第13講集成運(yùn)算放大器

1、 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)第四章第四章 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器 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(yùn)算放大器通用型集成運(yùn)算放大器第三節(jié)第三節(jié) 集成運(yùn)放的主要參數(shù)集成運(yùn)放的主要參數(shù)第四節(jié)第四節(jié) 理想運(yùn)放及三種基本輸入方式理想運(yùn)放及三種基本輸入方式本章教學(xué)主要內(nèi)容本章教學(xué)主要內(nèi)容 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)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、三極管元件及它們之間的連線制作在一塊半導(dǎo)體基片上，三極管元件及它們之間的連線制作在一塊半導(dǎo)體基片上，完成特定

2、功能的電子線路固體組件。是器件與電路的集合。完成特定功能的電子線路固體組件。是器件與電路的集合。集成電路的分類：集成電路的分類：1 1、制造工藝不同：單片集成電路、制造工藝不同：單片集成電路 混合集成電路混合集成電路2 2、有源器件：晶體管（雙極型）、有源器件：晶體管（雙極型） 場效應(yīng)管（單極型）場效應(yīng)管（單極型）3 3、功能不同：數(shù)字集成電路、功能不同：數(shù)字集成電路 模擬集成電路模擬集成電路第一節(jié)第一節(jié) 集成電路介紹集成電路介紹 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)集成電路的特點(diǎn)：集成電路的特點(diǎn)：1 1、元器件參數(shù)一致，溫度均一性好、元器件參數(shù)一致，溫度均一性好 2 2、不宜

3、制造高阻值電阻，常用有源元件（晶體管或場效應(yīng)、不宜制造高阻值電阻，常用有源元件（晶體管或場效應(yīng)管）取代電阻。管）取代電阻。3 3、不能制作大電容，所以集成運(yùn)放均采用直接耦合方式。、不能制作大電容，所以集成運(yùn)放均采用直接耦合方式。4 4、制作電感尚未研究出來、制作電感尚未研究出來5 5、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6 6、采用復(fù)合管，改善性能、采用復(fù)合管，改善性能7 7、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 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)集成電路較分立元件電路的特點(diǎn)集成電路較

4、分立元件電路的特點(diǎn)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(duì)稱元件參數(shù)對(duì)稱n功耗小功耗小n功能強(qiáng)功能強(qiáng)n成本低成本低n可靠性高可靠性高 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)第二節(jié)第二節(jié) 通用型集成運(yùn)算放大器通用型集成運(yùn)算放大器模擬集成電路又分為模擬集成電路又分為集成運(yùn)算放大器、集成功率放大器、集成電壓比較器、集集成運(yùn)算放大器、集成功率放大器、集成電壓比較器、集成乘法器、集成穩(wěn)壓電源、集成振蕩器等不同類型。成乘法器、集成穩(wěn)壓電源、集成振蕩器等不同類型。集成運(yùn)算放大器是模擬集成電路中應(yīng)用最廣泛的一集成運(yùn)算放大器是模擬集成電路中應(yīng)用最廣泛的一種，在以后的幾章中均有

5、應(yīng)用。種，在以后的幾章中均有應(yīng)用。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 一、定義一、定義 集成運(yùn)算放大器是集成運(yùn)算放大器是高增益高增益、高輸入阻抗高輸入阻抗、低輸出阻抗低輸出阻抗的的多多級(jí)直接耦合集成放大器級(jí)直接耦合集成放大器。 在發(fā)展初期，它主要用于模擬計(jì)算機(jī)的加、減、乘、除、在發(fā)展初期，它主要用于模擬計(jì)算機(jī)的加、減、乘、除、積分、微分等數(shù)學(xué)運(yùn)算電路中，故將積分、微分等數(shù)學(xué)運(yùn)算電路中，故將“運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器”的名的名稱保留至今。稱保留至今。 二、分類二、分類 1 1、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

