集成運算放大電路綜述

第五章集成運算放大電路

集成運算放大電路內容提要1、了解集成化元器件及其特點2、掌握集成差動放大電路的構成、放大差模抑制共模的工作原理及分析方法3、掌握電流源電路的特點及典型的電流源電路4、理解功率輸出級電路與小信號放大電路的區(qū)別及集成運算電路的一般結構形式5、集成運算放大器在線性和非線性應用方面常用電路的組成、工作原理和電路功能

集成運算放大電路§5.1集成放大電路的特點將整個電路的各個元件做在同一個半導體基片上的電路稱為集成電路。集成電路的優(yōu)點：工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小。集成電路的分類：模擬集成電路、數(shù)字集成電路；中、大、超大規(guī)模集成電路等

集成運算放大電路集成電路的特點：1、不易制造大電阻。需要大電阻時，往往使用有源負載2、元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特別有利于實現(xiàn)需要對稱結構的電路3、只能制作幾十pF以下的小電容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大電容，只有外接4、不能制造電感，如需電感，也只能外接5、集成電路的芯片面積小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下

集成運算放大電路§5.2集成運放的基本組成部分輸入級中間級輸出級偏置電路

集成運算放大電路偏置電路：為各級放大電路設置合適的靜態(tài)工作點，采用電流源電路輸入級：通常由差動放大電路構成，目的是為了減小放大電路的零點漂移、提高輸入阻抗中間級：通常由共發(fā)射極放大電路構成，目的是為了獲得較高的電壓放大倍數(shù)輸出級：通常由互補對稱電路構成，目的是為了減小輸出電阻，提高電路的帶負載能力

集成運算放大電路§5.2.1偏置電路一、鏡像電流源當滿足條件

集成運算放大電路由于輸出IC2和基準電流IREF相等，它們之間如同鏡像的關系，故稱為鏡像電流源。二、比例電流源VT1VT2UBE1UBE2IC1IC2IB1IB2RIREF+VCCR1R2

兩個三極管的集電極電流之比近似與發(fā)射極電阻的阻值成反比，故稱為比例電流源。

集成運算放大電路三、微電流源微電流源VT1VT2UBE1UBE2IC1IC2IB1IB2RIREF+VCCRe

VT2能得到微安級的輸出電流，同時電阻值又不太大，稱為微電流源。設得

集成運算放大電路§5.2.2差分放大輸入級一、基本形式差分放大電路1、電路組成uoRC1Rb1VT1R1RC2Rb2VT2R2+VCCuId電路結構對稱，輸出端的零點漂移將互相抵消差模輸入電壓

集成運算放大電路2、電壓放大倍數(shù)假設每一邊單管放大電路的電壓放大倍數(shù)為Au1，則VT1和VT2的集電極輸出電壓的變化量分別為：故差模電壓放大倍數(shù)為

集成運算放大電路3、共模抑制比+VCCuouICRCRbVT1RRCRbVT2R共模輸入電壓

集成運算放大電路差模電壓放大倍數(shù):共模電壓放大倍數(shù):共模抑制比:差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)之比

集成運算放大電路共模抑制比描述差分放大電路對零漂的抑制能力。共模抑制比愈大，抑制零漂的能力愈強。理想情況下，兩管輸出端的溫漂完全抵消，則共模電壓放大倍數(shù)AC=0，共模抑制比KCMR=∞。二、長尾式差分放大電路1、電路組成uoRCVT1RRCVT2R+VCCuIdRe-VEE長尾式差分放大電路

集成運算放大電路2、靜態(tài)分析靜態(tài)基極電流為靜態(tài)集電極電流和電位為（對地）靜態(tài)基極電位為（對地）

集成運算放大電路3、動態(tài)分析△uoRCVT1RRCVT2R交流通路差模電壓放大倍數(shù)為差模輸入電阻為輸出電阻為

集成運算放大電路三、恒流源式差分放大電路

（動態(tài)分析與長尾式相同）靜態(tài)分析：

集成運算放大電路

為了簡化，常不把恒流源式差分放大電路中VT3具體電路畫出，采用簡化的恒流源符號表示。

集成運算放大電路四、差分放大電路的輸入、輸出接法差動放大電路具有四種不同的工作狀態(tài)：雙端輸入，雙端輸出；單端輸入，雙端輸出；雙端輸入，單端輸出；單端輸入，單端輸出。

集成運算放大電路單端輸入：

單端輸入和雙端輸入并沒有本質的區(qū)別，可以直接利用雙端輸入時的公式進行計算

單端輸出：

單端輸出的輸出信號可以取自VT1或VT2的集電極

（1）單端輸出時的差模電壓放大倍數(shù)Aud1

（2）單端輸出時的共模電壓放大倍數(shù)Auc1

（3）單端輸出時的共模抑制比KCMR

（4）單端輸出時差動放大電路的輸出電阻Rod

集成運算放大電路1、差分輸入、雙端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuI+VCCVEEIR+

集成運算放大電路2、差分輸入、單端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuI+VCCVEEIR+若從VT2

集電極輸出，表達式中沒有負號。

集成運算放大電路3、單端輸入、雙端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuI+VCCVEEI+

集成運算放大電路4、單端輸入、單端輸出RcVT1VT2Rc+uoRRuI+VCCVEEI+若從VT2

集電極輸出，表達式中沒有負號

集成運算放大電路四種接法性能比較：輸入輸出方式差模信號uid共模信號uic差模電壓放大倍數(shù)Aud差模Rid差模Rod

共模抑制比KCMR雙入雙出uid=uiuic=0單入雙出uid=uiuic=0雙入單出uid=uiuic=ui/2單入單出uid=uiuic=ui/2較高很高很高很高

