第7章集成運(yùn)算放大器

7.1集成運(yùn)算放大器基礎(chǔ)知識(shí)7.2理想集成運(yùn)算放大器7.3運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用7.4運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用第7

章集成運(yùn)算放大器7.1

集成運(yùn)放簡(jiǎn)介7.1.1集成運(yùn)算放大器概述7.1.2

集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)7.1.3集成運(yùn)算放大器的保護(hù)

集成電路:

把整個(gè)電路的各個(gè)元件以及相互之間的聯(lián)接同時(shí)制造在一塊半導(dǎo)體芯片上，組成一個(gè)不可分的整體。

集成電路特點(diǎn)：體積小、外部接線少、功耗低、可靠性高、靈活性高、價(jià)格低。

集成運(yùn)算放大器：具有很高開環(huán)電壓放大倍數(shù)的直接耦合放大器。用于模擬運(yùn)算、信號(hào)處理、測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。引言7.1.1集成運(yùn)放的概述輸入級(jí)：差動(dòng)放大器，減少零點(diǎn)漂移、提高輸入阻抗。輸出級(jí)：射極輸出器或互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器，提高帶載能力。偏置電路：為各級(jí)提供穩(wěn)定、合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。輸出端偏置電路輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸入端中間級(jí)：電壓放大。

集成運(yùn)放的外形有雙列直插式、扁平式和圓殼式3種，如圖所示。

常見集成運(yùn)算放大器的外形7.1.2集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)2.

輸入失調(diào)電壓UIO及其溫漂dUIO/dT3.

輸入失調(diào)電流

IIO及其溫漂dI

IO/dT1.

開環(huán)差模電壓增益Aud4.差模輸入電阻rid5.共模抑制比

KCMR6.

最大差模輸入電壓UIdm7.最大共模輸入電壓UICm7.1.3集成運(yùn)算放大器的保護(hù)1.輸入保護(hù)

b）同相輸入保護(hù)圖7-4輸入保護(hù)－

∞＋＋－

∞＋＋a）反相輸入保護(hù)2.電源極性保護(hù)3.輸出保護(hù)7.2

理想集成運(yùn)算放大器7.2.1理想集成運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)7.2.2集成運(yùn)算放大器的工作區(qū)理想化的主要條件：

開環(huán)差模電壓增益

開環(huán)差模輸入電阻開環(huán)輸出電阻共模抑制比

在分析運(yùn)算放大器的電路時(shí)，一般把運(yùn)算放大器看成理想元件。7.2.1理想運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)+–++–+u+u–uo

輸入失調(diào)電壓、失調(diào)電流以及它們的溫漂均為零帶寬工作在線性區(qū)的理想運(yùn)放

相當(dāng)于兩輸入端之間短路,但又未真正短路，故稱“虛短”。

相當(dāng)于兩輸入端之間斷路，但又未真正斷路，故稱“虛斷”。2.i+=i–

=01.u+=u–,而uo是有限值,運(yùn)放開環(huán)輸入電阻

由于故從式,可知+–++–+u+u–uo（虛短）（虛斷）i–i+7.2.2運(yùn)算放大器的工作區(qū)

理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)

（1）理想運(yùn)放的輸出電壓的值

當(dāng)＞

時(shí)，

當(dāng)＜

時(shí)，

在非線性區(qū)，“虛短”現(xiàn)象不復(fù)存在。

（2）理想運(yùn)放的輸入電流等于零在非線性區(qū)，雖然運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電壓不等，即

，但因?yàn)槔硐脒\(yùn)放的=∞，故仍認(rèn)為此時(shí)的輸入電流等于零，即

可見，“虛斷”在非線性區(qū)仍然成立。圖7-8集成運(yùn)放的傳輸特性7.3

集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用7.3.1比例運(yùn)算電路7.3.2加法運(yùn)算電路7.3.3減法運(yùn)算電路7.3.4積分微分電路7.3.1比例運(yùn)算電路（1）反相比例運(yùn)算電路虛斷虛地平衡電阻若則iFR1Rfi1uIR+–+–++–+uou+u-（2）同相比例運(yùn)算電路

