第16章 集成运算放大器-2016课件

1、下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1/96下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录2/96下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录3/96 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路级直接耦合放大电路, 是发展最早、应用最广泛的是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。一种模拟集成电路。集成电路集成电路 是把整个电路的各个元件以及相互之是把整个电路的各个元件以及相互之间的连接同时制造在一块半导体芯片上间的连接同时制造在一块半导体芯片上, 组成一个不组成一个不可分的整体。可分的整体。：体积小、重量轻

2、、功耗低、可体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低。靠性高、价格低。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录4/96按集成度分类按集成度分类小规模（小规模（SSI）中规模（中规模（MSI）大规模（大规模（LSI）超大规模（超大规模（VLSI）：双极型（三极管）、双极型（三极管）、单极型（场效应管）、两种兼容单极型（场效应管）、两种兼容按功能分类按功能分类模拟集成电路模拟集成电路数字集成电路数字集成电路 计数器、寄存器等计数器、寄存器等混合集成电路混合集成电路 集成集成A/D、D/A转换器等转换器等集成运算放大器集成运算放大器集成功率放大器集成功率放大器集成稳压电源等集成稳压电源等

3、下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录5/96 级间采用直接耦合方式级间采用直接耦合方式 在集成电路工艺中难于制造电感元件和容量大于在集成电路工艺中难于制造电感元件和容量大于200pF的电容，因而放大器各级之间都采用直接耦合的电容，因而放大器各级之间都采用直接耦合方式，必须适用电感和大容量电容的场合，采用外界方式，必须适用电感和大容量电容的场合，采用外界的方法。的方法。电路结构和参数具有对称性电路结构和参数具有对称性 由于集成电路中的各个元件是通过同一工艺过程由于集成电路中的各个元件是通过同一工艺过程制作在同一硅片上，元件参数的对称性好，因此集成制作在同一硅片上，元件参数的对称性

4、好，因此集成电路广泛采用差动放大电路。电路广泛采用差动放大电路。 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录6/96 恒流源代替电阻恒流源代替电阻 集成电路中的电阻是由硅半导体的体电阻构成，集成电路中的电阻是由硅半导体的体电阻构成，阻值范围大约为阻值范围大约为100-30K ，且阻值精读不高，因，且阻值精读不高，因此常常用晶体管恒流源代替电阻（动态电阻）；必须此常常用晶体管恒流源代替电阻（动态电阻）；必须使用直流高阻值的场合，也大多采用外接的方法。使用直流高阻值的场合，也大多采用外接的方法。三极管替换二极管三极管替换二极管 为简化工艺，集成电路中的二极管采用集电结短为简化工艺，集成电

5、路中的二极管采用集电结短接的晶体管代替接的晶体管代替下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录7/9616.1.2 集成运算放大器的电路组成集成运算放大器的电路组成运算放大器方框图运算放大器方框图 输入级：输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差分放大器扰信号，都采用带恒流源的差分放大器 。 中间级：中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。的共发射极放大电路构成。 偏置电路偏置电路: 一般由各种恒流源等电路组成。一般由各种恒流源等电路组成。 输出级：输出级：与负载

6、相接，要求输出电阻低，带负载与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补功率放大电路或射极输出器构成。能力强，一般由互补功率放大电路或射极输出器构成。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录8/96集成运放的基本结构集成运放的基本结构-UEE+UCCuo u u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS输入级输入级输出级输出级中间级中间级下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录9/96T3T4T5T1T2IS u u反相端反相端同相端同相端uo与与uo反相反相与与uo同相同相下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录10/96-UEE+UCC u

7、uo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS输入级输入级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。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录11/96-UEE+UCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS输入级输入级中间级中间级足够大的电压放大倍数足够大的电压放大倍数下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录12/96-UEE+UCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS输入级输入级中间级中间级 输出级输出级 主要提高带负载能力，给出足够的输出电流主要提

8、高带负载能力，给出足够的输出电流io ，输出阻抗，输出阻抗 ro小。小。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录13/96运算放大器的管脚和符号运算放大器的管脚和符号反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端信号传信号传输方向输方向输出端输出端实际运算放大器实际运算放大器开环电压放大倍数开环电压放大倍数(a)(b)(a) 符号符号; (b)引脚引脚下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录14/9616.1.3 主要参数主要参数 1. 最大输出电压最大输出电压 UOM 能使输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输能使输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输出电压。出电压。

9、2. 开环电压放大倍数开环电压放大倍数 Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高；愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高；一般为一般为104107,即即8040dB。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录15/96输入失调电流输入失调电流 IIO 输入电压为零时，两输入端静态基极电流之差。输入电压为零时，两输入端静态基极电流之差。输入失调电压输入失调电压 UIO 使输出电压使输出电压UO=0时，输入端所需要的补偿电压。时，输入端所需要的补偿电压。IBB+B-III下一页下一页

10、返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录16/96 6. 最大共模输入电压最大共模输入电压 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。 5. 输入偏置电流输入偏置电流 IIB 输入电压为零时，两输入段静态基极电流的平均值。输入电压为零时，两输入段静态基极电流的平均值。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录17/96 差模输入电阻：差模输入电阻：rid 高高:几十几十k 几百几百k 集成运放特点：集成运放特点：理想运放：理想运放：rid 共模抑

11、制比：共模抑制比：KCMRR很大很大KCMRR 开环输出电阻：开环输出电阻：ro 小：几十小：几十 几百几百 ro 0开环电压放大倍数：开环电压放大倍数： A uo 很很大大:104以上以上 107Auo uo+Auou+u。 。+UCCUEE u- u+ uo 理想运放的符号：理想运放的符号：下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录18/96(1) 开环电压放大倍数开环电压放大倍数 (2) 差模输入电阻差模输入电阻(3) 开环输出电阻开环输出电阻(4) 共模抑制比共模抑制比 由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，用理想运算放大器分

12、析电路可使问题大大简化用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化, 为此为此,后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。 ouA idr0or CMRRK 在分析运算放大器时，一般将它看成是理想的在分析运算放大器时，一般将它看成是理想的运运算放大器。理想化的主要条件：算放大器。理想化的主要条件：下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录19/961. 电压传输特性电压传输特性 uo= f (ui)线性区：线性区：uo = Auo( (u+ u)非线性区：非线性区：u+ u 时，时， uo = +Uo(sat) u+ u 时，时， u

13、O = + UO(sat) u+ u 时，时， uo = + Uo(sat) u+ 0 uI = UI UR，uO=+ UO(sat)uI UR，uO= UO(sat)思考思考下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录59/96下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录60/96UZ UZuO下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录61/96 过零电压比较器用途非过零电压比较器用途非常广泛，在交流调压、电常广泛，在交流调压、电气控制系统中经常使用。气控制系统中经常使用。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录62/96例例1 1: 电路如图所示电路如图所示, ui 是一正弦电压是一正弦电压, 画出画出 uO 的波形。的波形。 解解: (1) 运算放大器为同相运算放大器为同相输入过零电压比较器。输入过零电压比较器。输入和输出电压波形输入和输出电压波形电压传输特性电压传输特性下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录63/96 (2) 经经RC微分电路输出正微分电路输出正负尖脉冲。负尖脉冲。 (3