医用物理学 11集成运放923

1、信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-094. 4. 差模电压放大倍数差模电压放大倍数Aud、 输入电阻、输出电阻输入电阻、输出电阻输入输出输入输出均不接地均不接地双端输入双端输出双端输入双端输出信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09差动放大器双入差动放大器双入 双出微变等效电路双出微变等效电路besLcu1d)2/(rRRRAAu)(2besidrRr coRr2 Re对交流信号相当接地对交流信号相当接地) 2/(LCLRRR 信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-

2、092012-09输输出出负负载载不不接接地地 单端输入双端输出单端输入双端输出信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09)(2beidrRrs besLcd)2/(rRRRAu co2Rr 单端输入双端输出单端输入双端输出信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09双端输入单端输出双端输入单端输出 双入单出因只利用了一个集电极输出的变化量，双入单出因只利用了一个集电极输出的变化量，所以它的差模电压放大倍数是双出的二分之一。所以它的差模电压放大倍数是双出的二分之一。将差分将差分信号转信号转换为单换为单端输

3、出端输出信号信号信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09双端输入单端输出双端输入单端输出besid2rRrrod= Rc besLcu1d2/2rRRRAAuC1输出输出，Aud, ,为负；为负；C2 2输出，输出，Audud为正为正LCL/RRR 信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09单端输入单端输出单端输入单端输出 besLcurRR/RA 2d )(2beidrRr coRr C1输出输出，Aud为负；为负；C2 2输出，输出，Audud为正为正信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室

4、张延芳张延芳 2012-092012-095. 共模电压放大倍数共模电压放大倍数 Auc双入双出双入双出Auc=0信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-096. 共模电压放大倍数共模电压放大倍数 Auc双入双入单出单出信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09 与差模信号不同，共模信号Re用2Re等效，双端输出Auc=0，单端输出Auc0 。eLCebebLiO1c2/2)1 (=RRRRrRRuuAu 共模微变等效电路共模微变等效电路信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012

5、-092012-09 单端输出（C1或C2） ，可以得到输出与输入之间的不同电位关系（反相或同相）。 从B1输入信号，C1 输出为反相；C2 输出为同相。信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09差模电压放大倍数差模电压放大倍数 idoduduuA共模电压放大倍数共模电压放大倍数icocucuuA电压放大电压放大倍数是一倍数是一个纯数，个纯数，无量纲。无量纲。(dB)idodlg20(dB)udlg20uduuAG电压放大倍数用增益表示，单位是分贝。电压放大倍数用增益表示，单位是分贝。(dB)icoclg20(dB)uclg20ucuuAG增益增益

6、信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-097. 7. 共模抑制比共模抑制比 共模抑制比是衡量放大电路抑共模抑制比是衡量放大电路抑制零点漂移能力的重要指标制零点漂移能力的重要指标。 ucudCMRAAK信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09差模电压放大倍数差模电压放大倍数 Aud;共模电压放大倍数共模电压放大倍数 Auc共模抑制比共模抑制比 KCMR;电路的动态指标电路的动态指标信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-094-2 集成运算放大器简介集成运算放

7、大器简介一、一、 集成电路与集成运算放大器集成电路与集成运算放大器 把晶体管、二极管、电阻以及连接把晶体管、二极管、电阻以及连接导线等集中制造在一小块半导体基片上导线等集中制造在一小块半导体基片上, ,构成一个具有一定功能的完整电路的器构成一个具有一定功能的完整电路的器件。件。1.1.集成电路集成电路( (Integrated circuit, IC)：信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09 集成电路中元器件的特点集成电路中元器件的特点单个的精度不是很高单个的精度不是很高, ,但由于是在同一硅片但由于是在同一硅片上、用相同工艺生产出来的，性能比

8、较一致上、用相同工艺生产出来的，性能比较一致 元器件相互离得很近元器件相互离得很近, ,温度特性较一致温度特性较一致电阻一般在几十欧至几十千欧、太高或太低电阻一般在几十欧至几十千欧、太高或太低都不易制造都不易制造 电感难于制造电感难于制造, ,电容一般不超过电容一般不超过200pF,200pF,大电容大电容不易制造不易制造信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09 集成电路的优点集成电路的优点 集成电路的类型集成电路的类型体积小、重量轻、安装方便、功耗小、体积小、重量轻、安装方便、功耗小、工作可靠等。工作可靠等。小规模集成电路小规模集成电路(SSI

