电子应用技术课件：第四章集成运算放大电路

1、第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-1)第四章第四章 集成运算放大器集成运算放大器模拟电子技术基础模拟电子技术基础第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-2)4.1 4.1 集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述4.2 4.2 集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路4.3 4.3 集成运放电路简介集成运放电路简介4.4 4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路集成运放的性能指标及低频等效电路4.5 4.5 集成运放电路的种类及选择集成运放电路的种类及选择4.6 4.6 集成运放的使用集成运放的使用第四章第四章第第4 4章章 集成运算放大电路集成运

2、算放大电路结束(1-3)集成电路集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。体基片上。集成电路的优点：集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。功耗小。集成电路的分类：集成电路的分类：模拟集成电路、数字集成电路；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； 4.1 集成运算放大电路概述集成运算放大电路概述第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-4)4.1.1集成运放的电路结构特点集成运放的电路结构特点1. 电路元件制作在一个芯片上，元

3、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。第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-5)-VEE+VCC u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T

4、3T4T5T1T2IS4.1.2集成运放电路的组成及其各部分的作用集成运放电路的组成及其各部分的作用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同相同相第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-6)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

5、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。第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-7)R2T3R1R3-UEE+UCCui2uoERCT1RCT2ui1T4IC =IC1+ IC2 =

6、 1 IB + 2(1+ 1 ) IB = 1 + 2(1+ 1 ) IB为减小为减小IB， 提高输入电阻，提高输入电阻，T1、T2采用复合三极管采用复合三极管 = IC / IB = 1 + 2(1+ 1 ) 1 2 ICIBIE 1 2 IC1IC2IB2第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-8)-VEE+VCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第第4 4级：互补对称射极跟随器级：互补对称射极跟随器差动放大器差动放大器第第2级级第第1级：级：差动放大器差动放大器第第3级：级：单管放大器单管放大器+集成运放内部结构（

7、举例）集成运放内部结构（举例）极极性性判判断断第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-9) ri 大大: 几十几十k 几百几百 k 4.1.3集成运放的电压传输集成运放的电压传输特性特性KCMRR 很大很大 ro 小：几十小：几十 几百几百 A o 很很大大: 104 107理想运放：理想运放： ri KCMMRR ro 0 0Ao 运放符号：运放符号：uu+ uo u u+ uoAo国际符号国际符号国内符号国内符号第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-10)电压传输电压传输特性：特性：集成运放的输出电压与输入电压（即同相输入端集成运放的输出电压与输入电压

8、（即同相输入端与反相输入端之间的差值电压）之间的关系曲线。与反相输入端之间的差值电压）之间的关系曲线。即：即：)(0NPuufuuiuo+UOM-UOM线性放大区线性放大区第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-11)集成运放有集成运放有线性放大区线性放大区（称为线性区）和（称为线性区）和饱和区饱和区（称为非线性区）。在线性区，曲线的斜率为电（称为非线性区）。在线性区，曲线的斜率为电压放大倍数；在非线性区，输出电压只有两种可压放大倍数；在非线性区，输出电压只有两种可能的情况，能的情况，+UOM或或UOM。)(0NPoduuAu集成运放工作于线性区时，集成运放工作于线性区时，其

9、中其中Aod称为差模开环放大倍数称为差模开环放大倍数例：若例：若UOM=12V，Aod=106， 则则|ui|1M , 有的可达有的可达100M 以上。以上。四、输出电阻四、输出电阻roro =几几 -几十几十 。第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-33) UIO是运算放大器输出电压为零时，在输入端所加是运算放大器输出电压为零时，在输入端所加的补偿电压，其数值是的补偿电压，其数值是uI等于零时，输出电压折合等于零时，输出电压折合到输入端电压的负值，即到输入端电压的负值，即end五、输入失调电压五、输入失调电压UIO及其温漂及其温漂dUIO/dToduOIOAUUI0 dU

10、IO/dT是输入失调电压的温度系数。其值越小，是输入失调电压的温度系数。其值越小，运放的温漂越小。运放的温漂越小。F007:输入失调电压小于输入失调电压小于2mV, 温漂小于温漂小于20V/C。第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-34)六、输入失调电流六、输入失调电流IIO及其温漂及其温漂dIIO/dT IIO= IB1- IB2 ， IIO反映输入差分对管的输入电流的反映输入差分对管的输入电流的不对称程度。不对称程度。dIIO/dT是输入失调电流的温度系数。其值越小，是输入失调电流的温度系数。其值越小，运放的温漂越小。运放的温漂越小。七、输入偏置电流七、输入偏置电流II

11、B)(2121BBIBIII 其值越小，运放的静态工作点受信号源内阻的影响其值越小，运放的静态工作点受信号源内阻的影响就越小，就越小， IIO越小。越小。第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-35)八、最大共模输入电压八、最大共模输入电压UIcmax九、最大差模输入电压九、最大差模输入电压UIdmax 运放是直流放大器，运放是直流放大器， 也可放大低频信号，不适也可放大低频信号，不适用于高频信号。用于高频信号。十、十、-3dB带宽带宽fH F007的带宽只有的带宽只有7Hz。第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-36)4.6 集成运放的使用集成运放的使用

12、4.6.1 使用时必做的工作使用时必做的工作 金属壳封装和双列直插式金属壳封装和双列直插式双列直插式有双列直插式有8、10、12、14、16脚脚 使用时要辨认管脚，正确连线。使用时要辨认管脚，正确连线。 一、集成运放的外引脚一、集成运放的外引脚 二、参数测量二、参数测量 使用时要用万用表进行简易测量，判断是否有使用时要用万用表进行简易测量，判断是否有短路和断路现象。短路和断路现象。第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-37) 三、调零或调整偏置电压三、调零或调整偏置电压 由于失调电压与失调电流的存在，输入为零时输出由于失调电压与失调电流的存在，输入为零时输出往往不为零。在内

13、部无自动稳零措施的运放需外加往往不为零。在内部无自动稳零措施的运放需外加调零措施。调零措施。对单电源供电的运放，有时需在输入端加直流偏置对单电源供电的运放，有时需在输入端加直流偏置电压，设置合适的动态输出电压。电压，设置合适的动态输出电压。四、消除自激振荡四、消除自激振荡电源端加去耦电容或外接频率补偿电容。电源端加去耦电容或外接频率补偿电容。第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-38)4.6.2 保护措施保护措施一、输入保护一、输入保护图图4.6.1 输入保护措施输入保护措施第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-39)二、输出保护二、输出保护图图4.6.

14、2 输出保护电路输出保护电路第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-40)三、电源保护三、电源保护图图4.6.3 电源端保护电源端保护第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-41)4.6.3 输出电压与输出电流的扩展输出电压与输出电流的扩展一、提高输出电压一、提高输出电压图图4.6.4 提高输出电压的电路提高输出电压的电路第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-42)RRRRR 4321设集成运放的电源电压为设集成运放的电源电压为15V，当当0 NPuu时，时，0 ouVuB151 VuB152 VuuBB3021 若忽略若忽略uBE，VuE151 VuE152 可见，对运放可见，对运放A来说，其电源电压仍为来说，其电源电压仍为15V。第第4 4章章 集成运算放大电路集成运算放大电路结束(1-43)当有信号输入时当有信号输入时，0 ou)(21)(211oCCooCCBuVuuVu )(