集成运算放大器

第11章集成运算放大器11.1

差动放大电路11.2

集成运算放大器概述11.3

运算放大器的基本运算电路1、了解差动放大电路的工作原理和性能特点。2、了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。3、理解运算放大器的电压传输特性，理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法。4、理解用集成运放组成的比例、加减、微分和积分运算电路的工作原理。本章要求第11章集成运算放大器第一节、差动放大电路1、差动放大电路的工作情况电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。差动放大电路

两个输入、两个输出两管静态工作点相同（1）.零点漂移的抑制uo=VC1－VC2

=0uo=(VC1+VC1

)－(VC2+

VC2)=0静态时，ui1

=

ui2

=0当温度升高时ICVC（两管变化量相等）对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。（2）.有信号输入时的工作情况两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为零，即对共模信号没有放大能力。(A)共模信号

ui1=ui2

大小相等、极性相同差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平。共模信号需要抑制两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，(B)

差模信号

ui1=–ui2

大小相等、极性相反uo=(VC1+VC1

)－(VC2-

VC１)=2VC1即对差模信号有放大能力。差模信号是有用信号(C)差动输入信号

ui1、ui2大小和极性是任意的。例1:

ui1=10mV,ui2=6mVui2=8mV－2mV例2:

ui1=20mV,ui2=16mV可分解成:

ui1=18mV+2mVui2=18mV－2mV可分解成:

ui1=8mV+2mV共模信号差模信号放大器只放大两个输入信号的差值信号—差动放大电路。全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力。差模放大倍数共模放大倍数

KCMR越大，说明差放分辨差模信号的能力越强，而抑制共模信号的能力越强。（3）.共模抑制比共模抑制比

若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数Ac=0

输出电压

uo

=

Ad

（ui1－

ui2）=

Ad

uid

若电路不完全对称，则Ac0，实际输出电压

uo

=Acuic

+

Ad

uid

即共模信号对输出有影响。2、典型差动放大电路+UCCuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+++–––T2EE+–RE的作用：稳定静态工作点，限制每个管子的漂移。EE：用于补偿RE上的压降，以获得合适的工作点。3、输入和输出信号的连接方式连接方式有四种：双端输入--双端输出、双端输入—单端输出、单端输入--双端输出、单端输入—单端输出。第二节、集成运算放大器概述1、集成运算放大器的特点及符号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。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸Auo

高:80dB~140dBrid高:105~1011ro

低:几十

~几百KCMR高:70dB~130dB集成运放的符号：uo++Auou+u–。。

。+UCC–UEE–+UCC–UEEuou–u+2、集成运放电路的简单说明输入级中间级输出级同相输入端输出端反相输入端输入级：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放

。

中间级：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。输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。3、主要参数1.最大输出电压UOPP

能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。2.开环差模电压增益Auo

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。6.共模输入电压范围UICM

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。愈小愈好3.输入失调电压UIO4.输入失调电流IIO5.输入偏置电流IIB4、理想运算放大器及其分析依据1.理想运算放大器Auo

，rid，ro0，KCMR2.电压传输特性uo=f(ui)线性区：uo

=

Auo(u+–u–)非线性区：u+>u–

时，uo

=+Uo(sat)

u+<u–

时，uo

=–Uo(sat)

+Uo(sat)

u+–u–

uo–Uo(sat)线性区理想特性实际特性uo++u+u–+UCC–UEE–饱和区O3.理想运放工作在线性区的特点因为uo

=

Auo(u+–

u–

)所以(1)差模输入电压约等于0

即u+=u–

,称“虚短”

(2)输入电流约等于0

即i+=i–0,称“虚断”

电压传输特性

Auo越大，运放的线性范围越小，必须加负反馈才能使其工作于线性区。++∞uou–u+i+i––

u+–u–

uo线性区–Uo(sat)+Uo(sat)O第三节、运算放大器的基本运算电路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。运算放大器工作在线性区时，通常要引入深度负反馈。所以，它的输出电压和输入电压的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构和参数，而与运算放大器本身的参数关系不大。改变输入电路和反馈电路的结构形式，就可以实现不同的运算。1.

