第12講集成運(yùn)算放大器

第四章集成運(yùn)算放大器

第一節(jié)集成電路介紹第二節(jié)通用型集成運(yùn)算放大器第三節(jié)集成運(yùn)放的主要參數(shù)第四節(jié)理想運(yùn)放及三種基本輸入方式本章教學(xué)主要內(nèi)容集成電路的定義：采用專門的制造工藝，把電阻、電容、二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等元器件及它們之間的連線制作在一塊半導(dǎo)體基片上，完成特定功能的電子線路固體組件。是器件與電路的集合。第一節(jié)集成電路介紹集成電路的分類：數(shù)字集成電路模擬集成電路1、按所處理的信號(hào)2、按有源器件晶體管（雙極型）場(chǎng)效應(yīng)管（單極型）集成運(yùn)算放大器集成功率放大器集成電壓比較器集成模擬乘法器集成穩(wěn)壓電源集成振蕩器1、元器件參數(shù)對(duì)稱性好，溫度均一性好2、不宜制造高阻值電阻，常用有源元件（晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管）取代電阻。3、不能制作大電容，所以集成運(yùn)放均采用直接耦合方式。4、二極管多由集電極與基極短接的三極管構(gòu)成5、采用復(fù)合管，改善性能6、電源電壓較低，目的為了減小功耗便于安全工作

集成電路的特點(diǎn)：集成電路與分立元件電路相比較集成電路體積小、重量輕，元件參數(shù)對(duì)稱性好功耗小功能強(qiáng)成本低可靠性高第二節(jié)通用型集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器，簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放。是模擬集成電路中應(yīng)用最廣泛的一種，在發(fā)展初期，它主要用于模擬計(jì)算機(jī)的加、減、乘、除、積分、微分等數(shù)學(xué)運(yùn)算電路中，故將“運(yùn)算放大器”的名稱保留至今。一、定義集成運(yùn)算放大器是高增益、高輸入阻抗、低輸出阻抗的多級(jí)直接耦合集成放大器。3、按功能分：高精度、高速度、高壓、高輸入阻抗、大功率、低噪聲、低漂移、低功耗等。

1、按集成度分：?jiǎn)芜\(yùn)放、雙運(yùn)放、四運(yùn)放二、分類2、按制造工藝：雙極性、CMOS型按性能指標(biāo)高阻型：rid，可高于1012Ω。用于測(cè)量放大器、信號(hào)發(fā)生器。高速型：

fH和SR高，-3dB帶寬fH可達(dá)1.7GHz，轉(zhuǎn)換速度

SR可達(dá)103V/μS。

用于A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路、視頻放器。高精度型：低失調(diào)、低溫漂、低噪聲、高增益，Aod高105dB。用于微弱信號(hào)的測(cè)量與運(yùn)算、高精度設(shè)備。低功耗型：工作電源電壓低、靜態(tài)功耗小，在100～200μW。用于空間技術(shù)、軍事科學(xué)和工業(yè)中的遙感遙測(cè)。通常情況下用通用型運(yùn)放，特殊情況下才用專用型運(yùn)放。大功率型、儀表用放大器、隔離放大器、緩沖放大器……討論一根據(jù)下列要求，將應(yīng)優(yōu)先考慮使用的集成運(yùn)放填入空內(nèi)。已知現(xiàn)有集成運(yùn)放的類型是：①通用型②高阻型③高速型④低功耗型⑤高壓型⑥大功率型⑦高精度型1.作低頻放大器，應(yīng)選用

。2.作寬頻帶放大器，應(yīng)選用

。3.作幅值為1μV以下微弱信號(hào)的量測(cè)放大器，應(yīng)選用

。4.作內(nèi)阻為10MΩ信號(hào)源的放大器，應(yīng)選用

。5.負(fù)載需5A電流驅(qū)動(dòng)的放大器，應(yīng)選用

。6.要求輸出電壓幅值為±80V的放大器，應(yīng)選用

。7.宇航儀器中所用的放大器，應(yīng)選用

。三、集成運(yùn)放的組成方框圖

集成運(yùn)放電路由四部分組成，包括輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路。集成運(yùn)放結(jié)構(gòu)方塊圖1、差動(dòng)輸入級(jí)：抑制零點(diǎn)漂移，ri高，KCMR大，有一定的放大能力。

