返回主目錄項目7集成運放及其應(yīng)用

任務(wù)14

集成運算放大器的認(rèn)識1、了解集成運算放大器的組成及理想集成運放

的技術(shù)指標(biāo)。2、了解集成運算放大器主要參數(shù)的意義。3、了解集成運放的兩個工作區(qū)域及其工作條件。4、了解集成運放工作于線性區(qū)域時“虛短”和

“虛斷”的特點。知識要點一、集成運算放大器電路的組成在集成運放電路中，為了抑制零點漂移，故對溫漂影響最大的第一級電路毫無例外地采用了差動放大電路。集成運算放大器電路的組成如圖14.3所示。集成運放的電路內(nèi)部包含了四個基本組成部分，即偏置電路、差動輸入級、電壓放大級和輸出級。1.差動輸入級集成運放的輸入級采用差動電路，整個電路工作在弱電流狀態(tài)，而且電流比較恒定，這有利于提高集成運放的共模抑制比。2.電壓放大級中間級的主要任務(wù)是提供足夠大的電壓放大倍數(shù)，因此，中間級不僅要求電壓放大倍數(shù)高，而且還要求輸入電阻比較高，以減少本級對前級電壓放大倍數(shù)的影響。中間級還要向輸出級提供較大的推動電流。圖14.3集成運算放大器電路的組成3.輸出級輸出級的主要作用是給出足夠的輸出電流以滿足負(fù)載的需要，同時還要具有較低的輸出電阻和較高的輸入電阻，以起到將放大級和負(fù)載隔離的作用，所以電路采用射極跟隨的形式。除此之外，電路中還設(shè)有過載保護電路，用以防止輸出端短路或負(fù)載電流過大時燒壞管子。4.偏置電路偏置電路用于給各個電路提供所需的直流偏壓，多采用恒流源和鏡像微恒流源電路。集成運放的輸入級由差動放大電路組成，因此具有兩個輸入端。分別從兩個輸入端加入信號，在電路的輸出端得到的信號相位是不同的，一個為反相關(guān)系，另一個為同相關(guān)系，所以把這兩個輸入端分別稱為反相輸入端和同相輸入端。二、集成運放的主要參數(shù)為了描述集成運放的性能，設(shè)立了許多技術(shù)指標(biāo)，現(xiàn)將常用的幾項分別介紹如下：1.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod是指集成運放在無外加反饋回路情況下的差模電壓放大倍數(shù)，即：Aod=對于集成運放而言，希望Aod大且穩(wěn)定。目前高增益的集成運放器件，其Aod可高達140dB（107倍），與理想集成運放的Aod（其指標(biāo)為無窮大）沒有實質(zhì)上的差別。2.最大輸出電壓Uop-p最大輸出電壓是指在額定的電源電壓下，集成運放的最大不失真輸出電壓的峰—峰值。如F007的電源電壓為±15V時，其最大輸出電壓為±10V，按Aod=105計算，當(dāng)輸出為±10V時，輸入差模信號的電壓Uid其峰—峰值為±0.1mV，所以集成運放的放大能力特別大。當(dāng)輸入信號超過±0.1mV時，電路的輸出恒為±10V，不再隨uid變化，此時標(biāo)志著集成運放進入了非線性工作狀態(tài)。用電壓傳輸特性曲線來表示集成運放的輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系，如圖14.4所示。圖14.4集成運放F007的電壓傳輸特性3.差模輸入電阻ridrid的大小反映了集成運放的輸入端向信號源索取電流的大小。一般要求rid愈大愈好，普通型集成運放的rid為幾百千歐至幾兆歐。在集成運放的輸入級采用場效應(yīng)管來組成差動放大器，可以提高放大器的差模輸入電阻rid。F007的rid為2MΩ，理想集成運放的rid為無窮大。4.輸出電阻ro輸出電阻ro的大小反映了集成運放在輸出信號時的帶負(fù)載能力。有時也用最大輸出電流Iomax來表示它的極限帶負(fù)載能力。理想集成運放的ro為零5.共模抑制比KCMRR共模抑制比反映了集成運放對共模輸入信號的抑制能力。KCMRR愈大愈好，理想集成運放的KCMRR為無窮大。6.靜態(tài)功耗PD將集成運放電路的輸入端短路、輸出端開路時，集成運放所消耗的功率叫做靜態(tài)功耗PD，此值越小越好。三、集成運放的兩個工作區(qū)域1.理想集成運算放大器所謂理想集成運放，就是將集成運放的各項技術(shù)指標(biāo)理想化，即：（1）開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aod=∞；（2）輸入電阻rid=∞；（3）共模抑制比KCMRR=∞；（4）輸出電阻rod=0（5）－3dB帶寬fh=∞；在分析和計算電路性能時，用理想集成運放來代替實際集成運放所得到的誤差，完全可以滿足實際工程的允許誤差范圍，所以將集成運放視為理想集成運放是完全可以的。集成運放有兩個工作區(qū)域：線性區(qū)和非線性區(qū)。2.理想集成運放工作的線性區(qū)集成運放工作在線性區(qū)時，其輸出電壓與兩個輸入端的電壓之間存在著線性放大關(guān)系，即：式中uo是集成運放的輸出端電壓；和分別是其反相輸入端和同相輸入端的對地電壓；Aod是其開環(huán)差模電壓增益，因為uo為定值，且Aod很大，所以必須要求和的差很小才行。

理想集成運放工作在線性區(qū)時，有兩個重要特點：兩個輸入端電位相等。由于集成運放工作在線性區(qū)，有：再考慮到理想集成運放的Aod=∞,所以必然有：上式表示理想集成運放的同相輸入端與反相輸入端的電位相等，好象這兩個輸入端是短路一樣，這種現(xiàn)象稱為“虛短”。（2）理想集成運放的輸入電流等于零由于理想集成運放的差模輸入電阻rid=∞，因此在其兩個輸入端均可以認(rèn)為沒有電流輸入，即：i+=i－=0此時，集成運放的同相輸入端和反相輸入端的輸入電流都等于零，如同這兩個輸入端內(nèi)部被斷開一樣，所以將這種現(xiàn)象稱為“虛斷”?！疤摱獭焙汀疤摂唷笔抢硐爰蛇\放工作在線性區(qū)時的兩條重要結(jié)論，也是理想集成運放工作在線性區(qū)的兩個特點，常常作為分析集成運放應(yīng)用電路的出發(fā)點。3.理想集成運放工作的非線性區(qū)如果集成運放的輸入信號超出一定范圍，則輸出電壓不再隨輸入電壓線性增長，而將達到飽和。集成運放的電壓傳輸特性如圖14.5所示。理想集成運放工作在非線性區(qū)時，也有兩個重要的特點：（1）理想集成運放的輸出電壓uo具有兩值性：或等于集成運放的正向最大輸出電壓+UOPP，或等于集成運放的負(fù)向最大輸出電壓－UOPP，如圖14.5中的實線所示。當(dāng)＞時：uo=+UOPP當(dāng)＜時：uo=-UOPP在非線性區(qū)內(nèi)，集成運放的差模輸入電壓可能很大，即≠，此時，電路的“虛短”現(xiàn)象將不復(fù)存在。圖14.5集成運放的電壓傳輸特性（2）理想集成運放的輸入電流等于零在非線性區(qū)內(nèi)，雖然集成運放兩個輸入端的電位不等，但因為理想集成運放的輸入電阻rid=∞，故