项目3 集成运算放大电路-lm

1、(4-1)项目项目3 3集成运算放大器集成运算放大器集成电路集成电路: 集成电路是采用半导体制造工艺，把电集成电路是采用半导体制造工艺，把电子元件以及连接导线集中制造在一小块子元件以及连接导线集中制造在一小块半导体基片上而构成的一个完整电路半导体基片上而构成的一个完整电路集成电路的优点：集成电路的优点：一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的直一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的直接耦合的多级放大电路，具有体积小、重量轻、接耦合的多级放大电路，具有体积小、重量轻、外部焊点少外部焊点少 、功耗小、功耗小、工作可靠等优点。、工作可靠等优点。集成电路的分类：集成电路的分类：模拟集成电路、数字集成

2、电路；模拟集成电路、数字集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；小、中、大、超大规模集成电路； 集成运放的简单介绍集成运放的简单介绍(4-3) 集成电路内部结构的特点集成电路内部结构的特点1. 电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。向一致，温度均一性好。2. 电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。替或外接。3. 几十几十 pF 以下的小电容用以下的小电容用PN结的结电容构成、结的结电容构成、大电容要外

3、接。大电容要外接。4. 二极管一般用三极管的发射结构成。二极管一般用三极管的发射结构成。(4-4)UEE+UCC u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS原理框图原理框图输输入入级级中中间间级级输输出出级级与与uo反相反相与与uo同相同相偏置电路偏置电路(4-5)对输入级的要求：对输入级的要求：尽量减小零点漂移尽量减小零点漂移, ,尽量提高尽量提高 KCMRR , , 输入阻抗输入阻抗 ri 尽可能大。尽可能大。对中间级的要求：对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。足够大的电压放大倍数。对输出级的要求：对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足主要提高带负载

4、能力，给出足够的输出电流够的输出电流io 。即输出阻抗。即输出阻抗 ro小。小。集成运放的结构集成运放的结构（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。级一般采用差动放大器。（2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。小输入电流，增加输入电阻。（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。功率放大，提高带负载的能力。集成运放的外形及符号集成运放的外形及符号 常见的集成运算放大器有圆形、扁平型、双列直插式

5、等，常见的集成运算放大器有圆形、扁平型、双列直插式等，有有8 8管脚、管脚、1414管脚等，集成运放的外形及管脚排列见表。管脚等，集成运放的外形及管脚排列见表。表表 集成运放的外形及管脚排列集成运放的外形及管脚排列一、开环电压放大倍数一、开环电压放大倍数Auo无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105 107之间。理之间。理想运放的想运放的Auo为为 。二、共模抑制比二、共模抑制比KCMMR常用分贝作单位，一般常用分贝作单位，一般100dB以上。以上。 主要参数主要参数三、差模输入电阻三、差模输入电阻rid两个输入端之间的动态电阻，愈大愈好。两个输入端之间的

6、动态电阻，愈大愈好。四、开环输出电阻四、开环输出电阻ro开环工作时，从输出端向里看进去的等效电阻，愈小愈好。开环工作时，从输出端向里看进去的等效电阻，愈小愈好。五、输入失调电压五、输入失调电压Uio在输入端加补偿电压，使得输出电压为零。在输入端加补偿电压，使得输出电压为零。六、最大输出电压六、最大输出电压Uo(sat)在标准电源电压和额定负载电阻下所能输出的、在标准电源电压和额定负载电阻下所能输出的、不产生明显失真的最大峰值电压。不产生明显失真的最大峰值电压。(4-8)uiduo+UOM-UOMAuo越大，运放的线性范围越小，必须越大，运放的线性范围越小，必须在在输出与输入输出与输入之间之间加

7、负反馈加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。才能使其扩大输入信号的线性范围。uiduo_+AuomaxoOMuU例：若例：若UOM=12V，Auo=106，则则|ui|UUREFREF时，时，u uo o=-U=-Uomom；当输入电压；当输入电压u ui iUUUREFREF时，时，u uo o=+U=+Uomom，则将，则将u ui i与与U UREFREF对调即为同相输对调即为同相输入式单门限电压比较器，其电路图及其电压传输特性入式单门限电压比较器，其电路图及其电压传输特性如图如图3-13b3-13b所示。所示。 把阈值电压为零的电压比较器称为过零电压比把阈值电压为零的电压比较器称为过

