集成运放的结构、工作原理和主要参数.ppt

7-1 集成运放的特点和电路结构,7-2 集成运放的特性参数,7-3 理想的集成运放,第七章 集成运算放大器,7-4 集成运放的线性应用,7-5 集成运放的非线性应用,集成运算放大器，简称集成运放，是一 个高性能的直接耦合多级放大电路，因首先用于运放，故而得名。,1、采用直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性， 采用差分放大电路和电流源电路。,通用型集成运放：,单运放LM741 ；,四运放LM324,专用型集成运放：,高精度型：AD797,7-1 集成运放的特点和电路结构,2、用有源器件代替无源元件，如用晶体管代替占面积大的 大电阻，三极管当二极管用等。,3、利用纵向NPN管值较大、横向PNP管的耐压比较高的特 点，接成复合管的组态，形成性能优良的各种放大电路。,一、 集成运放的特点,集成运放的分类：,4、体积小、可靠性高、功耗低、成本低、使用方便。,二、 集成运放的一般构成（通用型）,偏置电路：,由恒流源电路组成，向各放大级提供合适的偏置电流；,输 入 级：,大多采用差动放大电路，要求输入电阻大，共模抑制比高，耐压高；,中 间 级：,输 出 级：,主放大器，多采用共射放大电路，要求有足够大的放大能力；,一般为互补推挽功率放大器，要求输出电阻小，输出电压尽可能大，通常含有保护电路。,三、 集成运放的符号和封装,若将集成运放看成一个黑盒子，则可等效为一个双端输入单端输出的高性能差分放大电路。,1、电路符号,同相输入端,反相输入端,同相输入端：信号从该端输入时，输出与输入同相。,反相输入端：信号从该端输入时，输出与输入反相。,2、封装,金属圆壳式；双列直插式；扁平式,四、通用型集成运放LM741,对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级。,四、通用型集成运放LM741,双入单出的共集-共基差分放大电路,复合管为放大管、恒流源作负载的共射放大电路,用UBE倍增电路消除交越失真的互补推挽输出级,四、通用型集成运放LM741,T1T6组成差分式放大电路； T1、T3和T2、T4组成复合差分电路； 采用共集形式可以提高输入阻抗，共基形式频带宽； T3、T4为横向PNP管，耐压高，因此允许的共模输入电压大； T5、T6 、T7组成精密镜像电流源作为T3、T4的有源负载，能有效地提高共模抑制比； Rp为外接的调零电位器，通过调节Rp可以保证静态时输出为零。,四、通用型集成运放LM741,T16T17组成复合管共射放大电路，T13B作为有源负载，交流电阻很大，所以本级可以获得很高的电压增益，同时具有较高的输入电阻。 电容CC用于相位补偿（密勒）补偿，避免电路产生自激振荡。,四、通用型集成运放LM741,T14T20组成互补推挽输出电路。 T19作二极管用，与T14、R8组成UBE倍增电路，使电路工作在甲乙类状态，消除交越失真。 T24为射极跟随器，起隔离作用，减小输出级对中间级的负载影响。,四、通用型集成运放LM741,正常工作时，T15、T21处于截止状态。当电流过大时，R9、R10的压降增大，T15、T21导通。 T15导通后，对T14的基极产生分流作用，限制T14的电流，保护T14。,T21导通后，使T23、T22导通，使T16的基极电位降低，使T24的基极电位升高，导致T20趋于截止，因而限制T20的电流，保护T20。,1、开环差模电压增益AOd,集成运放在无外加反馈情况下的差模电压增益。,AOd越大越好，一般在70120dB范围内。,2、差模输入电阻rid,rid：几兆欧；,若以场效应管作为输入级可达106M,3、输出电阻rO,集成运放输出端的对地等效电阻,反映了集成运放的带负载能力。,rO：1001000欧姆,7-2 集成运放的主要技术参数,4、共模抑制比KCMR,开环差模电压增益与开环共模电压增益之比。,KCMR越大越好，一般在80160dB范围内。,5、-3dB带宽BW,AOd由直流增益下降3dB时所对应的信号频率。,6、单位增益带宽BG,AOd下降到1（0dB）时对应的频率。,BW：几Hz 几千Hz；,BG：0.45MHz；,7-2 集成运放的主要技术参数,7、输入失调电压 UI0及其温漂UI0,静态时为使输出电压为0，需要在输入端所加的补偿电压，其值表征了运放输入级的对称性，在一定程度上也反映了温漂的大小。,输入失调电压 UI0的温度变化率。,UI0：110mV；,UI0：510V/C；,8、最大共模输入电压UICm,表示集成运放所能承受的最大共模电压。若超过此值，运放的共模抑制比将显著恶化。,9、最大差模输入电压UIdm,表示集成运放两输入端之间所能承受的最大电压。若超过此值，运放输入级中差分对管中的一个管子的发射结可能被反向击穿。,7-2 集成运放的主要技术参数,10、输入偏置电流 IIB,输出电压为0时，两个输入端偏置电流的平均值。,典型值：10几千nA,11、输入失调电流 II0及其温漂II0,输入失调电压 II0的温度变化率。,输出电压为0时，两个输入端的偏置电流之差。,II0：几十一百nA；,II0：0.01 II0 /C；,7-2 集成运放的主要技术参数,7-2 集成运放的特性指标,7-3 理想运算放大器,一、理想运放的技术指标,二、集成运放的传输特性,三、理想运放工作在线性区的特点,四、理想运放工作在非线性区的特点,一、 理想运放的技术指标,理想运放将各项技术指标理想化的集成运放。,开环差模电压增益：,差 模 输 入 电 阻：,输 出 电 阻：,共 模 抑 制 比：,二、 集成运放的电压传输特性,1、线性区,当差模输入信号较小时，输出与输入是线性的关系。,由于运放的开环差模电压增益很高，所以线性范围很小，一般不超过0.1mV.,2、非线性区,若差模输入信号过大，超出其线性范围时，会导致运放内部的某些晶体管饱和或截止，此时运放的输出电压只有两种情况，要么为正向饱和值，要么为负向饱和值。,三、 理想运放工作在线性区时的特点,因理想运放AOd=；,运放工作在线性区时：,1、理想运放的差模输入电压等于零“虚短”,运放的两输入端电位相等，如同将两点短路一样，但实际上并未真正被短路，将这种现象称为“虚短”。,实际运放AOd越大，将输入端视为“虚短” 带来的误差越小。,由于理想运放rid=，因此两输入端均没有电流。,2、理想运放的输入电流等于零“虚断”,运放的输入电流等于0，如同将两点断开，但实际上并未真正被断开，将这种现象称为“虚断”。,实际运放rid越大，将输入端视为“虚断” 带来的误差越小。,“虚短” 和“虚断”是理想运放工作在线性区时的两个重要结论，常作为分析运放应用电路的出发点，必须牢牢掌握。,三、 理想运放工作在线性区时的特点,四、 理想运放工作在非线性区时的特点,1、输出电压的值只有两种可能：或等于正向饱和值；或等于负向饱和值。,理想特性,注意：运放工作在非线性区时， 差模输入电压可以较大，所以“虚短”现象不复存在。,2、理想运放的输入电流等于零“虚断”,理想运放rid