9、):一百以下一百以下信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09中规模集成电路中规模集成电路(MSI):大规模集成电路大规模集成电路(LSI):超大规模集成电路超大规模集成电路(VLSI):一百至一千个之间一百至一千个之间一千至十万个之间一千至十万个之间十万以上十万以上信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-092. 2. 集成运算放大器集成运算放大器 具有一定功能的完整电路具有一定功能的完整电路, ,高放大倍高放大倍数的直接耦合放大器。数的直接耦合放大器。 集成运算放大器集成运算放大器integrated

10、 operational amplifier 运算放大器运算放大器 operational amplifier简称集成运放简称集成运放 integrated amplifier信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09 集成运放是一种高放大倍数、高输入电集成运放是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的多级直接耦合放大电路。阻、低输出电阻的多级直接耦合放大电路。二、集成运算放大器的组成与分类二、集成运算放大器的组成与分类1.1.四大组成部分四大组成部分信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09 常采用常

11、采用差分放大电路差分放大电路。目的是为了减。目的是为了减小放大电路的零点漂移。小放大电路的零点漂移。 中间级：中间级： 采用采用有源负载的有源负载的共发射极电路共发射极电路，增，增益大、较高的电压放大倍数。益大、较高的电压放大倍数。 输入级：输入级：信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09 输出级：输出级： 一般由一般由电压跟随器或互补电压跟随电压跟随器或互补电压跟随器器所组成，目的是为了降低输出电阻，所组成，目的是为了降低输出电阻，提高带负载能力提高带负载能力, ,给出足够的输出电流给出足够的输出电流io。 偏置电路偏置电路： 为各级放大电路设

12、置合适的静态工为各级放大电路设置合适的静态工作点，采用作点，采用电流源电路。电流源电路。信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-092 2、集成运算放大器的外形、集成运算放大器的外形 国家标准（国家标准（GB3430-82GB3430-82）规定，由字母和阿）规定，由字母和阿拉伯数字表示，例如拉伯数字表示，例如CF741CF741、CF124CF124等，其中等，其中C C表示国家标准，表示国家标准，F F表示运算放大器，阿拉伯数表示运算放大器，阿拉伯数字表示品种。字表示品种。封装形式封装形式: : 金属圆形、双列直插式、扁平式金属圆形、双列直插式、

13、扁平式封装材料封装材料: :陶瓷、金属、塑料陶瓷、金属、塑料信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-092 2个输入端，个输入端，1 1个输出端，输入端标个输出端，输入端标“+ +”号表示同相输入端，标号表示同相输入端，标“- -”号表示反相号表示反相输入端。输入端。3、集成运放的图形符号、集成运放的图形符号信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-094. 集成运放的分类集成运放的分类 按所用器件又可分为双极型器件组成按所用器件又可分为双极型器件组成的双极型集成电路；单极型器件组成的单的双极型集成电路；单极

14、型器件组成的单极型集成电路；双极型器件和单极型器件极型集成电路；双极型器件和单极型器件兼容组成的集成器件。兼容组成的集成器件。 线性集成电路线性集成电路: :输出对于输入信号的输出对于输入信号的变化成线性关系变化成线性关系. .例如，直流放大器例如，直流放大器, ,差分差分放大器放大器, ,运算放大器。运算放大器。信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09 通用型集成运放特点：最大差模输入通用型集成运放特点：最大差模输入电压和最大共模输入电压大；输出有短电压和最大共模输入电压大；输出有短路保护功能；电源电压适用范围宽；不路保护功能；电源电压适用范围

15、宽；不需外接补偿电容。如性能较好的需外接补偿电容。如性能较好的CF741CF741等等 非线性集成电路非线性集成电路: :输出对于输入信号输出对于输入信号的变化成非线性关系的变化成非线性关系. .例如，振荡器例如，振荡器, ,调制调制器器, ,集成稳压电源。集成稳压电源。信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09 特殊型集成运放的特点是突出某项性能指标。如：(4) (4) 低功耗型低功耗型: :当电源电压当电源电压 15 V15 V时，时，最大功耗最大功耗 不大于不大于6mW。(5) (5) 高速型高速型: :转换速率大于转换速率大于30 V/30

