电子技术电工学II武丽第3章节集成运算放大器.ppt

第3章 集成运算放大器 3.1 集成运算放大器简介 3.2集成运算放大器的线性应用 3.3 集成运算放大器的非线性应用 2. 同相比例运算 3.2.5 微分运算电路 2. 工作原理 3. 工作波形 4. 周期与频率 尚辅网 / 3.1 集成运算放大器简介 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。 3.1.1 集成运算放大器的组成及其特点 集成运算放大器组成框图如图所示，包含输入级、中间级、输出级和偏置电路4个基本组成部分。 图 集成运算放大器组成框图 1．集成运算放大器的组成 输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差分放大器 。 中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。 偏置电路: 由镜像恒流源等电路组成 输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。 3.1.1 集成运算放大器的组成及其特点 1．集成运算放大器的组成 2．集成运算放大器的特点 （1）由于在集成电路工艺中还难以制造大容量电容，所以集成运算放大器各级之间均采用直接耦合方式。 （2）集成电路中各个晶体管是通过同一工艺过程制作在同一硅片上的，容易获得特性相似的差分对管。又由于管子在同一硅片上，温度性能基本保持一致。因此，集成运算放大器中大量采用差动放大电路和恒流源电路，用以抑制漂移和稳定工作点。 （3）集成电路中，比较适合的阻值为100Ω~30kΩ，制作高阻值电阻成本高，占用面积大且阻值偏差大(10%~20%)，因此，集成运算放大器中常用有源元件（晶体管、场效应晶体管或恒流源）代替大阻值的电阻。 （4）常用复合晶体管代替单个晶体管，用以提高集成运算放大器的性能。 3．集成运算放大器的符号 a) 国际常用符号 b) 国家标准符号 c) 具有电源引脚的国际常用符号 3.1.2 集成运算放大器的主要技术指标 愈小愈好 1. 输入失调电压 UIO 2. 输入偏置电流 IIB 3. 输入失调电流 IIO 4. 开环差模电压增益 Auo 5．最大差模输入电压Uidmax 6．差模输入电阻Rid 7．共模抑制比KCMR 8．最大共模输入电压Uicmax 3.1.3 集成运算放大器的电压传输特性 当Auo(uP－uN) ?U＋ 时 uO＝ U＋ 当Auo(uP－uN) ? U-时 uO＝ U- 电压传输特性 uO＝ f (uP－uN) 线性范围内 uO＝Auo(uP－uN) Auo——斜率 3.1.4 集成运算放大器的理想化模型 1．理想集成运算放大器的技术指标 （1）开环差模电压放大倍数Auo??； （2）输入电阻Rid??； （3）输出电阻Ro?0； （4）共模抑制比KCMR??； （5）输入偏置电流IBN=IBP=0； （6）失调电压UIO、失调电流IIO及它们的温漂均为零。 2．理想集成运算放大器的工作特性 3.1.4 集成运算放大器的理想化模型 （1）工作于线性区的理想集成运算放大器的工作特性 　　根据集成运放的理想化条件，可以导出两个结论，作为集成运放在线性区工作的重要分析依据： （1）虚断：由ri=∞，得ip＝in＝0，即两个输入端的电流恒为零。电流为零相当于断路，但实际上两个输入端并未真正断开，因此称为虚断； （2）虚短：由Auo=∞，得up＝un，即理想运放两个输入端的电位相等。两点等电位相当于短路，实际上两个输入端并未真正短接，因此称为虚短。 理想运算放大器的电压传输特性 （2）工作于非线性区的理想集成运算放大器的工作特性 工作于非线性区的理想运算放大器仍然有输入电阻Rid??，因此iP=iN=0；但由于uO?Auo(uP?uN)，不存在uP=uN，由电压传输特性可知其特点为： 当uPuN时，uO=+UOM；当uPuN时，uO= -UOM；uP=uN为+UOM与-UOM的转折点。 理想运算放大器的电压传输特性 3.2.1 比例运算电路 1.反相比例运算 (1) 电路组成 以后如不加说明，输入、输出的另一端均为地(?)。 (2) 电压放大倍数 因虚短, 所以u–=u+= 0， 称反相输入端“虚地”— 反相输入的重要特点 因虚断，i+= i– = 0 ， if i1 i– i+ 所以 i1 ? if 因要求静态时u+、 u– 对