集成運算放大器及應用-集成運算放大器（電子技術課件）

集成運放3.1.1集成運放1.集成電路的概念

把晶體管、電阻、電容以及連接導線等，集中制造在一小塊半導體基片上，形成具有電路功能的器件稱為集成電路。2.集成電路的類型以集成度（即元件數(shù)量）可分為：一百以下的小規(guī)模集成電路；一百至一千個之間的中規(guī)模集成電路；一千至十萬個之間的大規(guī)模集成電路；十萬以上的超大規(guī)模集成電路。一、集成運放概述3.集成電路的優(yōu)點集成電路具有體積小、重量輕、安裝方便、功耗小、工作可靠等，因此被廣泛采用。4.集成運放的概念集成運算放大電路簡稱集成運放，是一種高增益的多級直接耦合放大器，廣泛的應用于信號處理，測量，波形產生等；由于它最初多用于各種模擬信號的運算上，故被稱為集成運算放大電路。二、集成運放的組成及符號1.集成運放的組成框圖偏置電路uid+

中間電壓放大級輸出級uo輸入級圖3.1.1集成運放的組成框圖2.各組成部分的特點采用差分放大電路。要求輸入電阻高，輸入端耐壓高，抑制溫度漂移能力強，靜態(tài)電流小。采用共發(fā)射極放大電路。要求有足夠的放大能力。采用互補對稱輸出電路。要求輸出電壓范圍寬，輸出電阻小，非線性失真小。為各級放大電路提供合適的靜態(tài)工作點。偏置電路uid+

中間電壓放大級輸出級uo輸入級圖3.1.1集成運放的組成框圖3.集成運放的符號及含義（a）新國標符號（b）以往用過的符號“-”號表示反相輸入端，指集成運放的輸出信號與該輸入端所加信號極性相反?！?”號表示同相輸入端，指集成運放的輸出信號與輸入端所加信號極性相同。指集成運放開環(huán)增益為無窮大。集成運算放大器圖3.1.2集成運放的符號4.集成運放實物圖3.1.4LM324引腳圖（1）封裝形式、引腳排列金屬殼封裝雙列直插式塑料封裝圖3.1.3集成運放封裝與引腳圖（2）運算放大器外形圖圖3.1.5集成運放實物圖三、理想集成運放的主要參數(shù)1.理想集成運放真正的理想集成運放并不存在，但由于實際制造水平的提高，實際運放的各項指標與理想運放指標非常接近，因此，在實際應用中常將運放理想化。理想集成運放滿足以下各項技術指標：

1.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)

它是指集成運放在開環(huán)狀態(tài)下（指輸出端與輸入端之間未接任何元件即不存在反饋）的差模電壓放大倍數(shù)。

（1）差模信號和共模信號共模信號是指，即兩個輸入信號大小相同，極性相同。ui1=ui2差模信號是指，即兩個輸入信號大小相同，極性相反。

ui1=–

ui22.輸入電阻它是指集成運放在開環(huán)狀態(tài)下，輸入差模信號時兩輸入端之間的動態(tài)電阻，反映差模輸入時，集成運放向信號源索取電流的大小。3.輸出電阻4.共模抑制比反映了集成運放對共模信號的抑制能力。5.輸入失調電壓、電流6.上限截止頻率

它是指集成運放輸出電壓為零時，兩個輸入端所加補償電壓的大小、兩個輸入端的靜態(tài)電流之差均為零。

反映集成運放的頻率特性。集成運放的線性應用（一）1.集成運放的傳輸特性傳輸特性是指輸出電壓與輸入電壓之間關系的特性曲線，如圖所示，可分為線性區(qū)和非線性區(qū)。OuiduoUOM–UOM非線性區(qū)線性區(qū)一、線性區(qū)的集成運放圖3.1.6電壓傳輸特性3.2.1集成運放的線性應用（一）（1）線性區(qū)特點a虛短集成運放工作在線性區(qū)時，利用它的理想?yún)?shù)可以得到兩個重要概念：“虛短”和“虛斷”。由于uo=Aud(u+–u–)=Auduid，

而Aud

因此u+–u–=uo/Aud

0，即理想集成運放兩個輸入端的電位近似相等，相當于短路，但又不是真正的短路，稱為虛短。b虛斷

由于i+=uid/Rid

而Rid

，因此i+=uid/Rid

0，同理i–

0，即理想運放兩個輸入端的輸入電流近似為零，稱為虛斷。2.非線性區(qū)特點對于工作在非線性區(qū)的理想集成運放，“虛短”的概念將不成立，但“虛斷”的概念仍成立。開環(huán)狀態(tài)有正反饋工作在非線性區(qū)的理想集成運放，通常有以下兩種情況：圖3.1.7常見的非線性區(qū)工作情況如圖可知，當電路處于非線性區(qū)時，輸出只存在+UOM和-UOM。Ouiduo+UOM–UOM非線性區(qū)線性區(qū)非線性區(qū)圖3.1.6電壓傳輸特性（1）當

u+<u–時,

uo=–UOM（2）當u+>u–時，uo=UOM

集成運放可以應用在各種運算電路上，以輸入電壓作為自變量，輸出電壓按一定的數(shù)學規(guī)律變化，反映出某種運算的結果。二、集成運放的線性應用

常見的運算電路有比例、加減、積分、微分等，利用這些運算電路實現(xiàn)同相放大、反相放大、差分放大以及信號的變換。注意：集成運放作運算電路時必須工作在線性區(qū)。1.反相比例運算電路其中，Rf為反饋電阻，構成電壓并聯(lián)負反饋組態(tài)。圖3.2.1反相比例運算電路圖中電阻R2稱為直流平衡電阻，且RP=R1

∥Rf

。同相輸入端通過RP接地，故u+=0，根據(jù)虛短的概念有：u-=u+；因u+=0，則u-=u+=0。圖3.2.1反相比例運算電路因此集成運放兩個輸入端的電位均零，但反相輸入端并沒有真正直接接地，故稱之為“虛地”。根據(jù)虛斷和虛短概念有：ii=if

，u-=u+

于是有：

當

時，則，，即輸出電壓與輸入電壓大小相等，相位相反，稱為反相器。

ii=if

u-=u+=0圖3.2.1反相比例運算電路2.同相比例運算電路圖3.2.2同相比例運算電路同相輸入放大電路如圖所示，Rf為反饋電阻，Rf

與R1

使運放構成電壓串聯(lián)負反饋電路。根據(jù)“虛短”和“