1、7-1 集成運(yùn)放的特點(diǎn)和電路結(jié)構(gòu),7-2 集成運(yùn)放的特性參數(shù),7-3 理想的集成運(yùn)放,第七章 集成運(yùn)算放大器,7-4 集成運(yùn)放的線性應(yīng)用,7-5 集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用,集成運(yùn)算放大器，簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放，是一 個(gè)高性能的直接耦合多級(jí)放大電路，因首先用于運(yùn)算，故而得名。,1、采用直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性， 采用差分放大電路和電流源電路。,通用型集成運(yùn)放：,單運(yùn)放LM741 ；,四運(yùn)放LM324,專用型集成運(yùn)放：,高精度型：AD797,7-1 集成運(yùn)放的特點(diǎn)和電路結(jié)構(gòu),2、用有源器件代替無源元件，如用晶體管代替占面積大的 大電阻，三極管當(dāng)二極管用等。,3、利用縱向NPN管值較大、橫向P

2、NP管的耐壓比較高的特 點(diǎn)，接成復(fù)合管的組態(tài)，形成性能優(yōu)良的各種放大電路。,一、 集成運(yùn)放的特點(diǎn),集成運(yùn)放的分類：,4、體積小、可靠性高、功耗低、成本低、使用方便。,二、 集成運(yùn)放的一般構(gòu)成（通用型）,偏置電路：,由恒流源電路組成，向各放大級(jí)提供合適的偏置電流；,輸 入 級(jí)：,大多采用差動(dòng)放大電路，要求輸入電阻大，共模抑制比高，耐壓高；,中 間 級(jí)：,輸 出 級(jí)：,主放大器，多采用共射放大電路，要求有足夠大的放大能力；,一般為互補(bǔ)推挽功率放大器，要求輸出電阻小，輸出電壓盡可能大，通常含有保護(hù)電路。,三、 集成運(yùn)放的符號(hào)和封裝,若將集成運(yùn)放看成一個(gè)黑盒子，則可等效為一個(gè)雙端輸入單端輸出的高性能差

3、分放大電路。,1、電路符號(hào):,同相輸入端,反相輸入端,同相輸入端：信號(hào)從該端輸入時(shí)，輸出與輸入相位相同。,反相輸入端：信號(hào)從該端輸入時(shí)，輸出與輸入相位相反。,2、封裝,金屬圓殼式；雙列直插式；扁平式,四、通用型集成運(yùn)放LM741,對(duì)于集成運(yùn)放電路，應(yīng)首先找出偏置電路，然后根據(jù)信號(hào)流通順序，將其分為輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)。,四、通用型集成運(yùn)放LM741,雙入單出的共集-共基差分放大電路,復(fù)合管為放大管、恒流源作負(fù)載的共射放大電路,用UBE倍增電路消除交越失真的互補(bǔ)推挽輸出級(jí),四、通用型集成運(yùn)放LM741,T1T6組成差分式放大電路； T1、T3和T2、T4組成復(fù)合差分電路； 采用共集形式可以提高

4、輸入阻抗，共基形式頻帶寬； T3、T4為橫向PNP管，耐壓高，因此允許的共模輸入電壓大； T5、T6 、T7組成精密鏡像電流源作為T3、T4的有源負(fù)載，能有效地提高共模抑制比； Rp為外接的調(diào)零電位器，通過調(diào)節(jié)Rp可以保證靜態(tài)時(shí)輸出為零。,四、通用型集成運(yùn)放LM741,T16T17組成復(fù)合管共射放大電路，T13B作為有源負(fù)載，交流電阻很大，所以本級(jí)可以獲得很高的電壓增益，同時(shí)具有較高的輸入電阻。 電容CC用于相位補(bǔ)償（密勒）補(bǔ)償，避免電路產(chǎn)生自激振蕩。,四、通用型集成運(yùn)放LM741,T14T20組成互補(bǔ)推挽輸出電路。 T19作二極管用，與T18、R8組成UBE倍增電路，使電路工作在甲乙類狀態(tài)，

5、消除交越失真。 T24為射極跟隨器，起隔離作用，減小輸出級(jí)對(duì)中間級(jí)的負(fù)載影響。,四、通用型集成運(yùn)放LM741,正常工作時(shí)，T15、T21處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)電流過大時(shí)，R9、R10的壓降增大，T15、T21導(dǎo)通。 T15導(dǎo)通后，對(duì)T14的基極產(chǎn)生分流作用，限制T14的電流，保護(hù)T14。,T21導(dǎo)通后，使T23、T22導(dǎo)通，使T16的基極電位降低，使T24的基極電位升高，導(dǎo)致T20趨于截止，因而限制T20的電流，保護(hù)T20。,7-2 集成運(yùn)放的主要技術(shù)參數(shù),7-3 理想的集成運(yùn)算放大器,一、理想運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo),二、集成運(yùn)放的傳輸特性,三、理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn),四、理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn),

