集成运算放大器剖析

1、课题项目:温度指示器的制作 任务：集成运算 放大器在基本运算中的应用课程名称模拟电子电子技术授课类型新授 班级 13应用电子班日期 2014.5.28 课时6教学目标知识目标：掌握集成运算放大器的基础知识，电路分析，了解其参数能力目标：培养学生的理解能力，分析能力，动手能力情感目标：会用分析运算电路教学重点反相比例与正向比例放大器教学难点反相比例与正向比例放大器教学方法讲述法；演示法；案例教学法课前准备1. 相关项目模块2. 参考教材3. 教案教学后记及改进措施课堂教学安排一集成电器的分类1. 按照功能分2. 按照集成度分3. 按照器件分二.集成运算放大器的基本知识1. 认识集成运算放大器2.

2、 集成运算放大器的组成集成运算放大器是模拟电子技术中最重要的器件之一，虽然不同的运放有着不同的功能和结构，但是其基本结构具有共同之处。集成运放内部电路一般由四个部分组成， 如图328所示。©3.2-0集成运放内部组咸原理框閤（1）输入级输入级是提高运算放大器质量的关键部分，要求其输入电阻高，为了能减小零点 漂移和抑制共模干扰信号，输入级都采用具有恒流源的差动放大电路，也称差动输入 级。（2）中间级中间级的主要作用是提供足够大的电压放大倍数，故而也称电压放大级。要求中间级本身具有较高的电压增益。（3）输出级输出级的主要作用是输出足够的电流以满足负载的需要，同时还需要有较低的输出电阻和较

3、高的输入电阻，以起到将放大级和负载隔离的作用。（4）偏置电路偏置电路的作用是为各级提供合适的工作电流，一般由各种恒流源电路组成。3. 集成运算放大器符号同相輸入端集成运放开环増益极高（b）习惯画法符号集成运放的电路符号如反相输入端输出端Q）国际标唯符号）：图3.Z9集成运放的电路符号常见的集成运放有两种封装形式：金属圆壳式封装及塑料双列直插式封装，其外形如图3211所示。金属壳封装有8、10、12管脚等种类，双列直插式有 8 14、16管 脚等种类。駛口标记Q）金屋壳封装（b）双列直插式塑料封装13,2 11集成运放的两种封装形式金属封装器件是以管键为辨认标志。管脚朝向自己，管脚右方第一根引线

4、为管脚1,然后逆时针围绕器件，依次数出其余引脚。双列直插式器件，是以缺口作为辨认标志（有 的产品是以商标方向来标记的）。由器件顶上向下看，标记朝向自己，缺口标记的左下 角第一根引线为引脚1,然后逆时针围绕器件，可依次数出其余引脚。三.集成运算放大器的参数特点1. 集成运算放大器参数为了表征集成运放的性能，合理选择和正确使用集成运放，下面介绍集成运放的主要 参数1.开环差模电压放大倍数Auo集成运放在开环（无反馈）状态，并工作在线性区时差摸电压增益，Auo二:Uod，用分贝表示为20lg Auo。集成运放的开环差模电压放大倍数较大，性能较好的集成运放的Auo可达140dB以上。2.输入失调电压U

5、io一个理想运放，当输入电压为零时，输出电压必为零。但实际运放的差分输入级很 难做到完全对称，当输入电压为零时，输出电压不为零。为了使输出电压等于零，需要 在输入端加一个补偿电压，此电压即为输入失调电压 UQ。UQ 般为几毫伏，显然此值 越小越好。3.输人失调电流|Q是指当输出电压为零时，流入运放两个输入端的静态基极电流之差，即 lio = |B1|B2。一般|Q在0.10.01mA范围内，此值越小越好。4. 最大差模输入电压UidmUidm是指运放同相输入端和反相输入端之间所能加的最大电压。当输入电压大于此 值时，输入级晶体管将出现反向击穿而损坏。5. 最大共模输入电压UicmUicm是指运