可見同相比例運(yùn)算電路的電壓放大倍數(shù)必定大于1，而且僅由外接電阻的數(shù)值來決定，與運(yùn)放本身的參數(shù)無關(guān)。R1iFRfi1uIR2+–++–+uou+u-R1iFRfi1uIR2+–++–+uou+u-上式表明：輸出電壓與輸入電壓之間也存在著比例運(yùn)算關(guān)系，且輸出電壓與輸入電壓相位相同。電壓跟隨器當(dāng)R1=，Rf=0時(shí)uI+–++–+uo

在集成運(yùn)放的反相輸入端增加若干個(gè)輸入信號(hào)組成的電路，就構(gòu)成了反相加法運(yùn)算電路，如圖所示。iFR1Rfi1uI1RuI2+–+–++–+uou+u-i2若Rf=R1=R2

則uO=

(uI1+uI2)R'

=R1//R2//Rf平衡電阻7.3.2加法運(yùn)算電路R2

在集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端都加上輸入信號(hào)，就構(gòu)成了減法運(yùn)算電路，如圖所示。iFR1R2Rfi1uI1R3uI2+–+–++–+uou+u-整理可得當(dāng)時(shí)，和

輸出電壓與輸入電壓的差值成正比例，從而能進(jìn)行減法運(yùn)算。7.3.3減法運(yùn)算電路1積分電路

iCRCiRuIR+–+–++–+uou+u-7.3.4

積分和微分電路如果在開始積分之前，電容兩端已經(jīng)存在一個(gè)初始電壓，則積分電路將有一個(gè)初始的輸出電壓

，此時(shí)

例:利用積分電路將方波變成三角波。10k10nF

時(shí)間常數(shù)

=

R1Cf=0.1ms設(shè)uC(0)=0=5VuI/Vt/ms0.10.30.555uO/vt/ms=5V5

5R1CfuIR+–+–++–+uo2微分運(yùn)算電路

iCRCiRuIR+–+–++–+uou+u-–+uI0uo0t當(dāng)uI為階躍電壓時(shí)，uo為尖脈沖電壓。7.4

集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用7.4.1單限電壓比較器7.4.2滯回比較器7.4.1單限電壓比較器

當(dāng)運(yùn)放工作于開環(huán)或正反饋的工作狀態(tài)時(shí)，運(yùn)放工作在非線性區(qū)。

運(yùn)放的非線性特性在自動(dòng)控制系統(tǒng)和數(shù)字技術(shù)中有廣泛應(yīng)用。

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，并用輸出電壓不同的兩種狀態(tài)來表示比較結(jié)果。R1R2ui+–+–++–+uo+–UREF+–ui:輸入電壓UREF:參考電壓當(dāng)ui>UREF時(shí)，uO=–UOMui

UREF時(shí)，uo=+UOMui

=UREF時(shí)，uO

發(fā)生躍變uooUOM–UOMUREF電壓傳輸特性當(dāng)參考電壓UREF=0時(shí)，稱為過零比較器。若ui為正弦波，畫出uo的波形。uootUOM–UOMotUREF=0UREF=1Vot1VuootUOM–UOM

在輸出端與反相輸入端接一個(gè)雙向穩(wěn)壓管，即可把輸出電壓限制在某一特定值。限幅電壓比較器UZ–UZuooR1R2ui+–+–++–+uo+–DZ電壓傳輸特性當(dāng)ui>0時(shí)，uO=–UZui

0時(shí)，uO=+UZ7.4.2滯回比較器

滯回比較器是一種能判斷出兩種狀態(tài)的開關(guān)電路，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中。（a）電路圖（b）傳輸特性圖7-12滯回比較器若uo＝＋UZ，當(dāng)uI逐漸增大使uo從＋UZ跳變?yōu)椋璘Z所需的上門限電平用UT+表示，則若uo＝-UZ，當(dāng)uI逐漸減小使uo從－UZ跳變?yōu)椋玌Z所需的下門限電平用UT-表示，則上述兩個(gè)門限電平之差稱為門限寬度或回差，用符號(hào)△UT表示，由以上兩式可求得

滯回電壓比較