第四章集成運(yùn)放(中科院《模擬電子技術(shù)》課件)

1、 第四章第四章 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器4.1 概述概述4.4 集成運(yùn)放的性能指標(biāo)集成運(yùn)放的性能指標(biāo)4.5 集成運(yùn)放的種類及選擇集成運(yùn)放的種類及選擇集成電路集成電路: 將整個(gè)電路的各個(gè)元件做在同一個(gè)半導(dǎo)將整個(gè)電路的各個(gè)元件做在同一個(gè)半導(dǎo)體基片上。體基片上。集成運(yùn)放的特點(diǎn)：集成運(yùn)放的特點(diǎn)：（1）電路結(jié)構(gòu)采用直接耦合方式）電路結(jié)構(gòu)采用直接耦合方式（2）電阻、電容的值不宜做得太大）電阻、電容的值不宜做得太大（3）為克服溫漂，常采用差分放大電路）為克服溫漂，常采用差分放大電路4.1 概述概述集成運(yùn)放：集成運(yùn)放：是制作在一塊硅片上的一個(gè)完整的直是制作在一塊硅片上的一個(gè)完整的直接耦合多級(jí)放大電路，因?yàn)?/p>

2、多用于各種模擬信號(hào)的接耦合多級(jí)放大電路，因?yàn)槎嘤糜诟鞣N模擬信號(hào)的運(yùn)算（比例、求和等），所以稱為集成運(yùn)放，它已運(yùn)算（比例、求和等），所以稱為集成運(yùn)放，它已經(jīng)取代了分立元件放大電路。經(jīng)取代了分立元件放大電路。構(gòu)成方框圖：構(gòu)成方框圖：偏置電路作用：偏置電路作用： 設(shè)置集成運(yùn)放各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。設(shè)置集成運(yùn)放各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)-UEE+UCC u+uo u反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端T3T4T5T1T2IS例圖：例圖：輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)+UCCUEE u+uo u反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端T3T4T5T1T2

3、IS對(duì)輸入級(jí)的要求：對(duì)輸入級(jí)的要求：盡量減小零點(diǎn)漂移盡量減小零點(diǎn)漂移, ,盡量提高盡量提高 KCMR , , 輸入阻抗輸入阻抗 ri 盡可能大盡可能大。與與uo反相反相與與uo同相同相輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)UEE+UCC u+uo u反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端T3T4T5T1T2IS對(duì)中間級(jí)的要求：對(duì)中間級(jí)的要求：足夠大的電壓放大倍數(shù)。足夠大的電壓放大倍數(shù)。輸入級(jí)輸入級(jí)中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)UEE+UCC u+uo u反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端T3T4T5T1T2IS對(duì)輸出級(jí)的要求：對(duì)輸出級(jí)的要求：主要提高帶負(fù)載能力，給出足夠主要提高帶負(fù)載能力，給出

4、足夠的輸出電流的輸出電流io 。即輸出阻抗。即輸出阻抗 ro小。小。 ri 大大: :幾十幾十k k 幾百幾百 k k 運(yùn)放的特點(diǎn)：運(yùn)放的特點(diǎn)：KCMR 很大很大 ro ?。簬资。簬资?幾百幾百 A o 很很大大:10:104 4 10 107 7理想運(yùn)放：理想運(yùn)放： ri KCMR ro 0 0Ao 運(yùn)放符號(hào)：運(yùn)放符號(hào)：uu+ uo u u+ uoA0uiuo+UOM-UOMAo越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須在越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須在輸出與輸入之間輸出與輸入之間加負(fù)反饋才能使其工作加負(fù)反饋才能使其工作于線性區(qū)。于線性區(qū)。uiuo_+A0集成運(yùn)放的電壓傳輸特性集成運(yùn)放的電壓傳輸特性從

5、外部看，集成運(yùn)放是一個(gè)雙端輸入、單端輸出、高從外部看，集成運(yùn)放是一個(gè)雙端輸入、單端輸出、高差模放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻、很好抑制差模放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻、很好抑制溫漂的差動(dòng)放大電路。溫漂的差動(dòng)放大電路。4.4 4.4 集成運(yùn)放的性能指標(biāo)集成運(yùn)放的性能指標(biāo)1. 開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod無(wú)外加反饋回路的差模放大倍數(shù)。一般在無(wú)外加反饋回路的差模放大倍數(shù)。一般在10105 5 10 107 7之間。理想運(yùn)放的之間。理想運(yùn)放的A Aodod為為 。2. 共模抑制比共模抑制比KCMR常用分貝作單位，一般常用分貝作單位，一般100dB100dB以上以上。3. 差模輸

6、入電阻差模輸入電阻ridr ri i1M1M , , 有的可達(dá)有的可達(dá)100100M M 以上。以上。4.4.1 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)4. 輸出電阻輸出電阻ror ro o = =幾幾 - -幾十幾十 。5. 最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓UIcmax6. 最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓UIdmax7. -3dB帶寬帶寬fH運(yùn)放是直流放大器，運(yùn)放是直流放大器， 也可放大低頻信號(hào)，也可放大低頻信號(hào)，不適用于高頻信號(hào)。不適用于高頻信號(hào)。還有其他一些反映運(yùn)放對(duì)稱性、零漂等的參還有其他一些反映運(yùn)放對(duì)稱性、零漂等的參數(shù)。數(shù)。8.輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓UIO和輸入偏置電流和輸入偏置電流IIB4.

