模擬電子電路分析與制作：集成運(yùn)算放大器的識別與特性

1、模擬電子線路分析與制作 -集成運(yùn)放的識別與特性2 原子結(jié)構(gòu)集成運(yùn)放的識別1 定義 3 共價鍵1 集成運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)同相輸入端：uP（輸入級）反相輸入端：uN（輸入級）輸出端：uO（輸出級）兩個電源端：電源正極和電源負(fù)極（偏置電路）（1）輸入級一般采用高性能的差動放大電路，它決定整個集成運(yùn)放的輸入阻抗、共模抑制比、零點(diǎn)漂移、信噪比及頻率響應(yīng)，因此，輸入級的好壞直接影響集成運(yùn)放的工作性能。1 集成運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)同相輸入端：uP（輸入級）反相輸入端：uN（輸入級）輸出端：uO（輸出級）兩個電源端：電源正極和電源負(fù)極（偏置電路）（2）中間級是整個放大電路的主放大器，一般采用復(fù)合管作放大管，主要作用是提

2、高集成運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)。1 集成運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)同相輸入端：uP（輸入級）反相輸入端：uN（輸入級）輸出端：uO（輸出級）兩個電源端：電源正極和電源負(fù)極（偏置電路）（3）輸出級一般采用互補(bǔ)對稱功放電路，主要作用是提高帶負(fù)載能力和減小非線性失真.1 集成運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)同相輸入端：uP（輸入級）反相輸入端：uN（輸入級）輸出端：uO（輸出級）兩個電源端：電源正極和電源負(fù)極（偏置電路）（4）偏置電路采用不同形式的電流源電路，為各級放大電路提供合適的靜態(tài)工作電流。2 集成運(yùn)放的符號和封裝放大器“”表示開環(huán)增益無窮大“+”同相輸入端uP“-”反向輸入端uN輸出端uO：輸出信號uO與輸入信號uP相位相同，

3、與輸入信號uN相位相反。2 集成運(yùn)放的符號和封裝3 集成運(yùn)放的引腳功能符號功能 符號功能IN-反相輸入端OA調(diào)零IN+同相輸入端AZ自動調(diào)零OUT輸出端COMP相位補(bǔ)償Vcc正電源BW帶寬控制Vee負(fù)電源DR比例分頻GND接地CX外接電容NC空引腳BOOSTER負(fù)載能力擴(kuò)展集成運(yùn)放常用引腳符號及功能3 集成運(yùn)放的引腳功能4 集成運(yùn)放的命名和分類4 集成運(yùn)放的命名和分類1）通用型集成運(yùn)放：A741（單運(yùn)放）、LM358（雙運(yùn)放）、LM324（四運(yùn)放）及以場效應(yīng)晶體管為輸入級的LF356 等。2）高阻型集成運(yùn)放：輸入阻抗高、輸入偏置電流小，而且高速、高寬帶和低噪聲等優(yōu)點(diǎn)。LF356、LF355、L

4、F347(四運(yùn)放)及具有更高輸入阻抗的CA3130、CA3140等。3）低溫漂型集成運(yùn)放：，一般應(yīng)用到精密儀器、弱信號檢測等自動控制儀表中。OP-07, LM725、OP-27、AD508和ICL7650等。4）高速型集成運(yùn)放：具有高的轉(zhuǎn)換速率和寬的頻率響應(yīng)，一般應(yīng)用在要求轉(zhuǎn)換速率高和增益帶寬大的場合，如快速A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換器、視頻放大器等。AD825、LM318、A715、F118/218 等。5）低功耗型集成運(yùn)放：功率消耗低（功耗可達(dá)微瓦級），可低電池供電，一般用于便攜式設(shè)備。LM224、TL-022C、ICL7600等。6）高壓大功率型集成運(yùn)放：LM380、A791等。2 原子結(jié)構(gòu)

