1、 集成運算放大器是一種具有很集成運算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)高放大倍數(shù)的多的多級級直接耦合放大直接耦合放大電路。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的電路。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。一種模擬集成電路。集成電路集成電路 是把整個電路的各個元件以及相互之是把整個電路的各個元件以及相互之間的聯(lián)接同時制造在一塊半導(dǎo)體芯片上間的聯(lián)接同時制造在一塊半導(dǎo)體芯片上, 組成一個不組成一個不可分的整體?？煞值恼w。：體積小、重量輕、功耗低、可體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、價格低?？啃愿摺r格低。按集成度按集成度按導(dǎo)電類型按導(dǎo)電類型按功能按功能小、中、大和超大規(guī)模小、中、大和超大規(guī)模雙、單極性和兩種兼容雙

2、、單極性和兩種兼容數(shù)字和模擬數(shù)字和模擬 各類型號集成芯片各類型號集成芯片 1. 元器件參數(shù)的一致性和對稱性好；元器件參數(shù)的一致性和對稱性好； 2. 電阻的阻值受到限制，電阻的阻值受到限制，大電阻大電阻常用三極管恒流常用三極管恒流源代替，源代替，電位器電位器需外接；需外接； 3. 電容電容的容量受到限制，的容量受到限制，電感電感不能集成，故大電不能集成，故大電容、電感容、電感 和變壓器均需外接；和變壓器均需外接； 4. 二極管多用三極管的發(fā)射結(jié)代替。二極管多用三極管的發(fā)射結(jié)代替。16.1.2 電路的簡單說明電路的簡單說明輸入級輸入級 中間級中間級 輸出級輸出級偏置偏置電路電路運算放大器方框圖運算

3、放大器方框圖 輸入級：輸入級：輸入電阻高，能減小零點漂移和抑制干輸入電阻高，能減小零點漂移和抑制干擾信號，都采用帶恒流源的擾信號，都采用帶恒流源的差分放大器差分放大器 。 中間級：中間級：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的的共發(fā)射極共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。放大電路構(gòu)成。 偏置電路偏置電路: 由鏡像恒流源等電路組成由鏡像恒流源等電路組成 輸出級：輸出級：與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載能力強，一般由能力強，一般由互補對稱電路或射極輸出器互補對稱電路或射極輸出器構(gòu)成。構(gòu)成。運算放大器的管腳和符號運算放大器的管腳和符號反相反相輸入

4、端輸入端同相同相輸入端輸入端+UCCUEEuo+uu +Auo信號傳信號傳輸方向輸方向輸出端輸出端實際運放開環(huán)實際運放開環(huán)電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)(a)(b)(a) 符號符號; (b)引腳引腳 7 6 5 F0071 2 3 4 U-U+-UCC+UCC輸出輸出NCOffsetOffset16.1.3 主要參數(shù)主要參數(shù) 1. 最大輸出電壓最大輸出電壓 UOPP 能使輸出和輸入保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。能使輸出和輸入保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。 2. 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益 Auo 運放沒有接反饋電路時的差模電壓放大倍數(shù)。運放沒有接反饋電路時的差模電壓放大倍數(shù)。 Auo愈高，所構(gòu)

5、成的運算電路越穩(wěn)定，運算精度也越高。愈高，所構(gòu)成的運算電路越穩(wěn)定，運算精度也越高。 6. 共模輸入電壓范圍共模輸入電壓范圍 UICM 運放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值，運放的共模抑運放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值，運放的共模抑制性能下降，甚至造成器件損壞。制性能下降，甚至造成器件損壞。 3. 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 UIO 使輸出電壓為零而在輸入端所加的使輸出電壓為零而在輸入端所加的電壓電壓 4. 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 IIO輸入信號為零時兩輸入端的電流之輸入信號為零時兩輸入端的電流之差差 5. 輸入偏置電流輸入偏置電流 IIB輸入信號為零時兩輸入端電流的平輸入信號為