集成運算放大電路§5.2.3中間級一、有源負載uIVT3VT2VT1RI+VCCuO有源負載單管共射放大電路

集成運算放大電路

uIVT3VT4+VCCVT1VT2iC3iC1iC4iC2iO-VEEI有源負載差分放大電路

集成運算放大電路二、復合管VT1VT2bceecbVT1VT2bceecb

集成運算放大電路iCiEiBVT1VT2兩個NPN管組成的復合管

集成運算放大電路§5.2.4輸出級互補對稱電路+VCC-VCCR1R2RVD1VD2NPNPNPVT1VT2RLuOuIiC1iC2iB1iB20iLt交越失真

集成運算放大電路§5.3集成運放的典型電路集成運放的原理圖

集成運算放大電路集成四運放LM324LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬,靜態(tài)功耗小，可單電源使用,價格低廉等優(yōu)點,因此被廣泛應用在反相交流放大器、同相交流放大器、測溫電路、比較器等各種電路中。

集成運算放大電路LM324作反相交流放大器

代替晶體管進行交流放大,用于擴音機前置放大等。電路無需調試。放大器電壓放大倍數(shù)Av=-Rf/Ri。

集成運算放大電路LM324作測溫電路

感溫探頭采用一只硅三極管3DG6。運放A1連接成同相直流放大形式，溫度越高，晶體管BG1壓降越小，運放A1同相輸入端的電壓就越低，輸出端的電壓也越低。這是一個線性放大過程。在A1輸出端接上測量或處理電路，便可對溫度進行指示或進行其它自動控制。

集成運算放大電路OP07介紹：

OP07運算放大器的輸入失調電壓低,輸入偏置電流小,開環(huán)增益高。這些特性使這種運算放大器非常適合用于高增益儀器系統(tǒng)。此外,OP07的失調和增益具有極好時間穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。

集成運算放大電路一、開環(huán)差模電壓增益Aod

無外加反饋情況下的直流差模增益。一般在105107之間。理想運放的Aod為。二、共模抑制比KCMR§5.4集成運放的主要技術指標

開環(huán)差模電壓增益與開環(huán)共模電壓增益之比。多數(shù)集成運放共模抑制比達80dB以上。

集成運算放大電路三、最大輸出電壓UOPP能使輸出和輸入保持不失真關系的最大輸出電壓。七、共模輸入電壓范圍UICM運放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值運放的共模抑制性能下降，甚至造成器件損壞。愈小愈好四、輸入失調電壓UIO五、輸入失調電流IIO六、輸入偏置電流IIB

集成運算放大電路§5.5理想運算放大器§5.5.1理想運放的技術指標開環(huán)差模電壓增益Aod=∞；輸出電阻ro=0；共模抑制比KCMR=∞；差模輸入電阻rid=∞；UIO=0、IIO=0；輸入偏置電流IIB=0；fH=∞等等。

集成運算放大電路§5.5.2理想運放工作在線性區(qū)時的特點O＋－u－u+uoAodi-i+電壓傳輸特性集成運放的電壓和電流uoui+UOPP-UOPP線性放大區(qū)非線性區(qū)uoui+UOPP-UOPP線性放大區(qū)非線性區(qū)

集成運算放大電路Aod越大，運放的線性范圍越小，必須加負反饋才能使其工作于線性區(qū)。

uo

=Aod(u+–u–

)1、差模輸入電壓約等于零即u+=u–

,稱“虛短”2、輸入電流約等于零即i+=i–0,稱“虛斷”

集成運算放大電路§5.5.3理想運放工作在非線性區(qū)時的特點1、輸出電壓有兩種可能當當時時2、輸入電流在非線性區(qū)，雖然運放兩個輸入端的電壓不相等，即，但理想運放。

集成運算放大電路1、通用型。性能指標適合一般性使用，其特點是電源電壓適應范圍廣，允許有較大的輸入電壓等，如CF741等。2、高精度型。失調電壓溫度系數(shù)在1μV／℃左右，能保證組成的電路對微弱信號檢測的準確性，如CF75、CF7650等。3、低功耗型。靜態(tài)功耗≤2mW，如XF253等。4、高阻型。輸入電阻可達1012Ω，如F55系列等?！?.6各類集成運放的性能特點

集成運算放大電路§5.7集成運放使用中的幾個具體問題§5.7.1集成運放參數(shù)的測試

集成運放組件的各項指標通常是由專 用儀器進行測試的，但也可用簡易測試方 法進行測試，主要測試的內容包括：輸入 失調電壓U0S、輸入失調電流I0S、開環(huán)差 模放大倍數(shù)Aud、共模抑制比CMRR、共模 輸入電壓范圍Uicm、輸出電壓最大動態(tài)范 圍UOPP等

集成運算放大電路§5.7.2使用中可能出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象1、不能調零.調零電位器故障；.應用電路接線有誤或有虛焊；.反饋極性接錯或負反饋開環(huán)；.集成運放內部損壞；.關斷電源后重新接通即可恢復是輸入信號過大而造成“堵塞”現(xiàn)象原因:

集成運算放大電路2、漂移現(xiàn)象嚴重存在虛焊點運放產生自激振蕩或受強電磁場干擾集成運放靠近發(fā)熱元件輸入回路保護二極管受光照射調零電位器滑動端接觸不良集成運放本身損壞或質量不合格等原因：3、產生自激振蕩消振措施：按規(guī)定部位和參數(shù)接入校正網絡防止反饋極性接錯避免負反饋過強

集成運算放大電路合理安排接線，防止雜散電容過大§5.7.3集成運放的保護1、輸入保護反相輸入保護uO+AR1RFVD1VD2uI限制集成運放兩個輸入端間的差模輸入電壓不超過二極管VD1、VD2的正向導通電壓

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