5、理想集成運(yùn)放的特征1 定義 3 共價鍵1 理想集成運(yùn)放的主要性能參數(shù)1）開環(huán)差模增益無窮大Aod；2）共模抑制比無窮大KCMR；3）輸入電阻無窮大Rid；4）輸出電阻為零Ro0；5）輸入失調(diào)電壓為零UIO0；6）輸入失調(diào)電流為零IIO0。1 理想集成運(yùn)放的主要性能參數(shù)1）開環(huán)差模增益無窮大Aod；2）共模抑制比無窮大KCMR；3）輸入電阻無窮大Rid；4）輸出電阻為零Ro0；5）輸入失調(diào)電壓為零UIO0；6）輸入失調(diào)電流為零IIO0。理想集成運(yùn)放的電路模型1 理想集成運(yùn)放的主要性能參數(shù)1）開環(huán)差模增益無窮大Aod；2）共模抑制比無窮大KCMR；3）輸入電阻無窮大Rid；4）輸出電阻為零Ro0；

6、5）輸入失調(diào)電壓為零UIO0；6）輸入失調(diào)電流為零IIO0。理想集成運(yùn)放的電路模型 虛短：由理想運(yùn)放的開環(huán)增益Aod = uod /(uP-uN)，則uP -uN= uod /Aod =0，因此有uP=uN，可知兩個輸入端的電壓是相等的（同相輸入端uP與反向輸入端uN的電位差為零），這種情況被稱為虛短路，簡稱“虛短”。1 理想集成運(yùn)放的主要性能參數(shù)1）開環(huán)差模增益無窮大Aod；2）共模抑制比無窮大KCMR；3）輸入電阻無窮大Rid；4）輸出電阻為零Ro0；5）輸入失調(diào)電壓為零UIO0；6）輸入失調(diào)電流為零IIO0。理想集成運(yùn)放的電路模型 虛短：由理想運(yùn)放的開環(huán)增益Aod = uod /(uP-

7、uN)，則uP -uN= uod /Aod =0，因此有uP=uN，可知兩個輸入端的電壓是相等的（同相輸入端uP與反向輸入端uN的電位差為零），這種情況被稱為虛短路，簡稱“虛短”。 虛斷：由理想運(yùn)放的輸入電阻Rid，故有iP=iN=0，這種情況被稱為虛斷路，簡稱虛斷。1 理想集成運(yùn)放的主要性能參數(shù)1）開環(huán)差模增益無窮大Aod；2）共模抑制比無窮大KCMR；3）輸入電阻無窮大Rid；4）輸出電阻為零Ro0；5）輸入失調(diào)電壓為零UIO0；6）輸入失調(diào)電流為零IIO0。理想集成運(yùn)放的電路模型 虛短：由理想運(yùn)放的開環(huán)增益Aod = uod /(uP-uN)，則uP -uN= uod /Aod =0，因

8、此有uP=uN，可知兩個輸入端的電壓是相等的（同相輸入端uP與反向輸入端uN的電位差為零），這種情況被稱為虛短路，簡稱“虛短”。 虛斷：由理想運(yùn)放的輸入電阻Rid，故有iP=iN=0，這種情況被稱為虛斷路，簡稱虛斷。值得注意，不管是“虛短”還是“虛斷”，它們并不是真正的短路或斷路。2 理想集成運(yùn)放的傳輸特性集成運(yùn)放的電壓傳輸特性集成運(yùn)放的輸出電壓uo與輸入電壓uid（即uid=uP-uN，uP為同相輸入端，uN為反相輸入端）之間的關(guān)系曲線稱為電壓傳輸特性線性區(qū)（也稱放大區(qū)）：輸出電壓與輸入電壓成正比例關(guān)系，其曲線的斜率就是電壓放大倍數(shù)，對于理想運(yùn)放，斜率應(yīng)該是無窮大，即線性區(qū)應(yīng)該一條垂直且?guī)缀?/p>