16、 V/ s s。(6) (6) 高压型高压型: :输出电压较高输出电压较高(1) (1) 高输入阻抗型高输入阻抗型( (差模输入电阻不小于差模输入电阻不小于109 )(2) (2) 高精度型高精度型: : V VIO/IO/ T T小于小于2 2 V/V/ C C 。(3) (3) 宽带型宽带型: : 增益带宽大。增益带宽大。信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09三、集成运算放大器的主要技术指标三、集成运算放大器的主要技术指标1.1.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数Aud无反馈时差模信号的放大倍数无反馈时差模信号的放大倍数 Aud =

17、Uod / Uid增益（增益（gaingain） Gud =20lgAud(dB) =20Uod/Uid(dB)信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-092.输入偏置电流输入偏置电流 IIB3输入失调电流输入失调电流 IIO 常温下输入信号为零，两输入端偏置常温下输入信号为零，两输入端偏置电流的平均值。电流的平均值。IIB=(IIB+IIB)/2 常温下输入电压为零时，两输入端常温下输入电压为零时，两输入端偏置电流之差。偏置电流之差。IIB= IIB - IIB 。A741：50-100nA.信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延

18、芳 2012-092012-094输入失调电压输入失调电压 UIO 输入电压为零时，为了使放大器输输入电压为零时，为了使放大器输出电压为零，在输入端外加的补偿电压。出电压为零，在输入端外加的补偿电压。一般为毫伏级。它表征电路输入部分不一般为毫伏级。它表征电路输入部分不对称的程度，对称的程度，UIO 越小，运放性能越好。越小，运放性能越好。5 5输入失调电流温漂输入失调电流温漂 dIIO / dT 在规定的工作温度范围内，输入失在规定的工作温度范围内，输入失调电流对温度的变化率。即温度每改变调电流对温度的变化率。即温度每改变11时所造成的失调电流增益。时所造成的失调电流增益。信息工程学院物理教研

19、室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09 在规定的工作温度范围内，输入失调在规定的工作温度范围内，输入失调电压对温度的变化率。即温度每改变电压对温度的变化率。即温度每改变11时时所造成的失调电压增益。所造成的失调电压增益。6 6输入失调电压温漂输入失调电压温漂 dUIO / dT7. 7. 共模抑制比共模抑制比 K KCMRCMR CMR Common Mode Rejection Ratio 电路开环情况下，差模放大倍数电路开环情况下，差模放大倍数A Audud与与共模放大倍数共模放大倍数A Acdcd之比。之比。 KCMR= Aud / Acd 或或 KCMR

20、=20lg Aud /Acd (dB)信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-098.8.带宽带宽BWBW放大倍数放大倍数A Audud下降下降 3dB 3dB 所对应的频宽所对应的频宽信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09四、理想集成运算放大器四、理想集成运算放大器1 1集成运放的理想特性集成运放的理想特性输入信号为零时，输出端应恒定为零；输入信号为零时，输出端应恒定为零；输入阻抗输入阻抗 rid= ；输出阻抗输出阻抗 ro=0；频带宽度频带宽度 BW应从应从0 ；开环电压放大倍数开环电压放大倍数

21、Aud = 。输入为零时输出为零，而且无失调，温输入为零时输出为零，而且无失调，温 漂和噪声漂和噪声。信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-092. 理想运算放大器理想运算放大器 ideal operational amplifierAud rid ro 0 KCMR 线性区：线性区：uo = Aud ( (u+ u)非线性区：非线性区：u+ u 时，时， uo = +UOMu+ u 时，时， uo = + UOM当当 u+ u 时，时， uo = UOM u+ u u uo oUOM+ +UOM O饱和区饱和区 不存在不存在 “虚短虚短”现象现象 uui+= i 0信息工程学院物理教研室信息工程学院物理教研室 张延芳张延芳 2012-092012-09运算放大器在信号运算方面的运用运算放大器在信号运算方面的运用 集成运算放大器与外部电阻、电容、半导集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、乘法和除法等运算。反对数、乘法和除法等运算。 运算放大器工作在线性区时通常要引入深运算放大器工作在线性区时通常要引入深度负反馈。输出电压