chapter16集成運(yùn)算放大器(電工電子技術(shù))

上一章知識(shí)點(diǎn)回顧放大電路的“放大”本質(zhì)以及性能指標(biāo)。典型電路共發(fā)射極放大電路。特點(diǎn)：分壓式偏置放大電路射集輸出器。特點(diǎn)：差分放大電路。特點(diǎn)：互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。特點(diǎn)：存在問(wèn)題：非線性失真：靜態(tài)工作點(diǎn)Q的穩(wěn)定分壓式偏置放大電路零點(diǎn)溫漂：兩個(gè)差分對(duì)稱管，具有RE“長(zhǎng)尾”式差動(dòng)放大電路。放大電路的分析方法：靜態(tài)分析（靜態(tài)工作點(diǎn)）：1.估算法，2.圖解法：直流負(fù)載線動(dòng)態(tài)分析：1.微變等效電路，2.圖解法：直流負(fù)載線，交流負(fù)載線。多級(jí)放大電路：直接耦合和阻容耦合第16章集成運(yùn)算放大電路16.2運(yùn)算放大器在信號(hào)運(yùn)算方面的應(yīng)用16.3運(yùn)算放大器在信號(hào)處理方面的應(yīng)用16.5使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題16.1集成運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單介紹16.1集成運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單介紹集成電路概念集成電路的優(yōu)缺點(diǎn)集成運(yùn)算放大器的組成集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)及符號(hào)運(yùn)算放大器的傳輸特性集成電路概念相對(duì)于分立電子電路而言的，利用一定的生產(chǎn)工藝把整個(gè)電路的各個(gè)元器件及它們之間的連線集成在一塊半導(dǎo)體基片上，封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)完整的、具有一定功能的固體器件。集成電路的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)1.使用方便、體積小、重量輕、功耗小。2.減少了電路的焊點(diǎn)，提高了工作的可靠性。3.同一個(gè)硅片上的元器件相互離得很近，性能和溫度特性較一致，容易建立相同特性的對(duì)稱晶體管。4.實(shí)現(xiàn)了元件、電路和系統(tǒng)的三者統(tǒng)一。缺點(diǎn)1.電阻太高或太低都不易制造。100~30kΩ2.電感難于制造。3.大電容不易制造，電容一般不超過(guò)200pF。4.必須使用這些器件的場(chǎng)合，大多采用外接的方法。集成運(yùn)算放大器的組成電路方框圖中間級(jí)輸入級(jí)輸出級(jí)偏置電路通常采用互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路，帶負(fù)載能力強(qiáng)，給出足夠的輸出電流io，輸出阻抗ro小。采用共發(fā)射集放大電路，放大管采用復(fù)合管，具有足夠大的電壓放大倍數(shù)。通常采用差動(dòng)放大電路，能夠盡量抑制零點(diǎn)漂移,盡量提高KCMRR,

輸入阻抗ri盡可能大集成運(yùn)算放大器：是一種高放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻的直接耦合放大電路。采用恒流源電路，給各級(jí)電路提供穩(wěn)定和合適的偏置電流，決定各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)。集成運(yùn)算放大器特點(diǎn)及符號(hào)集成運(yùn)放理想運(yùn)放Ao很大:80~140dBAo

KCMRR很大：90dBKCMMRR

ri高:幾十k

幾百kri

ro小：幾十~幾百ro

0運(yùn)放符號(hào)－＋＋u－u+uoA0＋u－u+uo－＋＋u－u+uo集成運(yùn)算放大器的封裝形式金屬殼封裝雙列直插式貼片式F006（5G24）引腳和接線圖接線圖頂視圖

反相輸入端

同相輸入端輸出端運(yùn)算放大器的傳輸特性+UO(sat)-UO(sat)線性區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)運(yùn)算放大器的傳輸特性例F006運(yùn)算放大器的正、負(fù)電源電壓為±15V，開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)AU0=2105,輸出最大電壓（即Uo(sat))為±13V。在下圖電路中分別加如下電壓，求輸出電壓及其極性：－＋＋

u－u+

uo運(yùn)算放大器的傳輸特性解只要兩個(gè)輸入端之間的電壓絕對(duì)值超過(guò)65μV，輸出電壓就達(dá)到正或負(fù)的飽和值。輸出電壓輸出電壓輸出電壓輸出電壓運(yùn)算放大器線性應(yīng)用時(shí)的特點(diǎn)線性區(qū)很窄（微伏級(jí)），即使輸入毫伏級(jí)信號(hào)，也可能使輸出飽和，如果存在干擾也使開(kāi)環(huán)工作不穩(wěn)定。運(yùn)放在線性區(qū)工作，通常引入深度電壓負(fù)反饋。放大電路A反饋回路F+–3.如果信號(hào)從反向端輸入，同相端接地，由虛斷，

