第10章_集成运算放大器

1、 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。它是发展最早、的多级直接耦合放大电路。它是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。应用最广泛的一种模拟集成电路。运放的应用领域：运放的应用领域：信号处理、信号测量信号处理、信号测量 、波、波 形转换、自动控制等。形转换、自动控制等。运放的模拟计算：运放的模拟计算：信号的加、减、乘、除、积信号的加、减、乘、除、积 分、微分、对数等运算。分、微分、对数等运算。输入级：输入级：都采用带恒流源的差分放大电路，输入电都采用带恒流源的差分放大电路，输入电 阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号。阻高，能减小零点漂

2、移和抑制干扰信号。输入级输入级 中间级中间级输出级输出级输入端输入端输出端输出端中间级：中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的 共发射极放大电路。共发射极放大电路。输出级：输出级：要求输出电阻低，带负载能力强，一般由要求输出电阻低，带负载能力强，一般由 互补对称电路或射极输出器构成。互补对称电路或射极输出器构成。uo+u+u+UCCUEEuo+u+u uo+u+u 1、Auo 高高: 8080dBdB140dB140dB2、rid 高高: 10: 105 510101111 3、ro 低低: 几十几十 几百几百 4、KCMR高高: 7070dBdB 1

3、30dB130dB1. 最大输出电压最大输出电压 UOPP 使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。2. 开环差模电压增益开环差模电压增益 Auo 未接反馈电路时的差模电压放大倍数。未接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo愈高，愈高， 所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。6. 共模输入电压范围共模输入电压范围 UICM 运放能承受的最大共模输入电压。超出此值，运运放能承受的最大共模输入电压。超出此值，运 放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。3. 输入失调电压输入

4、失调电压 UIO4. 输入失调电流输入失调电流 IIO5. 输入偏置电流输入偏置电流 IIB电压传输特性电压传输特性 uo= f (ui) +UOMUOM线性区线性区饱和区饱和区 u+ u uo Ouo = Auoui= Auo( (u+ u)1、线性区：、线性区： uo = Auo( (u+ u)2、非线性区、非线性区饱和区：饱和区： u+ - - u X 时，时，uo = +UOM u+ - - u 1，称为，称为深度负反馈深度负反馈，此时：，此时：FA1f 例例：|A|=300，|F|=0.01。7501. 030013001 fAFAA则：%6d AA若：%.%.51)6(010300

5、11 AAAFAAd11d ff 则则：Auiufuo大大略小略小略大略大略小略小略大略大uo AF小小接近正弦波接近正弦波正弦波正弦波uiudBWFABW)1(of 无负反馈无负反馈f|Au|uiubeib+在同样的在同样的 ib下下，ui= ube + uf ube，所以所以 rif 提高。提高。i0if)1(rFAr biiiur 无负反馈时：无负反馈时：有负反馈时：有负反馈时：biifiur uf+bbeiu FArr0ifi1 ifbbeiiur 无负反馈时：无负反馈时：有负反馈时：有负反馈时：ibeifiur iiibube+o0of)1(rFAr FArr0oof1 电压负反馈具

6、有稳定输出电压的作用，电压负反馈具有稳定输出电压的作用，即有恒压输出特性，故输出电阻降低。即有恒压输出特性，故输出电阻降低。 电流负反馈具有稳定输出电流的作用，电流负反馈具有稳定输出电流的作用，即有恒流输出特性，故输出电阻提高。即有恒流输出特性，故输出电阻提高。Auo +UCCUEEuo+u+u ri ro 0KCMR 二、理想运算放大器的特性二、理想运算放大器的特性u+ u 时，时， uo = +UOM u+ 0 ui = Ui UR，uo=+ UOMui 0时，时，| T(j )| 衰减很快衰减很快 显然，电路能使低于显然，电路能使低于 0的的信号顺利通过，衰减很小，信号顺利通过，衰减很小

7、，而使高于而使高于 0的信号不易通过，的信号不易通过，衰减很大，衰减很大，称一称一 阶有源低通阶有源低通滤波器。滤波器。 为了改善滤波效果，为了改善滤波效果，使使 0 时信号衰减得时信号衰减得更快些，常将两节更快些，常将两节RC滤滤波环节串接起来，波环节串接起来，组成组成二阶有源低通滤波器。二阶有源低通滤波器。uoRFCR+ R1+ui+RC一阶一阶二阶二阶 幅频特性幅频特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | O 01F1Fioj11j111 RRRCRRUUi1jUCRRU URRU)(11Fo频率频率角角称为截止称为截止RC1: 式中0 uiuoRFCR+ R1+设设ui为正

8、弦波信号，则为正弦波信号，则故：故： 可见，电路使频率大于可见，电路使频率大于 0 的信号通过的信号通过 ，而小于，而小于 0 的信号被阻止，称为的信号被阻止，称为有源高通滤波器有源高通滤波器。 ,0时时当当 ,时时当当 20f0)(1)(j uATf0)(juAT 0)(j T 01Fioj11)(j)(j)(j RRUUT 0f0j1 uA其模为其模为,0时时当当 2)(jf0uAT 幅频特性幅频特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | O控制信号控制信号模拟开关模拟开关模拟输入信号模拟输入信号 SuC+ui+uo+ 采样保持电路采样保持电路，多用于模，多用于模- -数转换电路

9、（数转换电路（A/DA/D）之前之前。由于。由于A/DA/D转换需要一定的时间转换需要一定的时间, ,所以在所以在A/DA/D转换前必须对模拟量进行瞬间采样转换前必须对模拟量进行瞬间采样, ,并把采样值并把采样值保存一段时间，以满足保存一段时间，以满足A/DA/D转换电路的需要。转换电路的需要。采样存储电容采样存储电容电压跟随器电压跟随器uG为高电平，为高电平，S S闭合闭合( (场效应管导通场效应管导通) )， ui对存储电容对存储电容C C充电，充电，u uo o= u= uC C = u= ui i 。uG为为0 0，S S断开断开( (场效应管截止场效应管截止) )，输出，输出 保持该

10、阶段开始瞬间的值不变。保持该阶段开始瞬间的值不变。uitouGto采样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。采样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。 SuC+ui+uo+ o(sat)2 1 2RURRRU o(sat)F 2 2RURRRU 动画动画 RCtCCCCeuuutu 0RU RU o(sat)F 2 2R2o(sat)o(sat)F 2 2 R0URRRUtuUuURRRUuCCC o(sat)F 2 2R3o(sat)o(sat)F 2 2R0URRRUtuUuURRRUuCCC F 22121ln2RRRCTTT F 221ln211RRRCTf = RC A1：滞回比较器：滞回比较器 因因 u- = 0 ，所以当，所以当 u+ = 0时时，A1状态状态改变改变0o2111o2121 uRRRuRRRu当当 时时，即即当当 Z121o12oURRuRRu Cuo1R3DZR2+ R6uoR5R4+ A2A1R1动画动画TT1T2T = T1+ T2 = 2T1 = 2T2RCRRTf2141 tRCUui