集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用-集成運(yùn)算放大器（電子技術(shù)課件）

集成運(yùn)放3.1.1集成運(yùn)放1.集成電路的概念

把晶體管、電阻、電容以及連接導(dǎo)線等，集中制造在一小塊半導(dǎo)體基片上，形成具有電路功能的器件稱為集成電路。2.集成電路的類型以集成度（即元件數(shù)量）可分為：一百以下的小規(guī)模集成電路；一百至一千個(gè)之間的中規(guī)模集成電路；一千至十萬個(gè)之間的大規(guī)模集成電路；十萬以上的超大規(guī)模集成電路。一、集成運(yùn)放概述3.集成電路的優(yōu)點(diǎn)集成電路具有體積小、重量輕、安裝方便、功耗小、工作可靠等，因此被廣泛采用。4.集成運(yùn)放的概念集成運(yùn)算放大電路簡稱集成運(yùn)放，是一種高增益的多級直接耦合放大器，廣泛的應(yīng)用于信號處理，測量，波形產(chǎn)生等；由于它最初多用于各種模擬信號的運(yùn)算上，故被稱為集成運(yùn)算放大電路。二、集成運(yùn)放的組成及符號1.集成運(yùn)放的組成框圖偏置電路uid+

中間電壓放大級輸出級uo輸入級圖3.1.1集成運(yùn)放的組成框圖2.各組成部分的特點(diǎn)采用差分放大電路。要求輸入電阻高，輸入端耐壓高，抑制溫度漂移能力強(qiáng)，靜態(tài)電流小。采用共發(fā)射極放大電路。要求有足夠的放大能力。采用互補(bǔ)對稱輸出電路。要求輸出電壓范圍寬，輸出電阻小，非線性失真小。為各級放大電路提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。偏置電路uid+

中間電壓放大級輸出級uo輸入級圖3.1.1集成運(yùn)放的組成框圖3.集成運(yùn)放的符號及含義（a）新國標(biāo)符號（b）以往用過的符號“-”號表示反相輸入端，指集成運(yùn)放的輸出信號與該輸入端所加信號極性相反。“+”號表示同相輸入端，指集成運(yùn)放的輸出信號與輸入端所加信號極性相同。指集成運(yùn)放開環(huán)增益為無窮大。集成運(yùn)算放大器圖3.1.2集成運(yùn)放的符號4.集成運(yùn)放實(shí)物圖3.1.4LM324引腳圖（1）封裝形式、引腳排列金屬殼封裝雙列直插式塑料封裝圖3.1.3集成運(yùn)放封裝與引腳圖（2）運(yùn)算放大器外形圖圖3.1.5集成運(yùn)放實(shí)物圖三、理想集成運(yùn)放的主要參數(shù)1.理想集成運(yùn)放真正的理想集成運(yùn)放并不存在，但由于實(shí)際制造水平的提高，實(shí)際運(yùn)放的各項(xiàng)指標(biāo)與理想運(yùn)放指標(biāo)非常接近，因此，在實(shí)際應(yīng)用中常將運(yùn)放理想化。理想集成運(yùn)放滿足以下各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)：

1.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)

它是指集成運(yùn)放在開環(huán)狀態(tài)下（指輸出端與輸入端之間未接任何元件即不存在反饋）的差模電壓放大倍數(shù)。

（1）差模信號和共模信號共模信號是指，即兩個(gè)輸入信號大小相同，極性相同。ui1=ui2差模信號是指，即兩個(gè)輸入信號大小相同，極性相反。

ui1=–

ui22.輸入電阻它是指集成運(yùn)放在開環(huán)狀態(tài)下，輸入差模信號時(shí)兩輸入端之間的動(dòng)態(tài)電阻，反映差模輸入時(shí)，集成運(yùn)放向信號源索取電流的大小。3.輸出電阻4.共模抑制比反映了集成運(yùn)放對共模信號的抑制能力。5.輸入失調(diào)電壓、電流6.上限截止頻率

它是指集成運(yùn)放輸出電壓為零時(shí)，兩個(gè)輸入端所加補(bǔ)償電壓的大小、兩個(gè)輸入端的靜態(tài)電流之差均為零。

反映集成運(yùn)放的頻率特性。集成運(yùn)放的線性應(yīng)用（一）1.集成運(yùn)放的傳輸特性傳輸特性是指輸出電壓與輸入電壓之間關(guān)系的特性曲線，如圖所示，可分為線性區(qū)和非線性區(qū)。OuiduoUOM–UOM非線性區(qū)線性區(qū)一、線性區(qū)的集成運(yùn)放圖3.1.6電壓傳輸特性3.2.1集成運(yùn)放的線性應(yīng)用（一）（1）線性區(qū)特點(diǎn)a虛短集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)，利用它的理想?yún)?shù)可以得到兩個(gè)重要概念：“虛短”和“虛斷”。由于uo=Aud(u+–u–)=Auduid，

而Aud

因此u+–u–=uo/Aud

0，即理想集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電位近似相等，相當(dāng)于短路，但又不是真正的短路，稱為虛短。b虛斷

由于i+=uid/Rid

而Rid

，因此i+=uid/Rid

0，同理i–

0，即理想運(yùn)放兩個(gè)輸入端的輸入電流近似為零，稱為虛斷。2.非線性區(qū)特點(diǎn)對于工作在非線性區(qū)的理想集成運(yùn)放，“虛短”的概念將不成立，但“虛斷”的概念仍成立。開環(huán)狀態(tài)有正反饋工作在非線性區(qū)的理想集成運(yùn)放，通常有以下兩種情況：圖3.1.7常見的非線性區(qū)工作情況如圖可知，當(dāng)電路處于非線性區(qū)時(shí)，輸出只存在+UOM和-UOM。Ouiduo+UOM–UOM非線性區(qū)線性區(qū)非線性區(qū)圖3.1.6電壓傳輸特性（1）當(dāng)

u+<u–時(shí),

uo=–UOM（2）當(dāng)u+>u–時(shí)，uo=UOM

集成運(yùn)放可以應(yīng)用在各種運(yùn)算電路上，以輸入電壓作為自變量，輸出電壓按一定的數(shù)學(xué)規(guī)律變化，反映出某種運(yùn)算的結(jié)果。二、集成運(yùn)放的線性應(yīng)用

常見的運(yùn)算電路有比例、加減、積分、微分等，利用這些運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)同相放大、反相放大、差分放大以及信號的變換。注意：集成運(yùn)放作運(yùn)算電路時(shí)必須工作在線性區(qū)。1.反相比例運(yùn)算電路其中，Rf為反饋電阻，構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋組態(tài)。圖3.2.1反相比例運(yùn)算電路圖中電阻R2稱為直流平衡電阻，且RP=R1

∥Rf

。同相輸入端通過RP接地，故u+=0，根據(jù)虛短的概念有：u-=u+；因u+=0，則u-=u+=0。圖3.2.1反相比例運(yùn)算電路因此集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電位均零，但反相輸入端并沒有真正直接接地，故稱之為“虛地”。根據(jù)虛斷和虛短概念有：ii=if

，u-=u+

于是有：

當(dāng)

時(shí)，則，，即輸出電壓與輸入電壓大小相等，相位相反，稱為反相器。

ii=if

u-=u+=0圖3.2.1反相比例運(yùn)算電路2.同相比例運(yùn)算電路圖3.2.2同相比例運(yùn)算電路同相輸入放大電路如圖所示，Rf為反饋電阻，Rf

與R1

使運(yùn)放構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。根據(jù)“虛短”和“