反相比例运算（1）电路组成

以后如不加说明，输入、输出的另一端均为地()。（2）电压放大倍数因虚短,

所以u–=u+=0，称反相输入端“虚地”—反相输入的重要特点因虚断，i+=i–=0

，

ifi1i–i+uoRFuiR2R1++––++–所以i1if

因要求静态时u+、u–

对地电阻相同，所以平衡电阻R2=R1//RFuoRFuiR2R1++––++–－－反馈电路直接从输出端引出—电压反馈输入信号和反馈信号加在同一输入端—并联反馈反馈信号使净输入信号减小—负反馈电压并联负反馈输入电阻低，共模电压

0⑤电压并联负反馈，输入、输出电阻低，

ri

=R1。共模输入电压低。结论：①Auf为负值，即uo与ui

极性相反。因为ui

加在反相输入端。②Auf

只与外部电阻R1、RF

有关，与运放本身参数无关。③|Auf

|可大于1，也可等于1或小于1。④因u–=u+=0，所以反相输入端“虚地”。例：电路如下图所示，已知R1=10k

，RF=50k。求：1.Auf

、R2；

2.若R1不变，要求Auf为–10，则RF

、R2应为多少？解：1.Auf=–RF

R1

=–5010=–5R2=

R1

RF

=1050(10+50)=8.3k2.因

Auf

=–RF

/

R1

=–RF

10=–10

故得RF=–Auf

R1=–(–10)10=100k

R2=10100(10+100)=9.1kuoRFuiR2R1++––++–2.同相比例运算因虚断，所以u+=ui

（1）电路组成（2）电压放大倍数uoRFuiR2R1++––++–因虚短，所以

u–=ui

，反相输入端不“虚地”

因要求静态时u+、u对地电阻相同，所以平衡电阻R2=R1//RFu+u–输入电阻高共模电压=ui电压串联负反馈输入信号和反馈信号分别加两个输入端—串联反馈反馈电路直接从输出端引出—电压反馈反馈信号使净输入信号减小—负反馈uoRFuiR2R1++––++–⑤电压串联负反馈，输入电阻高、输出电阻低，共模输入电压可能较高。结论：①Auf为正值，即

uo与ui

极性相同。因为ui

加在同相输入端。②Auf只与外部电阻R1、RF有关，与运放本身参数无关。③Auf≥1，不能小于1。④u–=u+

≠0，反相输入端不存在“虚地”现象。当R1=且RF

=0时，uo=ui

，

Auf=1，

称电压跟随器。uoRFuiR2R1++––++–由运放构成的电压跟随器输入电阻高、输出电阻低，其跟随性能比射极输出器更好。uoui++––++–左图是一电压跟随器，电源经两个电阻分压后加在电压跟随器的输入端，当负载RL变化时，其两端电压uo不会随之变化。uo+–++–15kRL15k+15V

7.5k例：3.反相加法运算电路因虚短,u–=u+=0

平衡电阻：

R2=Ri1

//Ri2

//RFii2ii1ifui2uoRFui1Ri2Ri1++–R2+–因虚断，i–=0

所以

ii1+ii2=if

4.同相加法运算电路方法1:根据叠加原理

ui1单独作用(ui2＝0)时，同理，ui2单独作用时ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R1+–方法2：平衡电阻：

Ri1//Ri2

=R1

//RFu+思考u+=?也可写出u–和u+的表达式，利用u–=u+的性质求解。ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R1+–1.输入电阻低；2.共模电压低；3.当改变某一路输入电阻时，对其它路无影响；同相加法运算电路的特点：1.输入电阻高；2.共模电压高；3.当改变某一路输入电阻时，对其它路有影响；反相加法运算电路的特点：ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R1+–ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R2+–5、减法运算电路由虚断可得：由虚短可得：分析方法1：ui2uoRFui1R3R2++–R1+–++––如果取R1

=R2

，R3

=RF

如R1