6、零時兩輸入端電流的平均值均值1. 開環(huán)電壓放大倍數(shù)開環(huán)電壓放大倍數(shù) 2. 開環(huán)輸入電阻開環(huán)輸入電阻3. 開環(huán)輸出電阻開環(huán)輸出電阻4. 共模抑制比共模抑制比16.1.4 理想運算放大器及其分析依據(jù)理想運算放大器及其分析依據(jù) ouA idr0or CMRRK 在分析運算放大器的在分析運算放大器的電路時，一般將它看成是電路時，一般將它看成是理想的理想的運算放大器。理想運算放大器。理想化的主要條件：化的主要條件：uo+ u+u 理想運算放大器圖形符號理想運算放大器圖形符號開環(huán)放大開環(huán)放大倍數(shù)倍數(shù)= 由于實際運算放大器的技術(shù)指標(biāo)接近理想化條件，由于實際運算放大器的技術(shù)指標(biāo)接近理想化條件，用理想運算放大器

7、分析電路可使問題大大簡化用理想運算放大器分析電路可使問題大大簡化, 為此為此,后后面對運算放大器的分析都是按其理想化條件進行的。面對運算放大器的分析都是按其理想化條件進行的。1.電壓傳輸特性電壓傳輸特性 uo= f (ui) +Uo(sat) u+ u uoUo(sat)線性區(qū)線性區(qū)理想特性理想特性實際特性實際特性飽和區(qū)飽和區(qū) O因為因為 uo = Auo( (u+ u )所以所以(1) 差模輸入電壓約等于差模輸入電壓約等于 0 即即 u+ u ,稱稱“虛短虛短” (2) 輸入電流約等于輸入電流約等于 0 即即 i+= i 0 ,稱稱“虛斷虛斷” 電壓傳輸特性電壓傳輸特性+uouu+i+i u

8、+ u uo線性區(qū)線性區(qū)Uo(sat)+Uo(sat) O輸入電阻輸入電阻 idr當(dāng)當(dāng) u+- u 0，即，即 u+ u 時，時，uo = + Uo(sat) u+- u 0， 即即u+ 0 ui = Ui 0時，時，| T(j )| 衰減很快衰減很快 顯然，電路能使低于顯然，電路能使低于 0的的信號順利通過，衰減很小，信號順利通過，衰減很小，而使高于而使高于 0的信號不易通過，的信號不易通過，衰減很大，衰減很大，稱一稱一 階有源低通階有源低通濾波器。濾波器。 為了改善濾波效果，為了改善濾波效果，使使 0 時信號衰減得時信號衰減得更快些，常將兩節(jié)更快些，常將兩節(jié)RC濾濾波環(huán)節(jié)串接起來，波環(huán)節(jié)串

9、接起來，組成組成二階有源低通濾波器。二階有源低通濾波器。uoRFCR+ R1+ui+RC一階一階二階二階 幅頻特性幅頻特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | Oij1UCRRU URRU)(11Fo頻頻率率稱稱為為截截止止角角RC10 uiuoRFCR+ R1+設(shè)輸入為正弦波信號設(shè)輸入為正弦波信號i1F0j1)(1UCRRRRU i1Fj11)(1UCRRR 01F1Fioj11j111 RRRCRRUU 可見，電路使頻率大于可見，電路使頻率大于 0 的信號通過的信號通過 ，而小于，而小于 0 的信號被阻止，稱為的信號被阻止，稱為有源高通濾波器有源高通濾波器。 ,0時時當(dāng)當(dāng) ,時