7、5 集成運(yùn)放的種類及選擇集成運(yùn)放的種類及選擇按照集成運(yùn)算放大器的參數(shù)來(lái)分，集成運(yùn)算放大按照集成運(yùn)算放大器的參數(shù)來(lái)分，集成運(yùn)算放大器可分為如下幾類。器可分為如下幾類。1通用型運(yùn)算放大器通用型運(yùn)算放大器通用型運(yùn)算放大器就是以通用為目的而設(shè)計(jì)的。通用型運(yùn)算放大器就是以通用為目的而設(shè)計(jì)的。這類器件的主要特點(diǎn)是價(jià)格低廉、產(chǎn)品量大面廣，這類器件的主要特點(diǎn)是價(jià)格低廉、產(chǎn)品量大面廣，其性能指標(biāo)能適合于一般性使用。其性能指標(biāo)能適合于一般性使用。2高阻型運(yùn)算放大器高阻型運(yùn)算放大器這類集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)是差模輸入阻抗非常高，這類集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)是差模輸入阻抗非常高，輸入偏置電流非常小，一般輸入偏置電流非常小，

8、一般rid（1091012） ，IIB為幾皮安到幾十皮安。為幾皮安到幾十皮安。 3低溫漂型運(yùn)算放大器低溫漂型運(yùn)算放大器在精密儀器、弱信號(hào)檢測(cè)等自動(dòng)控制儀表中，總是希在精密儀器、弱信號(hào)檢測(cè)等自動(dòng)控制儀表中，總是希望運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓要小且不隨溫度的變化而變望運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓要小且不隨溫度的變化而變化。低溫漂型運(yùn)算放大器就是為此而設(shè)計(jì)的?；?。低溫漂型運(yùn)算放大器就是為此而設(shè)計(jì)的。4高速型運(yùn)算放大器高速型運(yùn)算放大器在快速在快速A/D和和D/A轉(zhuǎn)換器、視頻放大器中，要求集成轉(zhuǎn)換器、視頻放大器中，要求集成運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率SR一定要高，單位增益帶寬一定要高，單位增益帶寬BWG一

9、定要足夠大，一定要足夠大，像通用型集成運(yùn)放是不能適合于高速應(yīng)用的場(chǎng)合的。像通用型集成運(yùn)放是不能適合于高速應(yīng)用的場(chǎng)合的。高速型運(yùn)算放大器主要特點(diǎn)是具有高的轉(zhuǎn)換速率和寬高速型運(yùn)算放大器主要特點(diǎn)是具有高的轉(zhuǎn)換速率和寬的頻率響應(yīng)。的頻率響應(yīng)。 5低功耗型運(yùn)算放大器低功耗型運(yùn)算放大器由于電子電路集成化的最大優(yōu)點(diǎn)是能使復(fù)雜電路小型由于電子電路集成化的最大優(yōu)點(diǎn)是能使復(fù)雜電路小型輕便，所以隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，必須使輕便，所以隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，必須使用低電源電壓供電、低功率消耗的運(yùn)算放大器相適用。用低電源電壓供電、低功率消耗的運(yùn)算放大器相適用。 6高壓大功率型運(yùn)算放大器高壓大功率型運(yùn)算放大

10、器運(yùn)算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限制。運(yùn)算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限制。在普通的運(yùn)算放大器中，輸出電壓的最大值一般僅幾在普通的運(yùn)算放大器中，輸出電壓的最大值一般僅幾十伏，輸出電流僅幾十毫安。十伏，輸出電流僅幾十毫安。若要提高輸出電壓或增大輸出電流，集成運(yùn)放外部必若要提高輸出電壓或增大輸出電流，集成運(yùn)放外部必須要加輔助電路。須要加輔助電路。高壓大電流集成運(yùn)算放大器外部不需附加任何電路，高壓大電流集成運(yùn)算放大器外部不需附加任何電路，即可輸出高電壓和大電流。即可輸出高電壓和大電流。 正確選擇集成運(yùn)算放大器正確選擇集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器是模擬集成電路中應(yīng)用最廣泛的一集成運(yùn)算放大器是

11、模擬集成電路中應(yīng)用最廣泛的一種器件。在由運(yùn)算放大器組成的各種系統(tǒng)中，由于種器件。在由運(yùn)算放大器組成的各種系統(tǒng)中，由于應(yīng)用要求不一樣，對(duì)運(yùn)算放大器的性能要求也不一應(yīng)用要求不一樣，對(duì)運(yùn)算放大器的性能要求也不一樣。樣。在沒(méi)有特殊要求的場(chǎng)合，盡量選用通用型集成運(yùn)放，在沒(méi)有特殊要求的場(chǎng)合，盡量選用通用型集成運(yùn)放，這樣即可降低成本，又容易保證貨源。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)這樣即可降低成本，又容易保證貨源。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)中使用多個(gè)運(yùn)放時(shí)，盡可能選用多運(yùn)放集成電路。中使用多個(gè)運(yùn)放時(shí)，盡可能選用多運(yùn)放集成電路。集成運(yùn)算放大器的選擇需要在不斷實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)，集成運(yùn)算放大器的選擇需要在不斷實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)，需要考慮的因素很多。需要考慮的因素很多。在實(shí)際中應(yīng)用集成運(yùn)放要首先查閱相應(yīng)的使用說(shuō)明在實(shí)際中應(yīng)用集成運(yùn)放要首先查閱相應(yīng)的使用說(shuō)明手冊(cè)。手冊(cè)