第12講集成運算放大器

1、 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學第四章第四章 集成運算放大集成運算放大器器 第第一節(jié)一節(jié) 集成電路介紹集成電路介紹第二節(jié)第二節(jié) 通用型集成運算放大器通用型集成運算放大器第三節(jié)第三節(jié) 集成運放的主要參數(shù)集成運放的主要參數(shù)第四節(jié)第四節(jié) 理想運放及三種基本輸入方式理想運放及三種基本輸入方式本章教學主要內(nèi)容本章教學主要內(nèi)容 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學集成電路的定義集成電路的定義：采用專門的制造工藝，把電阻、電容、：采用專門的制造工藝，把電阻、電容、二極管、三極管、場效應管等元器件及它們之間的連線制二極管、三極管、場效應管等元器件及它們之間的連線制作在一塊

2、半導體基片上，完成特定功能的電子線路固體組作在一塊半導體基片上，完成特定功能的電子線路固體組件。是器件與電路的集合。件。是器件與電路的集合。第一節(jié)第一節(jié) 集成電路介紹集成電路介紹集成電路的分類：集成電路的分類：數(shù)字集成電路數(shù)字集成電路模擬集成電路模擬集成電路1、按所處理的信號按所處理的信號2 2、按有源器件、按有源器件晶體管（雙極型）晶體管（雙極型）場效應管（單極型）場效應管（單極型）集成運算放大器集成運算放大器集成功率放大器集成功率放大器集成電壓比較器集成電壓比較器集成模擬乘法器集成模擬乘法器集成穩(wěn)壓電源集成穩(wěn)壓電源集成振蕩器集成振蕩器 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學1

3、 1、元器件參數(shù)對稱性好，溫度均一性好、元器件參數(shù)對稱性好，溫度均一性好 2 2、不宜制造高阻值電阻，常用有源元件（晶體管或場效應、不宜制造高阻值電阻，常用有源元件（晶體管或場效應管）取代電阻。管）取代電阻。3 3、不能制作大電容，所以集成運放均采用直接耦合方式。、不能制作大電容，所以集成運放均采用直接耦合方式。4 4、二極管多由集電極與基極短接的三極管構(gòu)成、二極管多由集電極與基極短接的三極管構(gòu)成5 5、采用復合管，改善性能、采用復合管，改善性能6 6、電源電壓較低，目的為了減小功耗便于安全工作、電源電壓較低，目的為了減小功耗便于安全工作 集成電路的特點：集成電路的特點： 模擬電子技術模擬電子

4、技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學集成電路與分立元件電路相比較集成電路與分立元件電路相比較n集成電路體積小、重量輕，集成電路體積小、重量輕，n元件參數(shù)對稱性好元件參數(shù)對稱性好n功耗小功耗小n功能強功能強n成本低成本低n可靠性高可靠性高 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學第二節(jié)第二節(jié) 通用型集成運算放大器通用型集成運算放大器集成運算放大器，簡稱集成運放。集成運算放大器，簡稱集成運放。是模擬集成電路中應用是模擬集成電路中應用最廣泛的一種，在發(fā)展初期，它主要用于模擬計算機的最廣泛的一種，在發(fā)展初期，它主要用于模擬計算機的加、減、乘、除、積分、微分等數(shù)學運算電路中，故將加、減、乘、除、

5、積分、微分等數(shù)學運算電路中，故將“運算放大器運算放大器”的名稱保留至今的名稱保留至今。一、定義一、定義 集成運算放大器是集成運算放大器是高增益高增益、高輸入阻抗高輸入阻抗、低輸出阻抗的低輸出阻抗的多級直接耦合集成放大器多級直接耦合集成放大器。 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學3、按功能分：高精度、高速度、高壓、按功能分：高精度、高速度、高壓、 高輸入阻抗、大功率、低噪聲、高輸入阻抗、大功率、低噪聲、 低漂移、低功耗等。低漂移、低功耗等。 1、按集成度分：單運放、雙運放、四運放、按集成度分：單運放、雙運放、四運放二、分類二、分類2、按制造工藝：雙極性、按制造工藝：雙極性、CM

6、OS型型 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學按性能指標按性能指標高高 阻阻 型型：r ridid，可高于，可高于10101212。 用于測量放大器、信號發(fā)生器。用于測量放大器、信號發(fā)生器。高高 速速 型型： f fH H和和S SR R高高，- -3dB3dB帶寬帶寬f fH H可達可達1.7GHz1.7GHz，轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度 S SR R可可達達10103 3V/SV/S。 用于用于A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換電路、視頻放器。轉(zhuǎn)換電路、視頻放器。高精度型高精度型：低失調(diào)、低溫漂、低噪聲、高增益，：低失調(diào)、低溫漂、低噪聲、高增益， A Aodod高高10105 5dBdB