10、時當(dāng)當(dāng) 20f0)(1)(j uATf0)(juAT 0)(j T 01Fioj11)(j)(j)(j RRUUT 0f0j1 uA其模為其模為,0時時當(dāng)當(dāng) 2)(jf0uAT 幅頻特性幅頻特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | O SuC+ui+uo+ 模擬開關(guān)模擬開關(guān)模擬輸入信號模擬輸入信號電路電路 采樣保持電路采樣保持電路，多用于模，多用于模 - 數(shù)轉(zhuǎn)換電路（數(shù)轉(zhuǎn)換電路（A/D）之之前前。由于。由于A/D 轉(zhuǎn)換需要一定的時間，所以在進行轉(zhuǎn)換需要一定的時間，所以在進行A/D 轉(zhuǎn)換前必須對模擬量進行瞬間采樣，并把采樣值保轉(zhuǎn)換前必須對模擬量進行瞬間采樣，并把采樣值保存一段時間，以

11、滿足存一段時間，以滿足A/D 轉(zhuǎn)換電路的需要。轉(zhuǎn)換電路的需要。電壓跟隨器電壓跟隨器采樣存儲采樣存儲電容電容控制信號控制信號 uG為高電平，為高電平，S 閉合閉合(場效應(yīng)管導(dǎo)通場效應(yīng)管導(dǎo)通)， ui對存儲電容對存儲電容C充電，充電， uo= uC = ui 。 uG為為 0， S 斷開斷開(場效應(yīng)管截止場效應(yīng)管截止)，輸出，輸出 保持該階段開始瞬間的值不變。保持該階段開始瞬間的值不變。進行測量進行測量uitouGto采樣速度愈高，愈接近模擬信號的變化情況。采樣速度愈高，愈接近模擬信號的變化情況。 SuC+ui+uo+ 采樣采樣保持保持 電壓比較器用來比較輸入信號與參考電壓的大電壓比較器用來比較輸

12、入信號與參考電壓的大小。當(dāng)兩者幅度相等時輸出電壓產(chǎn)生躍變，由高電小。當(dāng)兩者幅度相等時輸出電壓產(chǎn)生躍變，由高電平變成低電平，或者由低電平變成高電平。由此來平變成低電平，或者由低電平變成高電平。由此來判斷輸入信號的判斷輸入信號的 大小和極性。大小和極性。 數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字儀表、自動控制和自動檢測等數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字儀表、自動控制和自動檢測等技術(shù)領(lǐng)域，以及波形產(chǎn)生及變換等場合技術(shù)領(lǐng)域，以及波形產(chǎn)生及變換等場合 。 電壓傳輸特性電壓傳輸特性閾值電壓閾值電壓(門限電平門限電平)：輸出躍變所對應(yīng)的輸入電壓。：輸出躍變所對應(yīng)的輸入電壓。 uiuoOURURuouiR2+ R1+可見，在可見，在 ui =UR 處輸

13、出電壓處輸出電壓 uo 發(fā)生躍變。發(fā)生躍變。參考電壓參考電壓uitOUROuot +Uo (sat) Uo (sat)t1t2 URuouiR2+ R1+電壓傳輸特性電壓傳輸特性uiuoOURui UR，uo=+ Uo (sat)ui UR，uo= Uo (sat)uiuoURR2+ R1+ uiuoOURURuouiR2+ R1+電壓傳輸特性電壓傳輸特性uiuoOURURuouiR2+ R1+uiuoURR2+ R1+Ot +Uo(sat) Uo(sat)uouitOUROuot +Uo (sat) Uo (sat)t1t2UZ UZ電壓傳輸特性電壓傳輸特性 Uo(sat) +Uo(sat)

14、uiuoOURuoRDZURuouiR2+ R1+URuouiR2+ R1+tuituo+Uo(sat)Uo(sat) 例例1：圖中所示為運放組成的過溫保護電路，：圖中所示為運放組成的過溫保護電路，R 是是正溫度系數(shù)正溫度系數(shù)熱敏電阻，熱敏電阻，溫度升高阻值變溫度升高阻值變大大。KA 是是繼電器，溫度升高，超過規(guī)定值，繼電器，溫度升高，超過規(guī)定值，KA 動作，自動切動作，自動切斷電源。分析其工作原理。斷電源。分析其工作原理。 溫度溫度 超過超過 規(guī)定值，規(guī)定值，ui UR， uo= +UOM，T 導(dǎo)通。導(dǎo)通。 KA 動作。動作。常開閉合，加熱常開閉合，加熱R1R2URRR4KA+UCCTR3+