2、中間放大級(jí)：共射放大電路，常采用復(fù)合管提高放大倍數(shù)，采用恒流源作為負(fù)載。

3、功率輸出級(jí)：提供足夠的功率，輸出阻抗小，一般采用OCL或準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。

4、恒流源偏置電路：提供合適的靜態(tài)工作電流，并要求提供的電流穩(wěn)定。偏置電路均為各種形式的電流源電路。鏡像電流源電路微電流源電路741型集成運(yùn)放原理電路RPV8.V9V10.V11V12.V13V12.V13雙列直插式封裝圓殼式封裝四、集成運(yùn)放的符號(hào)兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端（a）理想運(yùn)放（b）實(shí)際運(yùn)放1、開環(huán)差模電壓增益Aod—集成運(yùn)放工作在線性區(qū)，接入規(guī)定的負(fù)載，無(wú)負(fù)反饋情況下的直流差模電壓增益。

(a)無(wú)反饋(開環(huán))(b)有反饋(閉環(huán))第三節(jié)集成運(yùn)放的主要參數(shù)4、輸入失調(diào)電壓UIO—在室溫下，輸入電壓為零時(shí)，為了使集成運(yùn)放輸出電壓為零，在輸入端加的補(bǔ)償電壓稱為輸入失調(diào)電壓。越大，說(shuō)明電路對(duì)稱度越差，一般為（0-10）mV。5、最大差模輸入電壓Uidmax—集成運(yùn)放的反相和同相輸入端所能承受的最大電壓值。2、差模輸入電阻rid—差模輸入時(shí)的輸入電阻。值越大，對(duì)信號(hào)源的影響越小，所以越大愈好。3、差模輸出電阻rod—越小越好，越小帶載能力越強(qiáng)。9、共模抑制比—與差放的共模抑制比定義相同。越大越好。有的（60-70）dB，有的高達(dá)180dB。6、最大共模輸入電壓Uicmax—指運(yùn)放所能承受的最大共模輸入電壓，超過(guò)這個(gè)值，，它的共模抑制比顯著下降。7、開環(huán)帶寬fbw

—指開環(huán)差模電壓增益下降3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的上限頻率fH8、單位增益帶寬—開環(huán)電壓增益的頻率響應(yīng)曲線下降到Aod=1時(shí)的頻率。即Aod=0dB時(shí)的頻率fT常見(jiàn)集成運(yùn)放參數(shù)

輸入失調(diào)電壓（mV）輸入失調(diào)電流（nA）輸入電阻（MΩ）最大差模輸入電壓（V）共模抑制比（dB）轉(zhuǎn)換速率（V/μs）μA741620230900.5LF3577201.00E+074010050OP070.151.833301200.1一、理想運(yùn)放模型：1、開環(huán)差模電壓增益Aod=∞2、差模輸入電阻rid=∞3、輸出電阻rod=04、輸入失調(diào)電壓UIO=05、共模抑制比KCMR=∞第四節(jié)理想運(yùn)放及三種基本輸入方式理想運(yùn)算放大器符號(hào)二、理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的結(jié)論

所謂工作在線性區(qū)是指集成運(yùn)放內(nèi)部電路中全部三極管均工作在放大狀態(tài)。

結(jié)論1兩個(gè)輸入端等電位。結(jié)論2兩個(gè)輸入端均不取電流

“虛短”“虛斷”引入深度負(fù)反饋集成運(yùn)放就工作在線性區(qū)三、理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)的結(jié)論在電路中，若集成運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)，甚至接入正反饋時(shí)，則表明集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)。對(duì)于理想運(yùn)放，由于差模增益無(wú)窮大，只要同相輸入端與反相輸入端之間由無(wú)窮小的差值電壓，輸出電壓就將達(dá)到正的最大值或負(fù)的最大值，其電壓傳輸特性如下圖。

傳輸特性理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的兩個(gè)特點(diǎn)是：（1）輸出電壓只有高、低兩種電平（或），而與也不一定相等。當(dāng)時(shí)，則；當(dāng)時(shí)，則；當(dāng)時(shí)，則高、低電平發(fā)生轉(zhuǎn)換；（2）由于理想運(yùn)放的差模輸入電阻無(wú)窮大，故輸入電流為零，