi)環(huán)情況下，輸出電壓與輸出電流之比。ro越小，運(yùn)放性能越好。一般在幾百歐左右。7共模抑制比KCMR電路開(kāi)環(huán)情況下，差模放大倍數(shù)AVD與共模放大倍數(shù)AVC之比。KCMR越大，運(yùn)放性能越好。一般在80dB以上。8輸出電壓峰 - 峰值VOPP放大器在空載情況下，最大不失真電壓的峰-峰值。9靜態(tài)功

6、耗PD電路輸入端短路、輸出端開(kāi)路時(shí)所消耗的功率。10開(kāi)環(huán)帶寬BW開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)隨信號(hào)頻率升高而下降3 dB所對(duì)應(yīng)的帶寬。以上參數(shù)可根據(jù)集成運(yùn)放的型號(hào)，從產(chǎn)品說(shuō)明書等有關(guān)資料中查閱。三、集成運(yùn)放產(chǎn)品分類簡(jiǎn)介1通用型通用型集成運(yùn)放的特點(diǎn)是：最大差模輸入電壓和最大共模輸入電壓大；輸出有短路保護(hù)功能；電源電壓適用范圍寬；不需外接補(bǔ)償電容。如性能較好的CF741等。2特殊型特殊型集成運(yùn)放的特點(diǎn)是突出某項(xiàng)性能指標(biāo)。如：(1) 高輸入阻抗型 差模輸入電阻不小于109 W。(2) 高精度型 DVIO/DT小于2mV/°C 。(3) 寬帶型 增益帶寬大。(4) 低功耗型 當(dāng)電源電壓 ±15

7、 V時(shí)，最大功耗不大于6 mW。(5) 高速型 轉(zhuǎn)換速率大于30 V/ms。(6) 高壓型 輸出電壓較高。五、反相輸入比例運(yùn)算電路圖所示的電路，是電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路。根據(jù)運(yùn)放“理想特性”，而vO又是有限值，則 所以 故反相輸入比例運(yùn)放的閉環(huán)放大倍數(shù)為 輸出電壓為 圖 反相比例放大電路 結(jié)論，反相輸入比例運(yùn)算電路的閉環(huán)放大倍數(shù)只取決于與之比，與開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)無(wú)關(guān)；輸出電壓與輸入電壓成反相比例關(guān)系。由于vA » 0，即A端的電位接近于零電位，但實(shí)際并沒(méi)有接地，所以通常把A端稱為“虛地”。六、同相輸入比例運(yùn)算電路圖所示的電路，是電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。根據(jù)運(yùn)放“理想特性”，而vO又為有限值。得，因此，輸入電壓為 = 其中 故同相輸入比例運(yùn)放的閉環(huán)放大倍數(shù)為教學(xué)過(guò)程內(nèi)容、步驟、方法附 記教學(xué)過(guò)程內(nèi)容、步驟、方法附 記輸出電壓 圖5.1.3 同相比例運(yùn)算放大電路從以上分析可以得出結(jié)論：同相輸入比例運(yùn)算電路的放大倍數(shù)與無(wú)關(guān)，只取決于與的比值；輸出電壓與輸入電壓同相且成比例關(guān)系。 七、集成運(yùn)算放大器的理想特性集成運(yùn)放的理想特性為：1輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出端應(yīng)恒定為零；2輸入阻抗ri = ¥ ；3輸出阻抗ro = 0；4頻帶寬度BW應(yīng)從0 ® ¥ ；5開(kāi)