集成运算放大器简称集成运放.docx

集成运算放大器简称集成运放，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。它的增益高（可达60180dB），输入电阻大（几十千欧至百万兆欧），输出电阻低（几十欧），共模抑制比高（60170dB），失调与飘移小，而且还具有输入电压为零时输出电压亦为零的特点，适用于正，负两种极性信号的输入和输出。模拟集成电路一般是由一块厚约0.20.25mm的P型硅片制成，这种硅片是集成电路的基片。基片上可以做出包含有数十个或更多的BJT或FET、电阻和连接导线的电路。运算放大器除具有十、一输人端和输出端外，还有十、一电源供电端、外接补偿电路端、调零端、相位补偿端、公共接地端及其他附加端等。它的放大倍数取决于外接反馈电阻，这给使用带来很大方便.集成运算放大器的分类按照集成运算放大器的参数来分,集成运算放大器可分为如下几类。 1）、通用型运算放大器 通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指 标能适合于一般性使用。例mA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入 级的LF356 都属于此种。它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。 2）、高阻型运算放大器 这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般rid（1091012）W,IIB 为 几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大 器的差分输入级。用FET 作输入级,不仅输入阻抗高,输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点, 但输入失调电压较大。常见的集成器件有LF356、LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140 等。 3）、低温漂型运算放大器 在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变 化。低温漂型运算放大器就是为此而设计的。目前常用的高精度、低温漂运算放大器有OP-07、OP-27、AD508 及由MOSFET 组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650 等。 4）、高速型运算放大器 在快速A/D 和D/A 转换器、视频放大器中,要求集成运算放大器的转换速率SR 一定要高,单位增益带宽BWG 一定要足够大,像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场合的。高速型运算放大器主要特点是具有高的 转换速率和宽的频率响应。常见的运放有LM318、mA715 等,其SR=5070V/ms,BWG20MHz。 5）、低功耗型运算放大器 由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便,所以随着便携式仪器应用范围的扩大,必须使用 低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。常用的运算放大器有TL-022C、TL-060C 等,其工作电 压为2V18V,消耗电流为50250mA。目前有的产品功耗已达微瓦级,例如ICL7600 的供电电源为1.5V, 功耗为10mW,可采用单节电池供电。 6）、高压大功率型运算放大器 运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。在普通的运算放大器中,输出电压的最大值一般仅几十伏, 输出电流仅几十毫安。若要提高输出电压或增大输出电流,集成运放外部必须要加辅助电路。集成运算放大器的结构集成运放是一种高放大倍数的多级直接耦合放大器。这种器件最初用于模拟计算机中实现数值运算，所以称为运算放大器。尽管应用不断扩展，但仍保留了运放的名称。集成运放具有通用性和灵活性强、成本低、品种多等特点，已成为线性集成电路中应用最为广泛的一种集成电路。输入级：提高运算放大器质量的关键部分。要求：输入电阻高，能减少零漂和抑制干扰信号。 电路形式：采用具有恒流源的差动放大电路，降低零漂，提高KCMR。并且通常在低电流状态，以获得较高的输入阻抗。 中间级：进行电压放大，获得运放的总增益。要求：Au高，同时向输出级提供较大的推动电流。 电路形式：带有恒流源负载的共射电路。输出级：与负载相接。要求：输出电阻低，带负载能力强，能输出足够大的电压和电流，并有过载保护措施。 电路形式：一般由互补对称电路或源极跟随器构成。 偏置电路：为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点;为输入级设置一个电流值低而又十分稳定的偏置电流，也可作为有源负载提高电压增益。电路形式：各种恒流源电路。 集成运算放大器中的电流源1.基本电流源电路1）、三极管电流源电流源是模拟集成电路中应用十分广泛的单元电路。它可以为放大电路提供稳定的偏置电流，或作为放大电路的有源负载，提高放大电路的增益。 图2 常见形式 图3 等效符号根据电路理论的知识，我们知道电流源电路属于单口网络。电流源的端口电流具有恒流特性，即端口电流不随负载的变化而变化。用三极管BJT构成电流源时，只要使基极电流IB保持不变，输出集电极电流也将保持恒定。电流源电路 图1是一个分压式射极偏置电路，它的直流通路就是三极管构成的电流源电路。 特别注意 电流源电路是单口网络，不再有输入信号，输出端口在集电极上。Rc作为电流源的负载，IC也就是电流源的输出电流。 电流估算及动态电阻 由射极偏置电路静态工作点估算法可求出电流源的输出电流 由射极偏置电路输出电阻的求解过程可知，从电流源端口看进去的交流等效电阻为：由BJT的H参数小信号模型可知，rce一般较大，达数百千欧。因此，电流源的交流等效电阻ro（等效内阻）很大。由于Rc在电流源中已被看作负载，所以为方便起见，图1经常画成图2的形式。图3为等效符号。电流源的特点 端口电流恒定，交流等效电阻大。 为了进一步提高电路的温度稳定性，可以对三极管进行温度补偿，相关电路请参见思考题。2）镜像电流源镜象电流源镜象电流源可由三级管电流源演变而来，点击右图上的播放按钮可观看演变过程。由于T1和T2的发射结并联在一起，当T1、T2的特性相同时，T1对T2有很好的温度补偿作用，可以大大提高电流源的温度稳定性。电流估算根据PN结的伏安特性可知，BJT发射结的电压VBE和电流IE的关系有: 由于两管的VBE相同，所以他们的发射极电流和集电极电流均相等。电流源的输出电流，即T2的集电极电流为当b1时 由上式可以看出，当R和VCC确定后，基准电流IREF也就确定了，IC2也随之而定。我们把IREF看作是IC2的镜象，所以称为镜象电流源。提高镜象精度在图1中，当b不够大时，IC2与IREF就存在一定的差别。为了减小镜象差别，在电路中接入BJT T3，如图2动画所示。利用T3的电流放大作用，减小了IB对IREF的分流作用，从而提高了IC2与IREF互成镜象的精度。镜象电流源电路适用于较大工作电流（毫安数量级）的场合，若需要减小IC2的值（例如微安级），可采用微电流源电路。3）微流源微电流源为了减小IC2的值，可在镜象电流源电路中的T2发射极串入一电阻Re2，如图1动画所示，便构成微电流源。由电路可得 所以用阻值不大的Re2就可获得微小的工作电流。一般VBE2 Rc所以有源负载大大提高了放大电路的电压增益。2. 以电流源为有源负载的放大电路基本共射放大电路四、集成运放的性能指标主要性能指标1) 开环差模电压放大倍数Aod 无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105107之间,理想运放的Aod为。2) 共模抑制比KCMR 常用分贝作单位，一般100dB以上.3) 差模输入电阻Rid