模拟电子电路分析与制作：集成运算放大器的识别与特性

1、模拟电子线路分析与制作 -集成运放的识别与特性2 原子结构集成运放的识别1 定义 3 共价键1 集成运放的内部结构同相输入端：uP（输入级）反相输入端：uN（输入级）输出端：uO（输出级）两个电源端：电源正极和电源负极（偏置电路）（1）输入级一般采用高性能的差动放大电路，它决定整个集成运放的输入阻抗、共模抑制比、零点漂移、信噪比及频率响应，因此，输入级的好坏直接影响集成运放的工作性能。1 集成运放的内部结构同相输入端：uP（输入级）反相输入端：uN（输入级）输出端：uO（输出级）两个电源端：电源正极和电源负极（偏置电路）（2）中间级是整个放大电路的主放大器，一般采用复合管作放大管，主要作用是提

2、高集成运放的电压放大倍数。1 集成运放的内部结构同相输入端：uP（输入级）反相输入端：uN（输入级）输出端：uO（输出级）两个电源端：电源正极和电源负极（偏置电路）（3）输出级一般采用互补对称功放电路，主要作用是提高带负载能力和减小非线性失真.1 集成运放的内部结构同相输入端：uP（输入级）反相输入端：uN（输入级）输出端：uO（输出级）两个电源端：电源正极和电源负极（偏置电路）（4）偏置电路采用不同形式的电流源电路，为各级放大电路提供合适的静态工作电流。2 集成运放的符号和封装放大器“”表示开环增益无穷大“+”同相输入端uP“-”反向输入端uN输出端uO：输出信号uO与输入信号uP相位相同，

3、与输入信号uN相位相反。2 集成运放的符号和封装3 集成运放的引脚功能符号功能 符号功能IN-反相输入端OA调零IN+同相输入端AZ自动调零OUT输出端COMP相位补偿Vcc正电源BW带宽控制Vee负电源DR比例分频GND接地CX外接电容NC空引脚BOOSTER负载能力扩展集成运放常用引脚符号及功能3 集成运放的引脚功能4 集成运放的命名和分类4 集成运放的命名和分类1）通用型集成运放：A741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应晶体管为输入级的LF356 等。2）高阻型集成运放：输入阻抗高、输入偏置电流小，而且高速、高宽带和低噪声等优点。LF356、LF355、L

4、F347(四运放)及具有更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。3）低温漂型集成运放：，一般应用到精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中。OP-07, LM725、OP-27、AD508和ICL7650等。4）高速型集成运放：具有高的转换速率和宽的频率响应，一般应用在要求转换速率高和增益带宽大的场合，如快速A/D 和D/A 转换器、视频放大器等。AD825、LM318、A715、F118/218 等。5）低功耗型集成运放：功率消耗低（功耗可达微瓦级），可低电池供电，一般用于便携式设备。LM224、TL-022C、ICL7600等。6）高压大功率型集成运放：LM380、A791等。2 原子结构

5、理想集成运放的特征1 定义 3 共价键1 理想集成运放的主要性能参数1）开环差模增益无穷大Aod；2）共模抑制比无穷大KCMR；3）输入电阻无穷大Rid；4）输出电阻为零Ro0；5）输入失调电压为零UIO0；6）输入失调电流为零IIO0。1 理想集成运放的主要性能参数1）开环差模增益无穷大Aod；2）共模抑制比无穷大KCMR；3）输入电阻无穷大Rid；4）输出电阻为零Ro0；5）输入失调电压为零UIO0；6）输入失调电流为零IIO0。理想集成运放的电路模型1 理想集成运放的主要性能参数1）开环差模增益无穷大Aod；2）共模抑制比无穷大KCMR；3）输入电阻无穷大Rid；4）输出电阻为零Ro0；

6、5）输入失调电压为零UIO0；6）输入失调电流为零IIO0。理想集成运放的电路模型 虚短：由理想运放的开环增益Aod = uod /(uP-uN)，则uP -uN= uod /Aod =0，因此有uP=uN，可知两个输入端的电压是相等的（同相输入端uP与反向输入端uN的电位差为零），这种情况被称为虚短路，简称“虚短”。1 理想集成运放的主要性能参数1）开环差模增益无穷大Aod；2）共模抑制比无穷大KCMR；3）输入电阻无穷大Rid；4）输出电阻为零Ro0；5）输入失调电压为零UIO0；6）输入失调电流为零IIO0。理想集成运放的电路模型 虚短：由理想运放的开环增益Aod = uod /(uP-