6、、大功率、低噪聲、 低漂移、低功耗等。低漂移、低功耗等。 2 2、按集成度分：單運(yùn)放、雙運(yùn)放、四運(yùn)放、按集成度分：單運(yùn)放、雙運(yùn)放、四運(yùn)放 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)按性能指標(biāo)按性能指標(biāo)高高 阻阻 型型：ridrid，可高于，可高于10101212。 用于測量放大器、信號(hào)發(fā)生器。用于測量放大器、信號(hào)發(fā)生器。高高 速速 型型： fH fH和和SRSR高，高， fH fH可達(dá)可達(dá)1.7GHz1.7GHz，SRSR可達(dá)可達(dá) 10103 3V/SV/S。 用于用于A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換電路、視頻放大器。轉(zhuǎn)換電路、視頻放大器。高精度型高精度型：低失調(diào)、低溫漂、低噪聲、高增

7、益，：低失調(diào)、低溫漂、低噪聲、高增益， AodAod高于高于10105 5dBdB。 用于微弱信號(hào)的測量與運(yùn)算、高精度設(shè)備。用于微弱信號(hào)的測量與運(yùn)算、高精度設(shè)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(shù)、軍事科學(xué)和工業(yè)中的遙感遙測。用于空間技術(shù)、軍事科學(xué)和工業(yè)中的遙感遙測。大功率型、儀表用放大器、隔離放大器、緩沖放大器大功率型、儀表用放大器、隔離放大器、緩沖放大器通常情況下用通用型運(yùn)放，通常情況下用通用型運(yùn)放，特殊情況下才用專用型運(yùn)放。特殊情況下才用專用型運(yùn)放。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程

8、大學(xué)討論一討論一n根據(jù)下列要求，將應(yīng)優(yōu)先考慮使用的集成運(yùn)放填入空內(nèi)。根據(jù)下列要求，將應(yīng)優(yōu)先考慮使用的集成運(yùn)放填入空內(nèi)。n已知現(xiàn)有集成運(yùn)放的類型是：已知現(xiàn)有集成運(yùn)放的類型是：n 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. 作低頻放大器，應(yīng)選用作低頻放大器，應(yīng)選用 。n2. 作寬頻帶放大器，應(yīng)選用作寬頻帶放大器，應(yīng)選用 。n3. 作幅值為作幅值為1V以下微弱信號(hào)的量測放大器，應(yīng)選用以下微弱信號(hào)的量測放大器，應(yīng)選用 。n4. 作內(nèi)阻為作內(nèi)阻為10M信號(hào)源的放大器，應(yīng)選用信號(hào)源的放大器，應(yīng)選用 。n5. 負(fù)載需負(fù)載需5A電流驅(qū)

9、動(dòng)的放大器，應(yīng)選用電流驅(qū)動(dòng)的放大器，應(yīng)選用 。n6. 要求輸出電壓幅值為要求輸出電壓幅值為80的放大器，應(yīng)選用的放大器，應(yīng)選用 。n7. 宇航儀器中所用的放大器，應(yīng)選用宇航儀器中所用的放大器，應(yīng)選用 。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)三、組成方框圖三、組成方框圖 集成運(yùn)放電路由四部分組成，包括集成運(yùn)放電路由四部分組成，包括輸入級(jí)輸入級(jí)、中間級(jí)中間級(jí)、輸輸出級(jí)出級(jí)和和偏置電路偏置電路。集成運(yùn)放結(jié)構(gòu)方塊圖集成運(yùn)放結(jié)構(gòu)方塊圖 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)1 1、差動(dòng)輸入級(jí)：、差動(dòng)輸入級(jí)： 抑制零點(diǎn)漂移，抑制零點(diǎn)漂移，riri高，高，KCMRKCMR大，大

10、， 有一定的放大能力。有一定的放大能力。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 2 2、中間放大級(jí)：、中間放大級(jí)： 共射放大電路，常采用復(fù)合管提高放大倍共射放大電路，常采用復(fù)合管提高放大倍 數(shù)，數(shù)，采用恒流源作為負(fù)載。采用恒流源作為負(fù)載。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 3 3、功率輸出級(jí)：、功率輸出級(jí)： 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(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 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

