第2章-集成運(yùn)放及其基本應(yīng)用

第二章集成運(yùn)放及其基本應(yīng)用集成運(yùn)放電路的組成兩個(gè)輸入端一個(gè)輸出端

若將集成運(yùn)放看成為一個(gè)“黑盒子”，則可等效為一個(gè)雙端輸入、單端輸出的差分放大電路。集成運(yùn)放電路四個(gè)組成部分的作用輸入級(jí)：前置級(jí)，多采用差分放大電路。要求Ri大，Ad大，

Ac小，輸入端耐壓高。中間級(jí)：主放大級(jí)，多采用共射放大電路。要求有足夠的放大能力。輸出級(jí)：功率級(jí)，多采用準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)。要求Ro小，最大不失真輸出電壓盡可能大。偏置電路：為各級(jí)放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。采用電流源電路。幾代產(chǎn)品中輸入級(jí)的變化最大！集成運(yùn)放的電壓傳輸特性

由于Aod高達(dá)幾十萬(wàn)倍，所以集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的最大輸入電壓(uP－uN)的數(shù)值僅為幾十～一百多微伏。在線性區(qū)：uO＝Aod(uP－uN)

Aod是開(kāi)環(huán)差模放大倍數(shù)。非線性區(qū)

(uP－uN)的數(shù)值大于一定值時(shí)，集成運(yùn)放的輸出不是＋UOM

,

就是－UOM，即集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)。uO=f(uP-uN)F007內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

輸入電阻大、差模增益大、輸出電阻小、共模抑制能力強(qiáng)、允許的共模輸入電壓高、輸入端耐壓高等。三、集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo)

指標(biāo)參數(shù)F007典型值理想值開(kāi)環(huán)差模增益Aod106dB∞差模輸入電阻rid2MΩ∞共模抑制比KCMR90dB∞輸入失調(diào)電壓UIO1mV

0UIO的溫漂dUIO/dT(℃)幾μV/℃0輸入失調(diào)電流IIO(│IB1-IB2│)

20nA0UIO的溫漂dUIO/dT(℃)幾nA/℃0最大共模輸入電壓UIcmax±13V最大差模輸入電壓UIdmax±30V-3dB帶寬fH10Hz∞轉(zhuǎn)換速率SR(=duO/dt│max)0.5V/μS

∞20lg│Aod│使uO為0在輸入端所加的補(bǔ)償電壓超過(guò)此值不能正常放大差模信號(hào)超過(guò)此值輸入級(jí)放大管擊穿集成電路運(yùn)算放大器

集成運(yùn)算放大器是一種高電壓增益，高輸入電阻和低輸出電阻的多級(jí)直接耦合放大電路。運(yùn)算放大器方框圖

1.輸入級(jí)使用高性能的差分放大電路，它必須對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制力，而且采用雙端輸入雙端輸出的形式。

4.偏置電路提供穩(wěn)定的幾乎不隨溫度而變化的偏置電流，以穩(wěn)定工作點(diǎn)。

3.輸出級(jí)由PNP和NPN兩種極性的三極管或復(fù)合管組成，以獲得正負(fù)兩個(gè)極性的輸出電壓或電流。具體電路參閱功率放大器。

2.電壓放大級(jí)要提供高的電壓增益，以保證運(yùn)放的運(yùn)算精度。中間級(jí)的電路形式多為差分電路和帶有源負(fù)載的高增益放大器。另舉例說(shuō)明集成運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)T5T6RC3RE2RLRC4RE3T7T9T8T4R2R1T3R3RC1T1RC2T2-+RE4RE5T11T10+UCC-UEE集成運(yùn)放內(nèi)部結(jié)構(gòu)（舉例）第1級(jí)：差動(dòng)放大器第2級(jí)：差動(dòng)放大器第3級(jí)：?jiǎn)喂芊糯笃鞯?級(jí)：互補(bǔ)對(duì)稱射極跟隨器極性判斷＋－u－u+uo－＋＋

反相輸入端u－同相輸入端u+輸出端uo美國(guó)符號(hào)：國(guó)內(nèi)符號(hào)：集成運(yùn)算放大器符號(hào)同相輸入端:該端輸入信號(hào)變化的極性與輸出端相同反相輸入端:該端輸入信號(hào)變化的極性與輸出端相反運(yùn)算放大器外形圖

1.差模電壓放大倍數(shù)Avd=

，實(shí)際上Avd≥80dB即可。

理想運(yùn)算放大器的條件2.差模輸入電阻Rid=

，實(shí)際上Rid比輸入端外電路的電阻大2～3個(gè)量級(jí)即可。3.輸出電阻Ro=0，實(shí)際上Ro比輸入端外電路的電阻小1～2個(gè)量級(jí)即可。

4.帶寬足夠?qū)挕?.共模抑制比足夠大。實(shí)際上在做一般原理性分析時(shí)，產(chǎn)品運(yùn)算放大器都可以視為理想的。只要實(shí)際的運(yùn)用條件不使運(yùn)算放大器的某個(gè)技術(shù)指標(biāo)明顯下降即可。

理想運(yùn)算放大器具有“虛短”和“虛斷”的特性，這兩個(gè)特性對(duì)分析線性運(yùn)用的運(yùn)放電路十分有用。為了保證線性運(yùn)用，運(yùn)放必須在閉環(huán)(負(fù)反饋）下工作。

理想運(yùn)算放大器的特性

(1)虛短由于運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)很大，一般都在80

dB以上。而運(yùn)放的輸出電壓是有限的，一般在10

V～14

V。因此運(yùn)放的差模輸入電壓不足1

mV，兩輸入端近似等電位，相當(dāng)于“短路”。開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)越大，兩輸入端的電位越接近相等。

“虛短”是指在分析運(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)時(shí)，可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡(jiǎn)稱虛短。顯然不能將兩輸入端真正短路。

(2)虛斷

由于運(yùn)放的差模輸入電阻很大，一般都在1

M

以上。因此流入運(yùn)放輸入端的電流往往不足1

A，遠(yuǎn)小于輸入端外電路的電流。故通常可把運(yùn)放的兩輸入端視為開(kāi)路，且輸入電阻越大，兩輸入端越接近開(kāi)路?！疤摂唷笔侵冈诜治鲞\(yùn)放處于線性狀態(tài)時(shí)，可以把兩輸入端視為等效開(kāi)路，這一特性稱為虛假開(kāi)路，簡(jiǎn)稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。1.Avd=

（實(shí)際上Avd≥80dB即可）一、三條件2.差模輸入電阻Rid=

3.輸出電阻Ro=0理想運(yùn)算放大器條件：線性運(yùn)用(負(fù)反饋）

二、兩特性

(1)虛短兩輸入端視為等電位（

）

(2)虛斷

兩輸入端視為等效開(kāi)路（）下面舉兩個(gè)例子說(shuō)明虛短和虛斷的運(yùn)用。uiuo+UOM-UOM

Ao越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須在輸出與輸入之間加負(fù)反饋才能使其擴(kuò)大輸入信號(hào)的線性范圍。uiuo_+

+Ao*

運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn)例：若UOM=12V，Ao=106，則|ui|<12

V時(shí)，運(yùn)放處于線性區(qū)。線性放大區(qū)信號(hào)的運(yùn)算與處理電路由于運(yùn)放的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)很大，輸入電阻高，輸出電阻小，在分析時(shí)常將其理想化，稱