7、。 用于微弱信號的測量與運算、高精度設備。用于微弱信號的測量與運算、高精度設備。低功耗型低功耗型：工作電源電壓低、靜態(tài)功耗小，在：工作電源電壓低、靜態(tài)功耗小，在100100200W200W。 用于空間技術、軍事科學和工業(yè)中的遙感遙測。用于空間技術、軍事科學和工業(yè)中的遙感遙測。通常情況下用通用型運放，通常情況下用通用型運放，特殊情況下才用專用型運放。特殊情況下才用專用型運放。 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學討論一討論一n根據(jù)下列要求，將應優(yōu)先考慮使用的集成運放填入空內(nèi)。根據(jù)下列要求，將應優(yōu)先考慮使用的集成運放填入空內(nèi)。n已知現(xiàn)有集成運放的類型是：已知現(xiàn)有集成運放的類型是：n

8、 通用型通用型 高阻型高阻型 高速型高速型 低功耗型低功耗型 n 高壓型高壓型 大功率型大功率型 高精度型高精度型n1. 1. 作低頻放大器，應選用作低頻放大器，應選用 。n2. 2. 作寬頻帶放大器，應選用作寬頻帶放大器，應選用 。n3. 3. 作幅值為作幅值為1V1V以下微弱信號的量測放大器，應選以下微弱信號的量測放大器，應選n 用用 。n4. 4. 作內(nèi)阻為作內(nèi)阻為10M10M信號源的放大器，應選用信號源的放大器，應選用 。n5. 5. 負載需負載需5A5A電流驅(qū)動的放大器，應選用電流驅(qū)動的放大器，應選用 。n6. 6. 要求輸出電壓幅值為要求輸出電壓幅值為80V80V的放大器，應選用的

9、放大器，應選用 。n7. 7. 宇航儀器中所用的放大器，應選用宇航儀器中所用的放大器，應選用 。 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學三、集成運放的組成方框圖三、集成運放的組成方框圖 集成運放電路由四部分組成，包括集成運放電路由四部分組成，包括輸入級輸入級、中間級中間級、輸輸出級出級和和偏置電路偏置電路。集成運放結(jié)構(gòu)方塊圖集成運放結(jié)構(gòu)方塊圖 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學1 1、差動輸入級：、差動輸入級： 抑制零點漂移，抑制零點漂移，r ri i高，高，KCMRKCMR大，大， 有一定的放大能力。有一定的放大能力。 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈

10、爾濱工程大學 2 2、中間放大級：、中間放大級： 共射放大電路，常采用復合管提高放大倍共射放大電路，常采用復合管提高放大倍 數(shù)，數(shù)，采用恒流源作為負載。采用恒流源作為負載。 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學 3 3、功率輸出級：、功率輸出級： 提供足夠的功率，輸出阻抗小，一般采用提供足夠的功率，輸出阻抗小，一般采用OCLOCL或或準互補對稱功率放大電路。準互補對稱功率放大電路。 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學 4 4、恒流源偏置電路：、恒流源偏置電路： 提供合適的靜態(tài)工作電流，并要求提供的電流穩(wěn)提供合適的靜態(tài)工作電流，并要求提供的電流穩(wěn)定。偏置電路均為

11、各種形式的電流源電路。定。偏置電路均為各種形式的電流源電路。 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學鏡像電流源電路鏡像電流源電路2CRII微電流源電路微電流源電路eBECRUI2 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學741型集成運放原理電路RP 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學V8.V9V10.V11V12.V13V12.V13 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學雙列直插式封裝雙列直插式封裝圓殼式封裝圓殼式封裝 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學 模擬電子

12、技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學四、集成運放的符號四、集成運放的符號兩個輸入端和一個輸出端兩個輸入端和一個輸出端（a a）理想運放）理想運放 （b b）實際運放）實際運放 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學1 1、開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益A Aodod集成運放工作在線性區(qū)，接入規(guī)定集成運放工作在線性區(qū)，接入規(guī)定的負載，無負反饋情況下的直流差模電壓增益。的負載，無負反饋情況下的直流差模電壓增益。 (a)(a)無反饋無反饋( (開環(huán)開環(huán)) (b) (b)有反饋有反饋( (閉環(huán)閉環(huán)) ) 第三節(jié)第三節(jié) 集成運放的主要參數(shù)集成運放的主要參數(shù) 模擬電子技術模擬電子技

