电子技术 课件 第三章 集成运算放大器

第三章集成运算放大器主要内容3.1集成运算放大器简介一、集成电路简介（一）什么是集成电路集成电路——集元器件、连线、系统为一体的新型电子器件。优点：体积小、功耗低、可靠性高、成本低。集成运算放大器应用特性分析（二）分类集成运算放大器就是模拟集成电路的基础电路模拟集成：集成运算放大器、集成功率放大器、集成稳压器等数字集成：集成门电路、集成触发器什么是集成运算放大器高增益多级直接耦合放大器初期，用于信号的数字运算。目前，应用于信号的产生、放大、交换、处理、测量等。集成运算放大器应用特性分析偏置电路输入级中间级输出级输入端输出端（三）电路的框图及组成方框图（实际是一个高放大倍数直接耦合放大电路）集成运算放大器应用特性分析结论：集成运放具有电压放大倍数大，输入电阻高（几百千欧），输出电阻低（几百欧），零漂小等优点。中间级——进行电压放大，要求电压放大倍数大，采用共射电路。输出级——要求Ro小，带负载能力强。供给负载较大功率，采用互补对称的射极输出器。偏置电路——建立Q点，采用恒流源电路。输入级——要求减少零点漂移，提高Ri，采用差动放大电路。集成运算放大器应用特性分析反相输入端同相输入端输出端反相输入端与输出端反相同相输入端与输出端同相从外部看,是一个双端输入、单端输出的差动放大电路∞+_+

u+

u-

uOA_+

u+

u-

uO二、集成运算放大器的符号集成运算放大器应用特性分析管脚功能－15V负电源10kΩ调零电位器41567231kΩ输出端＋15V正电源同相输入端反相输入端集成运算放大器应用特性分析1、开环电压放大倍数Aud2、共模抑制比KCMRR三、集成运放的主要性能指标越大越好，一般运放的的Aud约为80~100db(105倍)。无外加反馈时，差模放大倍数越大越好

为了综合考察对差模信号的放大能力和对共模信号的抑制能力，引入新参数。KCMRR=差模Ad共模AC运放F007的KCMRR约为80db

u+

u-

uO∞+_+集成运算放大器应用特性分析4、开环输出电阻rO3、开环输入电阻rid(差模输入电阻)

rid越大，从信号源流入的电流越小。精度越高，运放F007的rid约为1~2MΩ。rO越小，运放带负载能力越强。精度越高，运放F007的rO约为500Ω。5、输入失调电压Uio由于差分放大电路的不对称，输入电压为零时，输出电压不为零。

uIO

uO=0∞+_+集成运算放大器应用特性分析7、输入失调电流IIO

6、输入偏置电流IIB

输入偏置电流是指运放在静态时，流过两个输入端的偏置电流的平均值。IIO=(IB1+IB2)/2其值越小越好，一般约为几个微安。实际上，当集成运放的输出电压为零时，流入两输入端的电流之差。IIO=IB1-IB2。其值越小越好，一般为纳安级。集成运算放大器应用特性分析9、最大共模输入电压Uicmax8、最大差模输入电压Uidmax是指安全的加载两个输入端之间最大的差模电压。若超过此值，输入级可能被反相击穿。指输入端能够承受的最大共模电压，如超过这个范围，共模抑制性将恶化。10、最大输出电压Uom也称额定输出电压，是指电源电压一定时，集成运放的最大不失真输出电压，一般用峰值表示。集成运算放大器应用特性分析集成运放的理想化条件:③开环输出电阻

rO→0。①开环电压放大倍数AuO→∞。②差模输入电阻rid→∞。④共模抑制比KCMRR→∞。四、理想运算放大器

u+

u-

uO∞+_+集成运放可视为一个理想电压放大器

uO＝AuO(u+－u-)

集成运算放大器应用特性分析1、线性区uo与ui成线性关系uo＝Auo(u+－u-)2、非线性区（饱和区）uo与ui不是线性关系uo有两种可能uo＝＋UOm

高电平uo＝－UOm

低电平＋Uom－Uom电压传输特性uOui=u+-u-O线性区非线性区因Auo=∞ui很小，要加负反馈不加反馈，或加正反馈集成运放的传输特性集成运算放大器应用特性分析i＋＝i－＝0即:iI＝0因rid=∞,iI近似为零。因AuO=∞，uid＝uO

/AuO=0，

即uid＝

u+

－u-＝0

u+＝u-

iI

u+

u-

uO∞+_+rid运用两个重要依据，可大大简化运放电路的分析1、“虚短”的概念2、“虚断”的概念集成运算放大器应用特性分析主要内容3.2集成运算放大器应用二、反相输入运算电路从反相输入端输入信号12uI–+∞+_+RFR2R1uO–+加平衡电阻R2（补偿电阻）。为使输入级两差分放大管对称,负反馈电阻电压并联负反馈？集成运算放大器应用特性分析从反相输入端输入信号解：根据u-=u+=0,“虚地”。根据i+=i-