6、放在线性工作范围内所能承受的最大共模输入电压。如果共模输入电压 超过此值，集成运放将不能正常工作。6. 差模输入电阻RidRid是指集成运放的两个输入端之间的交流输入电阻，集成运放的Rid很大，一般为几兆欧。7. 输出电阻Ro运算放大器在开环工作时，在输出端对地之间看进去的等效电阻即为输出电阻。运 算放大器的输出电阻一般较小。8. 共模抑制比Kcmr它的定义在前面已给出，Kcmr =AudAuc，用dB表示，即为20lg空Auc2. 理想集成运放的主要性能指标把具有理想参数的集成运放叫做理想集成运放，其主要性能指标有：(1) 开环差模电压放大倍数 Auo S；(2) 输入电阻Rid TX；(3

7、) 输出电阻Ro f 0;(4) 共模抑制比Kcmr尽管理想运放并不存在，但由于集成运放的技术指标都比较接近理想值，在具体分 析时将其理想化是允许的，这种分析所带来的误差一般比较小，可以忽略不计。四集成运算放大器输入输出关系曲线集成运放的传输特性（1）传输特性集成运放的传输特性如图3212所示。图中BC段为集成运放的线性区，AB和CD 为集成运放的非线性区（饱和区）。输入信号的绝对值较小时，运放工作在在线性区， 输出信号与输入信号成正比；当输入信号的绝对值大于某一数值时，运放工作在饱和状 态，输出值为正负限幅值-Uom或一 Uom。（2）工作在线性区的集成运放集成运放工作在线性区的必要条件是引

8、入深度负反馈（反相输入端和输出端有通 路）。）3 2.12集成运放的传输特性五.集成运算的分析基础理想运放工作在线性区时有两个重要特点：1）由于理想运放 Auo TX，则Uid二Uod.'Aud、0，由=U -7 得U；=U。由于两个 输入端的电位相同（电压为零），所以称为虚假短路，简称“虚短”。2 ）由于理想集成运放的输入电阻Rid TX，故可认为两个输入端不取电流，即r0，流入集成运放同相端和反相端的电流几乎为零，所以称为虚假断路，简称“虚断”。另外由于理想运放的输出电阻 Ro -0,带负载的能力很强，输出电压uo不受负载或 后级运放的输入电阻的影响。六.集成运算放大器的应用分析1

9、.反相比例运算电路图3213所示电路是反向比例运算电路。输入信号从反相输入端输入，同相输入端通过电阻接地。根据“虚短”和“虚断”的特点,u =u 一，i ：=i_=O，可得 u：【=0，故 u_=0。u _ u o u oi fRfRfRfUoUiRiAufUouiRfRi，Uo与Ui的大小比例关系，式中的负号表示输出电压与输入电压的相位相反，电路的电 压放大倍数图中运放同相输入端的电阻R，称为平衡电阻。参数选择应使两输入端外接直流 通路等效电阻平衡，即R2二Ri/ Rf。2）同相比例运算电路如果输入信号从同相输入端输入，反相输入端通过电阻接地，并通过电阻和输出端连接（引入负反馈），如图3.2

10、.14所示，称为同相比例运算电路。图32 14同向比例运篡电路03. 2.15电压跟随器由图 3.2.14 可知，u：；=u_=u，因 h=i_ = 0所以,i1 =R1uu。Rf所以沪珂1瓷）A* f）ui，u。与的大小成比例关系，输出电压与输入电压相位相同，电路的电压放大倍数为Auf 二uouiR1若Ri=x或Rf =0,则Uo=Ui，电压起电压跟随作用，故称为电压跟随器2.加减运算电路(1)加法运算电路是对两个输入信号求和电路。输入信号由反相输入端输入,同相输入端通过电阻R3接地，R3二Ri/R2Rf。利用“虚短”和“虚断”的概念，电路可得ii1 ：ii2 = if即由此得出ui1 ui

11、2 0 - uo+ =R1 R2RfU i1Ui2uo = RfVR1R2 丿若R1 = R2二Rf，则uo二ui1 ui2，实现了两个输入信号的反相相加。(2)减法运算电路实现减法运算的电路如图3.2.17(a)所示。两个输入信号分别加在运放电路的反相输入端和同相输入端。这种电路又称为“差分运算电路”Mi2 &un RiIL-Untlol(b)U3.2. IT减法运算电路可利用叠加定理来求减法电路的输入输出关系。ui1单独作用时的电路如图所示，此时电路是一个反向比例运算电路，根据公式可得Rfuo1 二一 ui1R1ui2单独作用时的电路)所示，此时电路是一个同向比例运算电路，同相输入端的电压为R3u