第4章集成运算放大电路.ppt

1、第四章 集成运算放大电路,第4章,一、概述,集成运算放大电路（简称集成运放）是具有很高开环电压放大倍数的直接耦合放大器，最初多用于各种模拟信号的运算。现广泛用于模拟信号的产生及处理电路中。性能价格比优越，在绝大多数情况下已取代了分立元件放大电路。,从内部结构看: 因大电容不便集成，均采用直接耦合方式， 因大电阻不便集成，常用有源器件(BJT、FET)取代电阻。, 集成电路组件,第4章,二、集成运放的组成,输入级 差分放大器（双入单出，Ri高，KCMR大）。,输出级 射极输出器或互补对称功率放大器（Ro高）。,中间级 共射/共源放大电路（主放大器，Au达千倍以上）。,偏置电路 用于设置各级放大电

2、路的静态工作点（恒流源）。,差动输入级有两个输入UP、UN，当信号从UN输入，输出Uo与UN极性相反，称UN反相输入端；当信号从UP输入，输出Uo与UP极性相同，称UP同相输入端。,第4章,图4.3.1 F007电路原理图,三、集成运放（通用型集成运放F007）,Au：几十万倍； Ri：2M以上。,四、集成运放的电压传输特性,线性区,非线性区（饱和区）,非线性区,特点： 1.是双端输入、单端输出的差分放大电路。 2.差模放大倍数高。 3.输入阻抗高，输出阻抗低。 4.共模抑制比高，能较好的抑制温漂。,符号,电压传输特性,UOM, Uom 14V Aod5105 | uPuN | 28V,五、集

3、成运放的主要性能指标,第4章,开环差模增益Aod。 Aod=uo/（uP- uN），常用分贝（db）表示，即 20lgAod。通用型在105左右（100db）。（p174、p189）,2. 共模抑制比KCMR。 20lgKCMR 常用分贝（db）表示。,3. 差模输入电阻rid。 M级,4. 输入失调电压UIO。 为使输出电压为零，在输入端所加的补偿电压。,6. 输入失调电流IIO 。 反映差分管输入电流的不对称程度。 IIO= IB1 IB2,8. 输入偏置电流IIB 。 输入差放管基极偏置电流的平均值， IIB= （IB1 + IB2 ）/2,5. 输入失调电压温漂dUIO/dt。 是UI

4、O的温度系数。,7. 输入失调电流温漂dIIO/dt。 是IIO的温度系数。,9.最大共模输入电压UIcmax 。UIC高于此值时，运放就不能放大差 模输入信号了。,10.最大差模输入电压UIdmax 。不使PN结反向击穿所允许的最大UId,11. 3dB带宽fH (BW)。 使Aod下降3dB（即下降到约0.707 Aod ） 时的信号频率宽度。,13.转换速率SR。表明集成运放对信号变化速度的适应能力。 SR=duo/dtmax。 常用单位：（输出电压变化）V/S。,第4章,12. 单位增益带宽fC (BWG) 。 使Aod下降到0dB（即 Aod=1）时的信 号频率。与晶体管的特征频率f

5、T类似。,理想运放参数：（、0） Aod、 KCMR、rid、 fH 均为无穷大； UIO 、 dUIO/dT 、 IIO 、 dIIO/dT 、 IIB均为零。,第4章,六、集成运放的种类 （按性能指标分类）,高阻型 具有高输入电阻rid的运放。 用于测量放大电路、信号发生电路、取保电路。,2. 高速型 具有转换速率高的运放。 用于A/D、D/A、锁相环、视频放大电路中。,3. 高精度型 具有低失调、低温漂、低噪声、高增益的运放。 用于高精度的仪器设备中。,4. 低功耗型 具有静态功耗低、工作电源电压低的运放。 用于空间技术、军事科学、遥感遥测等领域。, 通用型 高速型和宽带型 高精度(低漂

6、移型） 高输入阻抗型 低功耗型 功率型,为满足实际使用中对集成运放性能的特殊要求，除性能指标比较适中的通用型运放外，发展了适应不同需要的专用型集成运放。它们在某些技术指标上比较突出。 根据运算放大器的技术指标可以对其进行分类，主要有通用、高速、宽带、高精度、高输入电阻和低功耗等几种。,运放的分类,通 用 型,通用型运算放大器的技术指标比较适中，价格低廉。通用型运放也经过了几代的演变，早期的通用型运放已很少使用了。以典型的通用型运放CF741(A741)为例，输入失调电压12mV、输入失调电流20nA、差模输入电阻2M，开环增益100dB、共模抑制比90dB、输出电阻75、共模输入电压范围13V

7、、转换速率0.5V/s。,高速型和宽带型,用于宽频带放大器，高速A/D、D/A，高速数据采集测试系统。这种运放的单位增益带宽和压摆率的指标均较高，用于小信号放大时，可注重fH或fc，用于高速大信号放大时，同时还应注重SR。例如： CF2520/2525 AD9620 AD9618 OP37 CF357,高精度(低漂移型）,用于精密仪表放大器，精密测试系统，精密传感器信号变送器等。 例如： OP177 CF714,高输入阻抗型,用于测量设备及采样保持电路中。 例如： AD549 CF155/255/355,低功耗型,用于空间技术和生物科学研究中，工作于较低电压下，工作电流微弱。 例如： OP22

8、 正常工作静态功耗可低至36W。 OP290 在0.8V电压下工作，功耗为24 W 。 CF7612 在5V电压下工作，功耗为50 W 。,功 率 型,这种运放的输出功率可达1W以上，输出电流可达几个安培以上。 例如： LM12 TP1465,七、运放的选择,信号源的性质 根据信号源是电压源还是电流源、内阻大小、输入信号的幅值及频率的变化范围选择运放。,2. 负载的性质 根据负载电阻的大小，确定所需运放的输出电压和 输出电流的幅值选择运放。,3. 精度要求 根据精度要求和响应时间及灵敏度要求选择运放。,4. 环境条件 根据环境温度的变化范围要求、所提供电源的限 制、功耗的限制选择运放。,第4章,第4章,八、运放使用注意事项,1.正确辨认管脚.(目前未完全标准化),2.调零或调偏置电压. 对于内部无自稳零措施的运放,在外部要加调零电路; 若为单电源供电,有时还需设置合适的静态输出电压,以便能放大双极性信号.,3.消除自激振荡. 在电源端加去耦电容.有的需外接频率补偿电容。,第4章,4、保护措施,(1) 输入保护,(2) 输出保护,(3) 电源保护,+V,(防止差模信号过大，限幅作用),(防止共模信号过大，钳位作用),运算放大器图片,运算放大器图片,集成运算放大器的型号命名 数字序号