=iI=0，则:i1=iF+iI≈iF。电压放大倍数：12uI–+∞+_+RFR2R1uO–+iFi1iI负号表示uO与ui反相集成运算放大器应用特性分析uI–+uO–+iFi1iI12∞+_+RFR2R1三、同相输入运算电路从同相输入端输入信号加平衡电阻R2（补偿电阻）。根据u-=u+,i+=i-

=iI=0，则:u+=u-≈uIi1

≈

iF电压串联负反馈集成运算放大器应用特性分析iFi1uI–+uO–+iI12∞+_+RFR2R1从同相输入端输入信号电压放大倍数：uO与uI同相集成运算放大器应用特性分析同相比例电路电压放大倍数：同相比例电路特例四、电压跟随器当R1=∞(断开)或RF=0时uI–+uO–+∞+_+与分立元件的射极输出器相比：4、具有良好的电压跟随和隔离作用。1、电压放大倍数Auf=1。2、输入电阻高。3、输出电阻低。集成运算放大器应用特性分析虚短就是虚地？对吗？比较下面两图输入端1、2的信号。[例2-1]:已知：R1=10kΩ,RF=50kΩ，ui=0.5V。试计算:输出电压uO。解：

uO=3V集成运算放大器应用特性分析[例2-2]:已知：R1=100kΩ,RF=200kΩ，ui=1V。试计算:输出电压uO。并说明输入级的作用解：输入级为电压跟随器。U01=1V，作为第二级的输入。第二级为反相比例运算电路，uo=-2V集成运算放大器应用特性分析运放的线性应用主要实现各种模拟信号的比例、加减、微分、积分、对数、指数等运算，以及有源滤波、信号检测、采样保持等。用途十分广泛。集成运算放大路线性应用总结（四）加法运算电路平衡电阻（补偿电阻）在同一输入端输入多组信号uO–+

ui3

ui2

ui1RFR1R3R2∞+_+R412集成运算放大器的应用在同一输入端输入多组信号ifiiuO–+

ui3

ui2

ui1i1i2i3根据u-=u+,i+=i-

=0，则:u+=u-=0,

i1+i2+i3=ifRFR1R3R2∞+_+R412当：时：集成运算放大器的应用iFiIuO–+

uI3

uI2

uI1i1i2i3RFR1R3R2∞+_+R212[例]:已知：R1=R2=R3=10kΩ,RF=50kΩ，ui1=0.5V，ui2=-1V，ui3=-0.8V。试计算:输出电压uO。解：集成运算放大器的应用两个输入端都输入信号（五）减法运算电路12R1R3∞+_+RFR2

ui1

ui2uO–+减数被减数根据:u+=u-,

i+=i-=0既能放大差模信号又能抑制共模信号当时运算放大器的串级应用解题思路R3RF2∞+_+A1∞+_+A2R1R2R4RF1

uI1

uI2uO1uO2–+求输出电压uO。1、先判别A1、A2电路。2、按顺序（信号流经），先算A1的uO1。3、其做为A2的uI2，再对A2进行运算。4、uO里含有与uI1、uI2的运算关系。集成运算放大器的应用[例]:已知：

R1=10kΩ,R2=50kΩ,R3=R4,RF1=10kΩ，RF1=500kΩ，

ui1=30mV，ui2=50mV。试计算:输出电压uO2。解：R3RF2∞+_+A1∞+_+A2R1R2R4RF1

uI1

uI2uO1uO2–+A1是同相输入运算电路，A2是加法运算电路。集成运算放大器的应用解：根据虚短虚断求U2=6/7（V）UO=21/7（V）

[例]:试计算:输出电压uO2。集成运算放大器的应用CF根据u-=u+=0,“虚地”。根据i+=i-

=iI=0，则:i1=iF+iI≈iF12∞+_+R2R1uI–+uO–+iFi1iI(六)积分运算电路将反相输入运算电路中RF用CF代替电容上电压等于其电流的积分1、uO与uI成积分关系方波变三角波：不同时间段里，uI正跳变或负跳变，uO充放电，变三角波。2、应用当为一阶跃直流电压时：ttOOuIuOttOOuOuI(六)积分运算电路iFi1iI12∞+_+R2R1CFuI–+uO–+（七）微分运算电路将反相比例运算电路中R1用CF代替根据u-=u+=0,“虚地”。根据i+=i-

=iI=0，则:i1=iF+iI≈iF1、uO与uI成微分关系2、应用

方波变尖顶波。（七）微分运算电路仿真实验验证六、使用时的注意问题

1、消振:运算放大器很容易产生自激振荡，使用时要消振。目前集成运算放大器都有消振元件，

2、调零：运算放大器内部参数不完全对称，需外接调零电路。不需外部消振。如确需可外接RC消振电路或消振电容。－15V负电源10kΩ调零电位器41567231kΩ输出端＋15V正电源同相输入端反相输入端∞CF741集成运算放大器的应用

（二）理想化条件

AOd≈∞rid≈∞rO≈0KCMR≈∞（三）工作区