讲义第5章集成运算放大电路教程.docx

第5章 集成运算放大电路 （上一章介绍的用三极管、场效应管等组成的放大电路称为分立元件电子电路。） 集成电路：如果在一块微小的半导体基片上，将用晶体管（或场效应管）组成的实现特定功能的电子电路制造出来，这样的电子电路称为集成电路。 （集成电路是一个不可分割的整体，具有其自身的参数及技术指标。模拟集成电路种类较多，本章主要介绍集成运算放大电路。） 本章要求： （1）了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。 （2）理解运算放大器的电压传输特性，理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法。 （3）理解用集成运放组成的比例、加减、微分和积分运算电路的工作原理。 （4）理解电压比较器的工作原理和应用。 5.1 集成运算放大器简介 5.1.1 集成运算放大器芯片 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。 集成运算放大器简称运放，是一种多端集成电路。集成运放是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。早期，运放主要用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算，故称为运算放大器。现在，运放的应用已远远超过运算的范围。它在通信、控制和测量等设备中得到广泛应用。 1、集成电路的概念 （1）集成电路：利用半导体的制造工艺，把晶体管、电阻、电容及电路连线等做在一个半导体基片上，形成不可分割的固体块。 集成电路优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。 （2）集成电路分类：模拟、数字集成电路；单极型、双极型集成电路，小、中、大、超大规模集成电路。 ① 模拟集成电路：以电压或电流为变量，对模拟量进行放大、转换、调制的集成电路。 （可分为线性集成电路和非线性集成电路。） ② 线性集成电路：输入信号和输出信号的变化成线性关系的电路，如集成运算放大器。 ③ 非线性集成电路：输入信号和输出信号的变化成非线性关系的电路，如集成稳压器。 （3）线性集成电路的特点 ① 电路一般采用直接耦合的电路结构，而不采用阻容耦合结构。 ② 输入级采用差动放大电路，目的是克服直接耦合电路的零漂。 ③ 管和管配合使用，从而改进单管的性能。 ④ 大量采用恒流源设置静态工作点或做有源负载，提高电路性能。 2、集成运算放大器的原理电路 集成运算放大器通常包括四个基本部分：输入级、中间级、输出级和偏置电路。 集成运算放大器组成框图 （图5-1所示为集成运算放大器的简化原理图。） （1）输入级：输入级提供与输出端成同相关系和反相关系的两个输入端，电路形式为差动放大电路，要求输入电阻高，可改善基本组态放大器采集信号能力弱的缺陷，减小零点漂移和抑制干扰信号。是提高运算放大器质量的关键部分。 和组成差动放大电路；组成恒流源电路作为差动输入级的有源负载。 （2）中间级：中间级主要完成对输入电压信号的放大，一般采用多级共射放大电路实现，可较好改善基本组态放大器放大能力有限的不足。 分别组成共集、共射放大电路，并有恒流源作负载，作为射极跟随器起隔离作用。 （3）输出级：带负载能力强，有足够的输出电流，提供较高的输出功率，输出电阻较低。一般由互补对称电路或射极输出器构成，可较好改善基本组态放大器负载能力有限的弱点。 （4）偏置电路：偏置电路提供各级静态工作电流，一般由各种恒流源电路组成。 3、集成运算放大器芯片介绍 （1）外形与符号 ① 三种封装形式：单列直插式（型）；双列直插式（型）；贴片式（型）。 ② 符号 （如图5-3所示） ：（三角形）表示信号传递的正方向；表示（：开环差模电压放大倍数）。 由图可看出，集成运算放大器具有同相（“”号端）、反相（“”号端）两个输入端。 1）当同相端接地，反相端接输入时（），输出与输入反相。 2）若反相端接地，同相端接输入时（），输出与输入同相。 、和均为对地电压。 （2）简介：一块芯片上集成了四个完全相同的运放单元。 5.1.2 集成运算放大器的主要参数 1、开环差模电压增益：是指在集成运放在开环状态（无输出到输入的反馈），且输出端没有外接负载时所测出的直流差模电压放大倍数，。 实际上，开环差模电压增益是运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。越高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。 的数值很高，一般约为，即。该值反映了输出电压与输入电压和之间的关系。 2、输入失调电压：当两个输入端时，为了使输出电压，在输入端需要加一定的补偿电压，称之为输入失调电压。 是输入端的校正电压，越小越好，一般为几毫伏。 3、输入失调电流：输入信号为零时，两个输入端静态基极电流之差，即。 一般在零点零几微安级，越小越好。（运放的输入级为差动放大器。） 4、输入偏置电流：输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的平均值，即。 一般在零点几微安级，越小越好。 5、差模输入电阻和输出电阻 （1）差模输入电阻：从两个输