項目七 課題一 集成運算放大器概述

項目七

集成運算放大電路課題一集成運算放大器概述學習目標1.知識目標：（1）掌握負反饋放大電路的概念、分類和作用；（2）了解集成運算放大器的結(jié)構(gòu)、特點及主要參數(shù)；（3）掌握理想運算放大器的分析方法；（4）熟知集成運算放大器在線性應用和非線性應用中的典型電路。2.能力目標：（1）了解負反饋的概念；（2）掌握理想運算放大器的基本分析方法；（3）掌握集成運算放大器主要線性應用和非線性應用電路。3.情感目標（1）培養(yǎng)“安全第一、預防為主”的工作意識和作風。（2）培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的學習習慣。（3）激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)自主學習的能力。學習導入集成電路是將大量的各種單個元器件（二極管、三極管、晶體管、場效應管等）和它們之間的連接導線同時制作在一塊半導體芯片上，組成一個整體，再加上外殼封裝引腳便成了高密度的固體電路，稱為集成電路。與分立元件電路相比集成電路的優(yōu)點甚多，在科學技術(shù)上意義重大。用集成電路制造的電子產(chǎn)品，體積更小，重量更輕，功能更強，精度更高，工作更可靠，使用更方便，價格更便宜。集成電路的出現(xiàn)，開辟了微電子技術(shù)時代，并促進了許多學科和領(lǐng)域的發(fā)展。就集成電路的類型而言，集成電路有模擬集成電路和數(shù)字集成電路之分。一、集成運算放大器組成和主要參數(shù)集成運放的電路可分為輸入級、中間級、輸出級和偏置電路四個基本組成部分。

1）輸入級輸入級是提高運算放大器質(zhì)量的關(guān)鍵部分，要求其輸入電阻高，能減小零點漂移和抑制共模干擾信號，因此，輸入級都采用具有恒流源的差動放大電路。它具有同相和反相兩個輸入端。2）中間級集成運放的總增益主要由中間級提供，要求中間級有較高的電壓放大倍數(shù)，因此，中間級一般采用帶有恒流源負載的共射放大電路，其放大倍數(shù)可達幾千倍以上。3）輸出級輸出級與負載相接，要求其輸出電阻低，帶負載能力強，能輸出足夠大的電壓和電流，因此，輸出級一般采用互補對稱電路或射極輸出器。

4）偏置電路偏置電路為上述各級電路提供穩(wěn)定和合適的偏置電流，決定各級的靜態(tài)工作點，各種恒流源電路組成。1．最大差模輸入電壓2．最大共模輸入電壓3．開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud

4．輸入失調(diào)電壓Uos

5．輸入失調(diào)電流Ios

6．輸入偏置電流IB

7．共模抑制比KCMRR

8．差模輸入電阻rid

9．輸出電阻rO

二、集成運算放大器的主要性能指標（1）開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud→∞。（2）差模輸入電阻Rid→∞。（3）輸出電阻RO→0。（4）共模抑制比KCMRR→∞。（5）輸入偏置電流IBI＝IB2＝0。（6）失調(diào)電壓，失調(diào)電流及溫漂為零。

三、集成運算放大器的理想模型

根據(jù)集成運放自身所處的工作狀態(tài)，運放應用電路分：線性應用電路和非線性應用電路兩大類。u+-u--Uom+Uomuo正飽和區(qū)負飽和區(qū)線性區(qū)線性區(qū)0運算放大器的電壓傳輸特性++∞uou–u+i+i––

理想運放工作在線性區(qū)的特點因為uo

=

Auo(u+–

u–

)所以(1)差模輸入電壓約等于0

即u+=u–

,稱“虛短”(2)輸入電流約等于0

即i+=i–0,稱“虛斷”

++∞uou–u+i+i––

（a）圓形封裝(b)雙列直插型(c)偏平形(d)單列直插型圖7-4集成電路的部分封裝結(jié)構(gòu)形式四、集成電路及其制造工藝五、集成電路的分類集成電路的種類很多，若按其功能不同可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路兩大類。數(shù)字集成電路是用來產(chǎn)生和處理各種數(shù)字信號的集成電路，除了數(shù)字集成電路以外的電路統(tǒng)稱為模擬集成電路，它是用來產(chǎn)生、放大、處理各種模擬信號或進行模擬信號單片集成電路和混合集成電路。按照制造工藝不同，模擬集成電路可分為方法制成電阻、電容后，再將單片集成的晶體管、二極管芯片焊接在上面二混合構(gòu)成的。因此，混合集成電路具有分立電路的形式，電路結(jié)構(gòu)靈活性較大，但制作工藝復雜，生產(chǎn)效率低。按用途不同，集成電路可分為通用型集成電路和專用型(也稱特殊型)集成電路。通用型集成電路一般有多種用途，如集成運算放大電器；專用型集成電路有其特定用途，如電視接收機、手機、電子表等使用的專用集成電路。按工作狀態(tài)不同，模擬集成電路分為線性集成電路和非線性集成電路。線性集成電路是指輸出信號與輸入信號呈線性關(guān)系的電路，一般用作放大器；非線性集成電路是指輸出信號與輸入信號呈非線性關(guān)系的電路，一般用作信號間的變換。按有源器件導電機理不同，模擬集成電路可分為雙極型、單極型和雙一單極混合型集成電路。雙極型集成電路由雙極型晶體管(電子和空穴兩種載流子參與導電，簡稱BIJT)組成，這種電路的優(yōu)點是工作速度快、頻率高、信號傳輸延遲時間短，但制造工藝較復雜。單極型集成電路由場效應管(只有電子或空穴一種載流子參與導電，簡稱FET)組成，其優(yōu)點是電路輸入阻抗高、功耗小、工藝簡單、集成度高、易于實現(xiàn)大規(guī)模集成，但它們的傳輸延遲時間長、工作速度低、負載驅(qū)動能力也較小，多為雙一單極混合型。集成電路采用MOS和兼容工藝制成，因而電路兼有雙極型和單極型的優(yōu)點。六、模擬集成電路的特點模擬集成電路的一些特點與其制造工藝是緊密相關(guān)的，其主要特征可歸結(jié)如下：（1）級間采用直接耦合方式。（2）用有源器件代替無源元件。