電工技術(shù)下教學(xué)第16章集成運(yùn)算放大器

1、 集成運(yùn)算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多集成運(yùn)算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的級(jí)直接耦合放大電路。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。一種模擬集成電路。集成電路集成電路 是把整個(gè)電路的各個(gè)元件以及相互之是把整個(gè)電路的各個(gè)元件以及相互之間的聯(lián)接同時(shí)制造在一塊半導(dǎo)體芯片上間的聯(lián)接同時(shí)制造在一塊半導(dǎo)體芯片上, 組成一個(gè)不組成一個(gè)不可分的整體?？煞值恼w。：體積小、重量輕、功耗低、可體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、價(jià)格低?？啃愿摺r(jià)格低。按集成度按集成度按導(dǎo)電類型按導(dǎo)電類型按功能按功能小、中、大和超大規(guī)模小、中、大和超大規(guī)模雙、單極性和兩種兼容雙

2、、單極性和兩種兼容數(shù)字和模擬數(shù)字和模擬各類型號(hào)集成芯片各類型號(hào)集成芯片 1. 元器件參數(shù)的一致性和對稱性好；元器件參數(shù)的一致性和對稱性好； 2. 電阻的阻值受到限制，大電阻常用三極管恒流電阻的阻值受到限制，大電阻常用三極管恒流源代替，電位器需外接；源代替，電位器需外接； 3. 電容的容量受到限制，電感不能集成，故大電電容的容量受到限制，電感不能集成，故大電容、電感容、電感 和變壓器均需外接；和變壓器均需外接； 4. 二極管多用三極管的發(fā)射結(jié)代替。二極管多用三極管的發(fā)射結(jié)代替。16.1.2 電路的簡單說明電路的簡單說明輸入級(jí)輸入級(jí) 中間級(jí)中間級(jí) 輸出級(jí)輸出級(jí)偏置偏置電路電路運(yùn)算放大器方框圖運(yùn)算放

3、大器方框圖 輸入級(jí)：輸入級(jí)：輸入電阻高，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干輸入電阻高，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號(hào)，都采用帶恒流源的差分放大器擾信號(hào)，都采用帶恒流源的差分放大器 。 中間級(jí)：中間級(jí)：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。 偏置電路偏置電路: 由鏡像恒流源等電路組成由鏡像恒流源等電路組成 輸出級(jí)：輸出級(jí)：與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，一般由互補(bǔ)對稱電路或射極輸出器構(gòu)成。能力強(qiáng)，一般由互補(bǔ)對稱電路或射極輸出器構(gòu)成。運(yùn)算放大器的管腳和符號(hào)運(yùn)算放大器的管腳和符號(hào)反相反相輸入端

4、輸入端同相同相輸入端輸入端+uccueeuo+uu +auo信號(hào)傳信號(hào)傳輸方向輸方向輸出端輸出端實(shí)際運(yùn)放開環(huán)實(shí)際運(yùn)放開環(huán)電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)(a)(b)(a) 符號(hào)符號(hào); (b)引腳引腳 7 6 5 f0071 2 3 4 u-u+-ucc+ucc輸出輸出16.1.3 主要參數(shù)主要參數(shù) 1. 最大輸出電壓最大輸出電壓 uopp 能使輸出和輸入保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。能使輸出和輸入保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。 2. 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益 auo 運(yùn)放沒有接反饋電路時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)。運(yùn)放沒有接反饋電路時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)。 auo愈高，所構(gòu)成的運(yùn)算電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也

5、越高。愈高，所構(gòu)成的運(yùn)算電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也越高。 6. 共模輸入電壓范圍共模輸入電壓范圍 uicm 運(yùn)放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值，運(yùn)放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值，運(yùn)放的共模抑制性能下降，甚至造成器件損壞。運(yùn)放的共模抑制性能下降，甚至造成器件損壞。 3. 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 uio 4. 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 iio 5. 輸入偏置電流輸入偏置電流 iib1. 開環(huán)電壓放大倍數(shù)開環(huán)電壓放大倍數(shù) 2. 開環(huán)輸入電阻開環(huán)輸入電阻3. 開環(huán)輸出電阻開環(huán)輸出電阻4. 共模抑制比共模抑制比 由于實(shí)際運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)接近理想化條件，由于實(shí)際運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)接近

6、理想化條件，用理想運(yùn)算放大器分析電路可使問題大大簡化用理想運(yùn)算放大器分析電路可使問題大大簡化, 為此為此,后后面對運(yùn)算放大器的分析都是按其理想化條件進(jìn)行的。面對運(yùn)算放大器的分析都是按其理想化條件進(jìn)行的。16.1.4 理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù) oua idr0or cmrrk 在分析運(yùn)算放大器的電路時(shí)，一般將它看成是理在分析運(yùn)算放大器的電路時(shí)，一般將它看成是理想的想的運(yùn)算放大器。理想化的主要條件：運(yùn)算放大器。理想化的主要條件：線性區(qū)：線性區(qū)：uo = auo( (u+ u)非線性區(qū)：非線性區(qū)：u+ u 時(shí)，時(shí)， uo = +uo(sat) u+ u 時(shí)，時(shí)， uo =