7、uN)，则uP -uN= uod /Aod =0，因此有uP=uN，可知两个输入端的电压是相等的（同相输入端uP与反向输入端uN的电位差为零），这种情况被称为虚短路，简称“虚短”。 虚断：由理想运放的输入电阻Rid，故有iP=iN=0，这种情况被称为虚断路，简称虚断。1 理想集成运放的主要性能参数1）开环差模增益无穷大Aod；2）共模抑制比无穷大KCMR；3）输入电阻无穷大Rid；4）输出电阻为零Ro0；5）输入失调电压为零UIO0；6）输入失调电流为零IIO0。理想集成运放的电路模型 虚短：由理想运放的开环增益Aod = uod /(uP-uN)，则uP -uN= uod /Aod =0，因

8、此有uP=uN，可知两个输入端的电压是相等的（同相输入端uP与反向输入端uN的电位差为零），这种情况被称为虚短路，简称“虚短”。 虚断：由理想运放的输入电阻Rid，故有iP=iN=0，这种情况被称为虚断路，简称虚断。值得注意，不管是“虚短”还是“虚断”，它们并不是真正的短路或断路。2 理想集成运放的传输特性集成运放的电压传输特性集成运放的输出电压uo与输入电压uid（即uid=uP-uN，uP为同相输入端，uN为反相输入端）之间的关系曲线称为电压传输特性线性区（也称放大区）：输出电压与输入电压成正比例关系，其曲线的斜率就是电压放大倍数，对于理想运放，斜率应该是无穷大，即线性区应该一条垂直且几乎

9、与纵轴重合的陡峭直线。非线性区（也称饱和区）：当输入电压超过一定范围时，运放工作在非线性区，即图中两条水平线，此时运放进入饱和状态。当uP-uN0，即同相端电压大于反相端电压时，输出电压UO=+Uom；当uP-uN0，即同相端电压大于反相端电压时，输出电压UO=-Uom2 原子结构理想集成运放的选型1 定义 3 共价键1 集成运放的参数（1）开环差模增益Aod Aod = uod /(uP-uN)。（2）共模抑制比KCMR KCMR=|Aod /Aoc|。（3）输入电阻Rid Rid越大，从信号源索取的电流越小，越容易符合理想运放虚断路的特性。（4）输入失调电压UIO及温漂dUIO /dT U

10、IO是指输出电压为零时在输入端所加的补偿电压。UIO越小，表明差动输入的电路参数对称性越好。dUIO /dT是UIO的温度系数，其值越小，温漂越小。（5）输入失调电流IIO及温漂dIIO /dT IIO是指输出电压为零时，流入两个输入端的电流之差的绝对值IIO=|IB1-IB2|。 dIIO /dT与dUIO /dT定义类似，值越小越好。1 集成运放的参数（6）最大共模输入电压UIcmax 是指集成运放所能承受的最大共模电压，若超过该值，共模抑制能力明显下降。（7）最大差模输入电压UIdmax 是指集成运放两输入端所允许加的最大差模电压值，超过该值，运放输入极差分对管将被反向击穿，使运放的性能

11、变差，甚至损坏。（8）开环带宽fH和单位增益带宽fc fH又称-3dB带宽，指在正弦小信号激励下，运放开环电压增益随频率升高从直流增益下降3dB所对应的信号频率；而增益下降至1，即0dB时的频率定义为单位增益带宽fc。（9）转换速率SR 是指集成运放在额定负载及输入阶跃信号大信号时运放输出电压的最大变化率。反映了运放对快速输入信号的瞬态响应。2 集成运放的选择1）根据精度要求，对各种误差源进行严密分析。2）分析输入信号的特性，输入时电压源还是电流源，振幅的范围是多少等。3）考虑应用的特点，是反相器、加法器、跟随器还是其他变换电路等，不同的应用特点通常会影响集成运放的选择。4）考虑环境因素，如应

12、用环境的温度变化范围，应用时间及电源电压的范围是多少等。5）考虑集成运放的性能参数。供电电源：电压范围，是单电源供电还是双电源供电；精度：尽量选用失调电压较小的集成运放可以降低设计难度。同时，考虑零温漂的集成运放可以进一步降低宽温度应用范围里系统调零的难度；转换速率：有大幅度信号通路时要充分考虑集成运放的转换速率SR；带宽：小信号通路时考虑集成运放的增益带宽，并留有足够的开环增益，噪声：失调可以在后端校正，混在信号通带的噪声却很难校正，因此，需充分考虑宽带电压噪声系数，带宽和电阻的热噪声等；其他：是否对功耗、静态电流等有要求，这也是在选型时所要考虑的因素。2 集成运放的选择供电电源设计要求典型应用 推荐的集成运放（TI系列）Vcc5V低功耗，精密，小封装 便携，电池供电OPA3xx，TL