9、與縱軸重合的陡峭直線。非線性區(qū)（也稱飽和區(qū)）：當(dāng)輸入電壓超過一定范圍時，運(yùn)放工作在非線性區(qū)，即圖中兩條水平線，此時運(yùn)放進(jìn)入飽和狀態(tài)。當(dāng)uP-uN0，即同相端電壓大于反相端電壓時，輸出電壓UO=+Uom；當(dāng)uP-uN0，即同相端電壓大于反相端電壓時，輸出電壓UO=-Uom2 原子結(jié)構(gòu)理想集成運(yùn)放的選型1 定義 3 共價鍵1 集成運(yùn)放的參數(shù)（1）開環(huán)差模增益Aod Aod = uod /(uP-uN)。（2）共模抑制比KCMR KCMR=|Aod /Aoc|。（3）輸入電阻Rid Rid越大，從信號源索取的電流越小，越容易符合理想運(yùn)放虛斷路的特性。（4）輸入失調(diào)電壓UIO及溫漂dUIO /dT U

10、IO是指輸出電壓為零時在輸入端所加的補(bǔ)償電壓。UIO越小，表明差動輸入的電路參數(shù)對稱性越好。dUIO /dT是UIO的溫度系數(shù)，其值越小，溫漂越小。（5）輸入失調(diào)電流IIO及溫漂dIIO /dT IIO是指輸出電壓為零時，流入兩個輸入端的電流之差的絕對值IIO=|IB1-IB2|。 dIIO /dT與dUIO /dT定義類似，值越小越好。1 集成運(yùn)放的參數(shù)（6）最大共模輸入電壓UIcmax 是指集成運(yùn)放所能承受的最大共模電壓，若超過該值，共模抑制能力明顯下降。（7）最大差模輸入電壓UIdmax 是指集成運(yùn)放兩輸入端所允許加的最大差模電壓值，超過該值，運(yùn)放輸入極差分對管將被反向擊穿，使運(yùn)放的性能

11、變差，甚至損壞。（8）開環(huán)帶寬fH和單位增益帶寬fc fH又稱-3dB帶寬，指在正弦小信號激勵下，運(yùn)放開環(huán)電壓增益隨頻率升高從直流增益下降3dB所對應(yīng)的信號頻率；而增益下降至1，即0dB時的頻率定義為單位增益帶寬fc。（9）轉(zhuǎn)換速率SR 是指集成運(yùn)放在額定負(fù)載及輸入階躍信號大信號時運(yùn)放輸出電壓的最大變化率。反映了運(yùn)放對快速輸入信號的瞬態(tài)響應(yīng)。2 集成運(yùn)放的選擇1）根據(jù)精度要求，對各種誤差源進(jìn)行嚴(yán)密分析。2）分析輸入信號的特性，輸入時電壓源還是電流源，振幅的范圍是多少等。3）考慮應(yīng)用的特點(diǎn)，是反相器、加法器、跟隨器還是其他變換電路等，不同的應(yīng)用特點(diǎn)通常會影響集成運(yùn)放的選擇。4）考慮環(huán)境因素，如應(yīng)

12、用環(huán)境的溫度變化范圍，應(yīng)用時間及電源電壓的范圍是多少等。5）考慮集成運(yùn)放的性能參數(shù)。供電電源：電壓范圍，是單電源供電還是雙電源供電；精度：盡量選用失調(diào)電壓較小的集成運(yùn)放可以降低設(shè)計(jì)難度。同時，考慮零溫漂的集成運(yùn)放可以進(jìn)一步降低寬溫度應(yīng)用范圍里系統(tǒng)調(diào)零的難度；轉(zhuǎn)換速率：有大幅度信號通路時要充分考慮集成運(yùn)放的轉(zhuǎn)換速率SR；帶寬：小信號通路時考慮集成運(yùn)放的增益帶寬，并留有足夠的開環(huán)增益，噪聲：失調(diào)可以在后端校正，混在信號通帶的噪聲卻很難校正，因此，需充分考慮寬帶電壓噪聲系數(shù)，帶寬和電阻的熱噪聲等；其他：是否對功耗、靜態(tài)電流等有要求，這也是在選型時所要考慮的因素。2 集成運(yùn)放的選擇供電電源設(shè)計(jì)要求典型應(yīng)用 推薦的集成運(yùn)放（TI系列）Vcc5V低功耗，精密，小封裝 便攜，電池供電OPA3xx，TL