8、零电压比较器，其电路图及其电压传输特性如图较器，其电路图及其电压传输特性如图3-13c3-13c、图、图3-3-13d13d所示。过零电压比较器可将正弦波转化成方波，所示。过零电压比较器可将正弦波转化成方波，如图如图3-143-14所示。所示。将正弦波转化成方波的过零电压比较器滞回电压比较器滞回电压比较器 在实际应用中，如果测得的信号存在外界干扰，即在正弦波上在实际应用中，如果测得的信号存在外界干扰，即在正弦波上叠加了高频干扰信号，过零电压比较器就容易出现多次的误翻转。叠加了高频干扰信号，过零电压比较器就容易出现多次的误翻转。解决的方法是采用滞回电压比较器。解决的方法是采用滞回电压比较器。 滞

9、回电压比较器是从输出引一个电阻分压支路到同相输入端，滞回电压比较器是从输出引一个电阻分压支路到同相输入端，电路如图电路如图3-15a3-15a所示。由于集成运放工作在非线性区，所以它的输所示。由于集成运放工作在非线性区，所以它的输出有两种状态：正向饱和电压出有两种状态：正向饱和电压+U+Uomom和负向饱和电压和负向饱和电压-U-Uomom，因此集成运，因此集成运放同相输入端的电压放同相输入端的电压u u+ +也有两个。也有两个。 将集成运放输出为正饱和电压将集成运放输出为正饱和电压+U+Uomom时的同相输入端的电压称为时的同相输入端的电压称为上门限电平，用上门限电平，用U Uth1th1表

10、示，则表示，则om22REF2th1URRRURRRuUfff 将集成运放输出为正饱和电压将集成运放输出为正饱和电压-U-Uomom时的同相输入端的电压称为时的同相输入端的电压称为下下门限电平，用门限电平，用U Uth2th2表示，则表示，则om22REF2th2URRRURRRuUfff 回差电压回差电压22omth2th1th2RRRUUUUf集成运放的调零电路集成运放的调零电路为了提高集成运放的精度，消除误差，需要对集成运放进行调为了提高集成运放的精度，消除误差，需要对集成运放进行调零。调零的方法有两类，一类是内调零，即在集成电路上设有外接零。调零的方法有两类，一类是内调零，即在集成电路

11、上设有外接调零电路引线，如图调零电路引线，如图3-163-16所示。所示。 另一类是外调零，即集成运放没有内调零电路，而是在集成运另一类是外调零，即集成运放没有内调零电路，而是在集成运放的输入端家一个补偿电压，用于抵消集成运放本身的失调电压，放的输入端家一个补偿电压，用于抵消集成运放本身的失调电压，从而达到调零的目的。常用的外调零电路如图从而达到调零的目的。常用的外调零电路如图3-173-17所示。所示。集成运放的保护电路集成运放的保护电路1.1.输入端保护电路输入端保护电路 当输入端所加电压过高时会造成集成运放的损坏，所以在输入当输入端所加电压过高时会造成集成运放的损坏，所以在输入端加入两个

12、反向并联的二极管，以限制过高的输入电压，如图端加入两个反向并联的二极管，以限制过高的输入电压，如图3-183-18所示。所示。2.2.输出端保护电路输出端保护电路为了防止输出端电压过高，可将两个稳压管反向串联实现，如为了防止输出端电压过高，可将两个稳压管反向串联实现，如图图3-193-19所示。所示。3.3.电源保护电路电源保护电路 为了防止正负电源接反，可用二极管实现，如图为了防止正负电源接反，可用二极管实现，如图3-203-20所示。所示。4.4.消除自激电路消除自激电路 自激的存在使集成运放工作不稳定，解决的方法是在集成运放自激的存在使集成运放工作不稳定，解决的方法是在集成运放的正、负电

13、源端与地之间并联几十微法与的正、负电源端与地之间并联几十微法与0.010.010.1F0.1F的电容，或的电容，或在反馈电阻上并电容。如图在反馈电阻上并电容。如图3-213-21所示。所示。(1-42)u-uR+1f-ofo+LiRRRi+idAiii电流并联负反馈电流并联负反馈练习：判断以下各图的反馈类型练习：判断以下各图的反馈类型Rc1c2R+Vc2i-ROsR-ff12+uTisRRTiCCibiuLe2电流并联负反馈电流并联负反馈(1-43)电压并联负反馈电压并联负反馈+TLR-cui-b+iCC+sRi+VOuu-ssRRffi+_+V-+cciuuO1RR23RR4R56R电流串联负反馈电流串联负反馈(1-44)VVA+2A1uiOu1RR2R3R45RR6u-uR+1f-o+LRR+iA+-du+-fuoi电压串联负反馈电压