第12讲集成运算放大器

1、 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学第四章第四章 集成运算放大集成运算放大器器 第第一节一节 集成电路介绍集成电路介绍第二节第二节 通用型集成运算放大器通用型集成运算放大器第三节第三节 集成运放的主要参数集成运放的主要参数第四节第四节 理想运放及三种基本输入方式理想运放及三种基本输入方式本章教学主要内容本章教学主要内容 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学集成电路的定义集成电路的定义：采用专门的制造工艺，把电阻、电容、：采用专门的制造工艺，把电阻、电容、二极管、三极管、场效应管等元器件及它们之间的连线制二极管、三极管、场效应管等元器件及它们之间的连线制作在一块

2、半导体基片上，完成特定功能的电子线路固体组作在一块半导体基片上，完成特定功能的电子线路固体组件。是器件与电路的集合。件。是器件与电路的集合。第一节第一节 集成电路介绍集成电路介绍集成电路的分类：集成电路的分类：数字集成电路数字集成电路模拟集成电路模拟集成电路1、按所处理的信号按所处理的信号2 2、按有源器件、按有源器件晶体管（双极型）晶体管（双极型）场效应管（单极型）场效应管（单极型）集成运算放大器集成运算放大器集成功率放大器集成功率放大器集成电压比较器集成电压比较器集成模拟乘法器集成模拟乘法器集成稳压电源集成稳压电源集成振荡器集成振荡器 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1

3、 1、元器件参数对称性好，温度均一性好、元器件参数对称性好，温度均一性好 2 2、不宜制造高阻值电阻，常用有源元件（晶体管或场效应、不宜制造高阻值电阻，常用有源元件（晶体管或场效应管）取代电阻。管）取代电阻。3 3、不能制作大电容，所以集成运放均采用直接耦合方式。、不能制作大电容，所以集成运放均采用直接耦合方式。4 4、二极管多由集电极与基极短接的三极管构成、二极管多由集电极与基极短接的三极管构成5 5、采用复合管，改善性能、采用复合管，改善性能6 6、电源电压较低，目的为了减小功耗便于安全工作、电源电压较低，目的为了减小功耗便于安全工作 集成电路的特点：集成电路的特点： 模拟电子技术模拟电子

4、技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学集成电路与分立元件电路相比较集成电路与分立元件电路相比较n集成电路体积小、重量轻，集成电路体积小、重量轻，n元件参数对称性好元件参数对称性好n功耗小功耗小n功能强功能强n成本低成本低n可靠性高可靠性高 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学第二节第二节 通用型集成运算放大器通用型集成运算放大器集成运算放大器，简称集成运放。集成运算放大器，简称集成运放。是模拟集成电路中应用是模拟集成电路中应用最广泛的一种，在发展初期，它主要用于模拟计算机的最广泛的一种，在发展初期，它主要用于模拟计算机的加、减、乘、除、积分、微分等数学运算电路中，故将加、减、乘、除、

5、积分、微分等数学运算电路中，故将“运算放大器运算放大器”的名称保留至今的名称保留至今。一、定义一、定义 集成运算放大器是集成运算放大器是高增益高增益、高输入阻抗高输入阻抗、低输出阻抗的低输出阻抗的多级直接耦合集成放大器多级直接耦合集成放大器。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学3、按功能分：高精度、高速度、高压、按功能分：高精度、高速度、高压、 高输入阻抗、大功率、低噪声、高输入阻抗、大功率、低噪声、 低漂移、低功耗等。低漂移、低功耗等。 1、按集成度分：单运放、双运放、四运放、按集成度分：单运放、双运放、四运放二、分类二、分类2、按制造工艺：双极性、按制造工艺：双极性、CM

6、OS型型 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学按性能指标按性能指标高高 阻阻 型型：r ridid，可高于，可高于10101212。 用于测量放大器、信号发生器。用于测量放大器、信号发生器。高高 速速 型型： f fH H和和S SR R高高，- -3dB3dB带宽带宽f fH H可达可达1.7GHz1.7GHz，转换速度转换速度 S SR R可可达达10103 3V/SV/S。 用于用于A/DA/D、D/AD/A转换电路、视频放器。转换电路、视频放器。高精度型高精度型：低失调、低温漂、低噪声、高增益，：低失调、低温漂、低噪声、高增益， A Aodod高高10105 5dBdB