13、術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學4 4、輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓U UIOIO在室溫下，輸入電壓為零時，為了使集在室溫下，輸入電壓為零時，為了使集成運放輸出電壓為零，在輸入端加的補償電壓稱為輸入失調(diào)電成運放輸出電壓為零，在輸入端加的補償電壓稱為輸入失調(diào)電壓。越大，說明電路對稱度越差，一般為壓。越大，說明電路對稱度越差，一般為 （0-100-10）mVmV。5 5、最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓U Uidmaxidmax集成運放的反相和同相輸入端所集成運放的反相和同相輸入端所能承受的最大電壓值。能承受的最大電壓值。2、差模輸入電阻差模輸入電阻rid差模輸入時的輸入電阻。值越大，對差模輸入時的輸入

14、電阻。值越大，對信信 號源的影響越小，所以越大愈好。號源的影響越小，所以越大愈好。3、差模輸出電阻差模輸出電阻rod越小越好，越小帶載能力越強。越小越好，越小帶載能力越強。 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學9 9、共模抑制比、共模抑制比與差放的共模抑制比定義相同。越大越好。與差放的共模抑制比定義相同。越大越好。有的（有的（60-7060-70）dBdB，有的高達，有的高達180dB180dB。6 6、最大共模輸入電壓、最大共模輸入電壓U Uicmax icmax 指運放所能承受的最大共模指運放所能承受的最大共模輸入電壓，超過這個值，它的共模抑制比顯著下降。輸入電壓，超過這個

15、值，它的共模抑制比顯著下降。7 7、開環(huán)帶寬、開環(huán)帶寬f fbwbw 指開環(huán)差模電壓增益下降指開環(huán)差模電壓增益下降3dB時所對應時所對應的上限頻率的上限頻率fH8、單位增益帶寬、單位增益帶寬開環(huán)電壓增益的頻率響應曲線下降到開環(huán)電壓增益的頻率響應曲線下降到Aod=1時的頻率。即時的頻率。即Aod=0dB時的頻率時的頻率fT 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學常見集成運放參數(shù)常見集成運放參數(shù)輸入失輸入失調(diào)電壓調(diào)電壓（mVmV）輸入失輸入失調(diào)電流調(diào)電流（nAnA）輸入電輸入電阻（阻（MM）最大差最大差模輸入模輸入電壓（電壓（V V）共模抑共模抑制比（制比（dBdB）轉(zhuǎn)換速轉(zhuǎn)換速率（

16、率（V/sV/s）A741A7416 620202 2303090900.50.5LF357LF3577 720201.00E+1.00E+070740401001005050OP07OP070.150.151.81.8333330301201200.10.1 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學一、理想運放模型：一、理想運放模型：1 1、開環(huán)差模電壓增益、開環(huán)差模電壓增益A Aodod=2 2、差模輸入電阻差模輸入電阻rid=3 3、輸出電阻輸出電阻rod=04 4、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電壓U UIOIO=0=05 5、共模抑制比、共模抑制比K KCMRCMR=第四節(jié)第四節(jié)

17、 理想運放及三種基本輸入方式理想運放及三種基本輸入方式理想運算放大器符號 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學二、理想運放工作在線性區(qū)的結(jié)論二、理想運放工作在線性區(qū)的結(jié)論 所謂工作在線性區(qū)是指集成運放內(nèi)部電路中全部三極管均所謂工作在線性區(qū)是指集成運放內(nèi)部電路中全部三極管均工作在放大狀態(tài)。工作在放大狀態(tài)。 結(jié)論結(jié)論1 1 兩個輸入端等電位兩個輸入端等電位。 結(jié)論結(jié)論2 2 兩個輸入端均不取電流兩個輸入端均不取電流 UU0II0II“虛短虛短” “ “虛斷虛斷”引入深度負反饋集成運放就工作在線性區(qū)引入深度負反饋集成運放就工作在線性區(qū)UU 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱

18、工程大學三、理想運放工作在非線性區(qū)時的結(jié)論三、理想運放工作在非線性區(qū)時的結(jié)論 在電路中，若集成運放處于開環(huán)狀態(tài)，甚至接入正反饋時，在電路中，若集成運放處于開環(huán)狀態(tài)，甚至接入正反饋時，則表明集成運放工作在非線性區(qū)。則表明集成運放工作在非線性區(qū)。 對于理想運放，由于差模增益無窮大，只要同相輸入端對于理想運放，由于差模增益無窮大，只要同相輸入端與反相輸入端之間由無窮小的差值電壓，輸出電壓就將達到正與反相輸入端之間由無窮小的差值電壓，輸出電壓就將達到正的最大值或負的最大值，其電壓傳輸特性如下圖。的最大值或負的最大值，其電壓傳輸特性如下圖。 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學傳輸特性理想運放工作在非線