6、一、理想運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo),理想運(yùn)放將各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化的集成運(yùn)放。,二、 集成運(yùn)放的電壓傳輸特性,1、線性區(qū),當(dāng)差模輸入信號(hào)較小時(shí)，輸出與輸入是線性的關(guān)系。,線性范圍很小，一般不超過0.1mV.,2、非線性區(qū),若差模輸入超出其線性范圍時(shí)， 會(huì)導(dǎo)致運(yùn)放內(nèi)部的某些晶體管飽 和或截止，此時(shí)運(yùn)放的輸出電壓只 有兩種情況，要么為正向飽和值，要么為負(fù)向飽和值。,三、理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn),因理想運(yùn)放AOd=；,運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)：,1、理想運(yùn)放的差模輸入電壓等于零“虛短”,運(yùn)放的兩輸入端電位相等，如同將兩點(diǎn)短路一樣，但實(shí)際上并未真正被短路，將這種現(xiàn)象稱為“虛短”。,實(shí)際運(yùn)放AOd越大，將輸入端視為“虛

7、短” 帶來的誤差越小。,由于理想運(yùn)放rid=，因此兩輸入端均沒有電流。,2、理想運(yùn)放的輸入電流等于零“虛斷”,運(yùn)放的輸入電流等于0，如同將兩點(diǎn)斷開，但實(shí)際上并未真正被斷開，將這種現(xiàn)象稱為“虛斷”。,實(shí)際運(yùn)放rid越大，將輸入端視為“虛斷” 帶來的誤差越小。,“虛短” 和“虛斷”是理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的兩個(gè)重要結(jié)論，常作為分析運(yùn)放應(yīng)用電路的出發(fā)點(diǎn)，必須牢牢掌握。,由于理想運(yùn)放rO=0，因此運(yùn)放的輸出端可以等效為內(nèi)阻為0的理想電壓源。,3、理想運(yùn)放的輸出端為理想電壓源,1、“虛短”,2、“虛斷”,三、理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn),四、 理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn),1、輸出電壓的值只有兩種可能

8、： 或等于正向飽和值； 或等于負(fù)向飽和值。,理想特性,注意：運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)， 差模輸入電壓可以較大，所以“虛短”現(xiàn)象不復(fù)存在。,2、理想運(yùn)放的輸入電流等于零“虛斷”,理想運(yùn)放rid=，,時(shí)，發(fā)生電平的轉(zhuǎn)換。,注意問題,理想運(yùn)放工作在線性區(qū)和非線性區(qū)時(shí)，各有不同的特點(diǎn)。,在分析運(yùn)放的各種應(yīng)用電路時(shí)，首先必須判斷其中的運(yùn)放工作在哪個(gè)區(qū)域。,線性區(qū)：虛短、虛斷,非線性區(qū)：有虛斷無虛短；輸出為正向（負(fù)向）飽和值。,判斷方法：看運(yùn)放是否引入深度負(fù)反饋。,1、開環(huán)差模電壓增益AOd,集成運(yùn)放在無外加反饋情況下的差模電壓增益。,AOd越大越好，一般在70120dB范圍內(nèi)。,2、差模輸入電阻rid,ri

9、d：幾兆歐；,若以場(chǎng)效應(yīng)管作為輸入級(jí)可達(dá)106M,3、輸出電阻rO,集成運(yùn)放輸出端的對(duì)地等效電阻,反映了集成運(yùn)放的帶負(fù)載能力。,rO：1001000歐姆,7-2 集成運(yùn)放的主要技術(shù)參數(shù),4、共模抑制比KCMR,開環(huán)差模電壓增益與開環(huán)共模電壓增益之比。,KCMR越大越好，一般在80160dB范圍內(nèi)。,5、-3dB帶寬BW,AOd由直流增益下降3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率。,6、單位增益帶寬BG,AOd下降到1（0dB）時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率。,BW：幾Hz 幾千Hz；,BG：0.45MHz；,7-2 集成運(yùn)放的主要技術(shù)參數(shù),7、輸入失調(diào)電壓 UI0及其溫漂UI0,靜態(tài)時(shí)為使輸出電壓為0，需要在輸入端所加的補(bǔ)償電壓，其值表征了運(yùn)放輸入級(jí)的對(duì)稱性，在一定程度上也反映了溫漂的大小。,輸入失調(diào)電壓 UI0的溫度變化率。,UI0：110mV；,UI0：510V/C；,8、最大共模輸入電壓UICm,表示集成運(yùn)放所能承受的最大共模電壓。若超過此值，運(yùn)放的共模抑制比將顯著惡化。,9、最大差模輸入電壓UIdm,表示集成運(yùn)放兩輸入端之間所能承受的最大電壓。若超過此值，運(yùn)放輸入級(jí)中差分對(duì)管中的一個(gè)管子的發(fā)射結(jié)可能被反向擊穿。,7-2 集成運(yùn)放的主要技術(shù)參數(shù),1