7、。 用于微弱信号的测量与运算、高精度设备。用于微弱信号的测量与运算、高精度设备。低功耗型低功耗型：工作电源电压低、静态功耗小，在：工作电源电压低、静态功耗小，在100100200W200W。 用于空间技术、军事科学和工业中的遥感遥测。用于空间技术、军事科学和工业中的遥感遥测。通常情况下用通用型运放，通常情况下用通用型运放，特殊情况下才用专用型运放。特殊情况下才用专用型运放。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学讨论一讨论一n根据下列要求，将应优先考虑使用的集成运放填入空内。根据下列要求，将应优先考虑使用的集成运放填入空内。n已知现有集成运放的类型是：已知现有集成运放的类型是：n

8、 通用型通用型 高阻型高阻型 高速型高速型 低功耗型低功耗型 n 高压型高压型 大功率型大功率型 高精度型高精度型n1. 1. 作低频放大器，应选用作低频放大器，应选用 。n2. 2. 作宽频带放大器，应选用作宽频带放大器，应选用 。n3. 3. 作幅值为作幅值为1V1V以下微弱信号的量测放大器，应选以下微弱信号的量测放大器，应选n 用用 。n4. 4. 作内阻为作内阻为10M10M信号源的放大器，应选用信号源的放大器，应选用 。n5. 5. 负载需负载需5A5A电流驱动的放大器，应选用电流驱动的放大器，应选用 。n6. 6. 要求输出电压幅值为要求输出电压幅值为80V80V的放大器，应选用的

9、放大器，应选用 。n7. 7. 宇航仪器中所用的放大器，应选用宇航仪器中所用的放大器，应选用 。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学三、集成运放的组成方框图三、集成运放的组成方框图 集成运放电路由四部分组成，包括集成运放电路由四部分组成，包括输入级输入级、中间级中间级、输输出级出级和和偏置电路偏置电路。集成运放结构方块图集成运放结构方块图 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1 1、差动输入级：、差动输入级： 抑制零点漂移，抑制零点漂移，r ri i高，高，KCMRKCMR大，大， 有一定的放大能力。有一定的放大能力。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈

10、尔滨工程大学 2 2、中间放大级：、中间放大级： 共射放大电路，常采用复合管提高放大倍共射放大电路，常采用复合管提高放大倍 数，数，采用恒流源作为负载。采用恒流源作为负载。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3 3、功率输出级：、功率输出级： 提供足够的功率，输出阻抗小，一般采用提供足够的功率，输出阻抗小，一般采用OCLOCL或或准互补对称功率放大电路。准互补对称功率放大电路。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 4 4、恒流源偏置电路：、恒流源偏置电路： 提供合适的静态工作电流，并要求提供的电流稳提供合适的静态工作电流，并要求提供的电流稳定。偏置电路均为

11、各种形式的电流源电路。定。偏置电路均为各种形式的电流源电路。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学镜像电流源电路镜像电流源电路2CRII微电流源电路微电流源电路eBECRUI2 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学741型集成运放原理电路RP 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学V8.V9V10.V11V12.V13V12.V13 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学双列直插式封装双列直插式封装圆壳式封装圆壳式封装 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 模拟电子

12、技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学四、集成运放的符号四、集成运放的符号两个输入端和一个输出端两个输入端和一个输出端（a a）理想运放）理想运放 （b b）实际运放）实际运放 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1 1、开环差模电压增益开环差模电压增益A Aodod集成运放工作在线性区，接入规定集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况下的直流差模电压增益。的负载，无负反馈情况下的直流差模电压增益。 (a)(a)无反馈无反馈( (开环开环) (b) (b)有反馈有反馈( (闭环闭环) ) 第三节第三节 集成运放的主要参数集成运放的主要参数 模拟电子技术模拟电子技