15、uiuo 220V電壓傳輸特性電壓傳輸特性uoiuO例例2: 電路如圖所示電路如圖所示, ui 是一正弦電壓是一正弦電壓, 畫出畫出 uo 的波形。的波形。Oiut運放為同相輸入過零電壓比較器運放為同相輸入過零電壓比較器uoOtOtou Otou R1R2uiuo+ou ou CDRLR解解:212o1o12i1i2RRuuRuu )(2o1o46ouuRRu )21 (12462i1ioiofRRRRuuuuuAu uoui1+R2+uo2uo1R6R6R4R4+R2R1ui2ui+A2A1A3 +)(2 2i1i12146ouuRRRRRu 所所以以 16.6 集成運放的用途廣泛，在使用前

16、必須進行測試，集成運放的用途廣泛，在使用前必須進行測試，使用中應(yīng)注意其電參數(shù)和極限參數(shù)符合電路要求，使用中應(yīng)注意其電參數(shù)和極限參數(shù)符合電路要求，同時還應(yīng)注意以下問題。同時還應(yīng)注意以下問題。 1. 選用元件選用元件運算放大器分為：通用型運算放大器分為：通用型 高速型高速型 低功耗型低功耗型 大功率大功率型型 高精度型等高精度型等 或或 雙極型雙極型 單極型單極型 或一塊集成電路中或一塊集成電路中含有運放的個數(shù)。根據(jù)實際情況來選用含有運放的個數(shù)。根據(jù)實際情況來選用2. 消振（消振（相位補償相位補償）集成運放在實際使用中遇到最棘手的問題就是自激。要消除集成運放在實際使用中遇到最棘手的問題就是自激。要

17、消除自激，通常是破壞自激形成的相位條件，這就是相位補償，自激，通常是破壞自激形成的相位條件，這就是相位補償，如圖所示。如圖所示。 2. 消振（消振（相位補償相位補償） (a)CRfuAR3ui1Ro(b)RCRfu oAR3ui1ui2R1R2 3. 調(diào)零調(diào)零 為了提高集成運放的精度為了提高集成運放的精度,消除因失調(diào)電壓和失消除因失調(diào)電壓和失調(diào)電流引起的誤差調(diào)電流引起的誤差,需要對集成運放進行調(diào)零。需要對集成運放進行調(diào)零。圖圖(a)是輸入分布電容和反饋電阻過大是輸入分布電容和反饋電阻過大(1M)引起自激的補償方法引起自激的補償方法圖圖(b)中所接的中所接的RC為輸入端補償法，常用于高速集成運放

18、。為輸入端補償法，常用于高速集成運放。 (1)輸入端保護輸入端保護 當(dāng)輸入端所加的電壓過高時會損壞集成運放，可在當(dāng)輸入端所加的電壓過高時會損壞集成運放，可在輸入端加入兩個反向并聯(lián)的二極管，如圖所示，將輸輸入端加入兩個反向并聯(lián)的二極管，如圖所示，將輸入電壓限制在二極管的正向壓降以內(nèi)。入電壓限制在二極管的正向壓降以內(nèi)。4. 保護保護 A741的調(diào)零電路的調(diào)零電路RPVui20k 20k uO10k -Ucc 如常用的如常用的 741，其，其中電位器中電位器RP可選擇可選擇10k的的電位器電位器, 如圖所示。如圖所示。 (1)輸入端保護輸入端保護 輸入端保護輸入端保護 ui1uORRui2 (2)輸出端保護輸出端保護 為了防止輸出電壓過大為了防止輸出電壓過大,可利用穩(wěn)壓管來保護，如圖可利用穩(wěn)壓管來保護，如圖所示，將兩個穩(wěn)壓管反向串聯(lián)，就可將輸出電壓限制所示，將兩個穩(wěn)壓管反向串聯(lián)