7、 + uo(sat) u+ 0 ui = ui u 時(shí)，時(shí)， uo = + uo (sat) u+ u 時(shí)，時(shí)， uo = uo (sat) 不存在不存在 “虛短虛短”現(xiàn)象現(xiàn)象 2. i+= i 0 仍存在仍存在“虛斷虛斷”現(xiàn)象現(xiàn)象uo u+ u uo(sat)+uo(sat)o飽和區(qū)飽和區(qū)電壓傳輸特性電壓傳輸特性閾值電壓閾值電壓(門限電平門限電平)：輸出躍變所對應(yīng)的輸入電壓。：輸出躍變所對應(yīng)的輸入電壓。 uiuooururuouir2+ r1+可見，在可見，在 ui =ur 處輸出電壓處輸出電壓 uo 發(fā)生躍變。發(fā)生躍變。參考電壓參考電壓uruouir2+ r1+tuituo+uo(sat)

8、uo(sat)電壓傳電壓傳輸特性輸特性uoiuo例例: 電路如圖所示電路如圖所示, ui 是一正弦電壓是一正弦電壓, 畫出畫出 uo 的波形。的波形。oiut解解: :運(yùn)放為同相輸入過零電壓運(yùn)放為同相輸入過零電壓 比較器比較器uoototou otou 各電壓波形如右圖所示。各電壓波形如右圖所示。r1r2uiuo+ou ou cdrlr 16.5 集成運(yùn)放的用途廣泛，在使用前必須進(jìn)行測試，集成運(yùn)放的用途廣泛，在使用前必須進(jìn)行測試，使用中應(yīng)注意其電參數(shù)和極限參數(shù)符合電路要求，使用中應(yīng)注意其電參數(shù)和極限參數(shù)符合電路要求，同時(shí)還應(yīng)注意以下問題。同時(shí)還應(yīng)注意以下問題。 16.5.3 調(diào)零調(diào)零 為了提高

9、集成運(yùn)放的精度為了提高集成運(yùn)放的精度,消除因失調(diào)電壓和失調(diào)消除因失調(diào)電壓和失調(diào)電流引起的誤差電流引起的誤差,需要對集成運(yùn)放進(jìn)行調(diào)零。需要對集成運(yùn)放進(jìn)行調(diào)零。 集成運(yùn)放的調(diào)零電路有兩類，一類是內(nèi)調(diào)零，集集成運(yùn)放的調(diào)零電路有兩類，一類是內(nèi)調(diào)零，集成運(yùn)放設(shè)有外接調(diào)零電路的引線端成運(yùn)放設(shè)有外接調(diào)零電路的引線端, 按說明書連接即按說明書連接即可，如常用的可，如常用的 741，其中電位器，其中電位器rp可選擇可選擇10k的的電位器電位器, 如圖所示。如圖所示。16.5.1 選用元件選用元件16.5.2 消振消振 1、輸入端保護(hù)、輸入端保護(hù) 當(dāng)輸入端所加的電壓過高時(shí)會(huì)損壞集成運(yùn)放，可在當(dāng)輸入端所加的電壓過高

10、時(shí)會(huì)損壞集成運(yùn)放，可在輸入端加入兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管，如圖所示，將輸輸入端加入兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管，如圖所示，將輸入電壓限制在二極管的正向壓降以內(nèi)。入電壓限制在二極管的正向壓降以內(nèi)。16.5.4 保護(hù)保護(hù) a741的調(diào)零電路的調(diào)零電路rpvui20k 20k uo10k 輸入端保護(hù)輸入端保護(hù) ui1uorrui2 2、輸出端保護(hù)、輸出端保護(hù) 為了防止輸出電壓過大為了防止輸出電壓過大,可利用穩(wěn)壓管來保護(hù)，如圖可利用穩(wěn)壓管來保護(hù)，如圖所示，將兩個(gè)穩(wěn)壓管反向串聯(lián)，就可將輸出電壓限制所示，將兩個(gè)穩(wěn)壓管反向串聯(lián)，就可將輸出電壓限制在穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值在穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值uz的范圍內(nèi)。的范圍內(nèi)。uiuor1r2rfdz輸出端保護(hù)輸出端保護(hù) 3、電源保護(hù)、電源保護(hù) 為了防止正負(fù)電源接反，可用二極管保護(hù)，若電為了防止正負(fù)電源接反，可用二極管保護(hù)，若電源接錯(cuò)，二極管反