根據(jù)虛短，，反相端近于“地”電位，即虛地。工作在線性區(qū)時(shí)的分析依據(jù)1.差模輸入電阻,兩個(gè)輸入端的輸入電流可認(rèn)為是零，，即虛斷。2.開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)，輸出電壓是一個(gè)有限值，即虛短。工作在線性區(qū)時(shí)的分析依據(jù)注意：“虛短，虛斷，虛地”概念的“虛”的含義虛短：，“虛”的含義是輸入電流很小，幾乎為“0”，但不等于“0”，否則就沒(méi)有輸入電流了。虛假的短路虛斷：，“虛”的含義是輸入電壓很小，兩端電位幾乎相等，因此不能將反相輸入端和同相輸入端直接相聯(lián)，否則就沒(méi)有輸入電壓了。虛假的開(kāi)路。虛地：，“虛”的含義是電位幾乎為“0”，但不等于“0”，因此，反相端和同相端虛假接地，否則就沒(méi)有輸入電壓了。“虛”的目的就是為了分析計(jì)算帶來(lái)的便利，按照這些依據(jù)可以帶來(lái)很精確地“估算”。工作在飽和區(qū)時(shí)的分析依據(jù)當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，其飽和值接近正負(fù)電源電壓值，在飽和區(qū)的應(yīng)用通常在比較器和波形發(fā)生器電路，是集成放大器的開(kāi)環(huán)應(yīng)用。16.2運(yùn)算放大器在信號(hào)運(yùn)算方面的應(yīng)用比例運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算

反相比例運(yùn)算電路虛斷虛斷IIIF虛短U-

U+0

電壓增益

虛短虛地注意：平衡電阻，保證輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相等。平衡電阻：基爾霍夫電壓定律U-

0

I_0I_0同相比例運(yùn)算

虛斷UI=U+

虛短U+=U-=UI電壓增益

I+=I-0

同相比例運(yùn)算電路

電壓跟隨器作用：輸入電阻大輸出電阻小隔離緩沖請(qǐng)思考：當(dāng)或此電路有什么特點(diǎn)？A1RFRRUIUOIF加法運(yùn)算反相加法運(yùn)算電路平衡電阻：虛地U-

0

虛斷基爾霍夫加法運(yùn)算反相加法運(yùn)算電路利用疊加原理單獨(dú)作用時(shí)注意：加法運(yùn)算電路與運(yùn)算放大器本身的參數(shù)無(wú)關(guān)，只要電阻阻值足夠精確，就可保證加法運(yùn)算的精度和穩(wěn)定性.反相比例運(yùn)算電路差動(dòng)減法運(yùn)算

差動(dòng)減法運(yùn)算電路

反相輸入端

同相輸入端虛短：兩個(gè)輸入端都有信號(hào)輸入，則為差動(dòng)輸入，在測(cè)量和控制系統(tǒng)應(yīng)用較多。差動(dòng)輸入：平衡電阻：差動(dòng)減法運(yùn)算

差動(dòng)減法運(yùn)算電路

注意：這種輸入方式存在較大的共模電壓，應(yīng)選用KCMRR較大的運(yùn)放，并應(yīng)注意電阻阻值的選取。運(yùn)用疊加原理，由同相輸入及反相輸入的結(jié)論進(jìn)行計(jì)算。運(yùn)用戴維寧，開(kāi)路電壓，去源等效電阻。虛斷虛地U-

U+0

當(dāng)輸入信號(hào)是階躍直流電壓UI時(shí)積分運(yùn)算電路

AR'R+_+_CCIuiiOu+_輸出電壓是輸入電壓的微分微分運(yùn)算電路

輸出電壓是輸入電壓的微分

積分電路中的電容和電阻交換位置

電壓比較器的功能是將輸入的模擬信號(hào)與一個(gè)參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)兩者相等時(shí)產(chǎn)生躍變，由此判別輸入信號(hào)的大小和極性。電壓比較器用于自動(dòng)控制、波形變換、模數(shù)轉(zhuǎn)換及越限報(bào)警等。

16.3.3電壓比較器集成運(yùn)放構(gòu)成電壓比較器時(shí)，多處于開(kāi)環(huán)或正反饋的工作狀態(tài)，即工作在非線性區(qū)。16.3運(yùn)算放大器在信號(hào)處理方面的應(yīng)用將運(yùn)放任一輸入端加上輸入信號(hào)。而另一輸入端加入?yún)⒖茧妷?，即可?gòu)成電壓比較器，如圖所示。電壓傳輸特性Ui為輸入電壓，UR

為參考電壓當(dāng)ui>UR時(shí)，uo=–Uo(sat)ui

UR時(shí)，uo=+Uo(sat)ui

=UR時(shí)，uo

發(fā)生躍變uooUO(sat)–UO(sat)uoR1R2ui+–+–UR+–+–+uR+當(dāng)UR=0時(shí)，即輸入電壓和零電平比較，稱為過(guò)零比較器。電壓傳輸特性u(píng)ooUO(sat)–UO(sat)uo若圖中ui為正弦波，畫(huà)出uo的波形。otR1R2ui–+–UR–+–++uootUO(sat)–UO(sat)

在輸出端與地之間接一個(gè)雙向穩(wěn)壓管，即可把輸出電壓限制在某一特定值，以和接在數(shù)字電路的電平匹配。電壓傳輸特性

11.4.2電壓比較器UO(sat)–UO(sat)UZ–UZuoRR1R2+–+DZui+–+–uoo限幅電壓比較器16.5使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題1.選用元件根據(jù)實(shí)際要求來(lái)選用運(yùn)算放大器,主要是根據(jù)使用條件及運(yùn)放的參數(shù)進(jìn)行選擇。2.消振這是為避免運(yùn)算放大器內(nèi)部晶體管的極間電容和其他寄生參數(shù)的影響,使