13、术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学4 4、输入失调电压输入失调电压U UIOIO在室温下，输入电压为零时，为了使集在室温下，输入电压为零时，为了使集成运放输出电压为零，在输入端加的补偿电压称为输入失调电成运放输出电压为零，在输入端加的补偿电压称为输入失调电压。越大，说明电路对称度越差，一般为压。越大，说明电路对称度越差，一般为 （0-100-10）mVmV。5 5、最大差模输入电压最大差模输入电压U Uidmaxidmax集成运放的反相和同相输入端所集成运放的反相和同相输入端所能承受的最大电压值。能承受的最大电压值。2、差模输入电阻差模输入电阻rid差模输入时的输入电阻。值越大，对差模输入时的输入

14、电阻。值越大，对信信 号源的影响越小，所以越大愈好。号源的影响越小，所以越大愈好。3、差模输出电阻差模输出电阻rod越小越好，越小带载能力越强。越小越好，越小带载能力越强。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学9 9、共模抑制比、共模抑制比与差放的共模抑制比定义相同。越大越好。与差放的共模抑制比定义相同。越大越好。有的（有的（60-7060-70）dBdB，有的高达，有的高达180dB180dB。6 6、最大共模输入电压、最大共模输入电压U Uicmax icmax 指运放所能承受的最大共模指运放所能承受的最大共模输入电压，超过这个值，它的共模抑制比显著下降。输入电压，超过这个

15、值，它的共模抑制比显著下降。7 7、开环带宽、开环带宽f fbwbw 指开环差模电压增益下降指开环差模电压增益下降3dB时所对应时所对应的上限频率的上限频率fH8、单位增益带宽、单位增益带宽开环电压增益的频率响应曲线下降到开环电压增益的频率响应曲线下降到Aod=1时的频率。即时的频率。即Aod=0dB时的频率时的频率fT 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学常见集成运放参数常见集成运放参数输入失输入失调电压调电压（mVmV）输入失输入失调电流调电流（nAnA）输入电输入电阻（阻（MM）最大差最大差模输入模输入电压（电压（V V）共模抑共模抑制比（制比（dBdB）转换速转换速率（

16、率（V/sV/s）A741A7416 620202 2303090900.50.5LF357LF3577 720201.00E+1.00E+070740401001005050OP07OP070.150.151.81.8333330301201200.10.1 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学一、理想运放模型：一、理想运放模型：1 1、开环差模电压增益、开环差模电压增益A Aodod=2 2、差模输入电阻差模输入电阻rid=3 3、输出电阻输出电阻rod=04 4、输入失调电压、输入失调电压U UIOIO=0=05 5、共模抑制比、共模抑制比K KCMRCMR=第四节第四节

17、 理想运放及三种基本输入方式理想运放及三种基本输入方式理想运算放大器符号 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学二、理想运放工作在线性区的结论二、理想运放工作在线性区的结论 所谓工作在线性区是指集成运放内部电路中全部三极管均所谓工作在线性区是指集成运放内部电路中全部三极管均工作在放大状态。工作在放大状态。 结论结论1 1 两个输入端等电位两个输入端等电位。 结论结论2 2 两个输入端均不取电流两个输入端均不取电流 UU0II0II“虚短虚短” “ “虚断虚断”引入深度负反馈集成运放就工作在线性区引入深度负反馈集成运放就工作在线性区UU 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨

18、工程大学三、理想运放工作在非线性区时的结论三、理想运放工作在非线性区时的结论 在电路中，若集成运放处于开环状态，甚至接入正反馈时，在电路中，若集成运放处于开环状态，甚至接入正反馈时，则表明集成运放工作在非线性区。则表明集成运放工作在非线性区。 对于理想运放，由于差模增益无穷大，只要同相输入端对于理想运放，由于差模增益无穷大，只要同相输入端与反相输入端之间由无穷小的差值电压，输出电压就将达到正与反相输入端之间由无穷小的差值电压，输出电压就将达到正的最大值或负的最大值，其电压传输特性如下图。的最大值或负的最大值，其电压传输特性如下图。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学传输特性理想运放工作在非线