11、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(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)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(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)四、集成運(yùn)放的符號(hào)四、集成運(yùn)放的符號(hào)兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端（a a）理想運(yùn)放）理想運(yùn)放 （b b）實(shí)際運(yùn)放）實(shí)際運(yùn)放

12、模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)1 1、輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓在室溫下，輸入電壓為零時(shí)，為了使集成在室溫下，輸入電壓為零時(shí)，為了使集成運(yùn)放輸出電壓為零，在輸入端加的補(bǔ)償電壓稱為輸入失調(diào)電壓。運(yùn)放輸出電壓為零，在輸入端加的補(bǔ)償電壓稱為輸入失調(diào)電壓。越大，說明電路對(duì)稱度越差，一般為越大，說明電路對(duì)稱度越差，一般為 （0-100-10）mVmV。2 2、最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓集成運(yùn)放的反相和同相輸入端所能承集成運(yùn)放的反相和同相輸入端所能承受的最大電壓值。受的最大電壓值。第三節(jié)第三節(jié) 集成運(yùn)放的主要參數(shù)集成運(yùn)放的主要參數(shù) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程

13、大學(xué)3 3、開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益集成運(yùn)放工作在線性區(qū)，接入規(guī)定的集成運(yùn)放工作在線性區(qū)，接入規(guī)定的負(fù)載，無負(fù)反饋情況下的直流差模電壓增益。負(fù)載，無負(fù)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)) ) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)4 4、差模輸入電阻差模輸入電阻差模輸入時(shí)的輸入電阻。值越大，對(duì)信差模輸入時(shí)的輸入電阻。值越大，對(duì)信號(hào)源的影響越小，所以越大愈好。號(hào)源的影響越小，所以越大愈好。5 5、共模抑制比共模抑制比與差放的共模抑制比定義相同。有的（與差放的共模抑制比定義相同。有的（60-60-

14、7070）dBdB，有的高達(dá)，有的高達(dá)180dB180dB。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)常見集成運(yùn)放參數(shù)常見集成運(yùn)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（率（V/sV/s）A741A7416 620202 2303090900.50.5LF357LF3577 720201.00E+1.00E+070740401001005050OP07OP070.150.151.81.8333330301201200.10.1

15、模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)一、理想運(yùn)放模型：一、理想運(yùn)放模型：1 1、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電壓=0=02 2、開環(huán)差模電壓增益、開環(huán)差模電壓增益=3 3、輸出電阻、輸出電阻=0=04 4、差模輸入電阻、差模輸入電阻=5 5、共模抑制比、共模抑制比=第四節(jié)第四節(jié) 理想運(yùn)放及三種基本輸入方式理想運(yùn)放及三種基本輸入方式 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)二、理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的結(jié)論二、理想運(yùn)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(yùn)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(yùn)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

16、1 1 兩個(gè)輸入端等電位兩個(gè)輸入端等電位。結(jié)論結(jié)論2 2 兩個(gè)輸入端均不取電流兩個(gè)輸入端均不取電流 UU0II“虛短虛短”“虛斷虛斷” 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)三、理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)的結(jié)論三、理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)的結(jié)論 在電路中，若集成運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)，甚至接入正反饋時(shí)，在電路中，若集成運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)，甚至接入正反饋時(shí)，則表明集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)。則表明集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)。 對(duì)于理想運(yùn)放，由于差模增益無窮大，只要同相輸入端對(duì)于理想運(yùn)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(dá)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(dá)到正的最大值或負(fù)的最大值，其電壓傳輸特性如下圖。的最大值或負(fù)的最大值，其電壓傳輸特性如下圖。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)傳輸特性理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的兩個(gè)特點(diǎn)是：理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的兩個(gè)特點(diǎn)是：（1 1）輸出電壓）輸出電壓 只有高、低兩種電平（只有高、低兩種電平（ 或或 ），而），而 與與 也不一定相等。也不一定相等。 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，則時(shí)，則 ； 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，則時(shí)，則 ； 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，則高、低電平發(fā)生轉(zhuǎn)換；時(shí)，則高、低電平發(fā)生轉(zhuǎn)換；（2 2）由于理想運(yùn)放的差模輸入電阻無窮大，故輸