第6章运算放大器

1、第第 6 章章 运算放大器运算放大器6.1 集成运算放大器简集成运算放大器简介介6.3 运算放大器负反馈运算放大器负反馈6.2 模拟运算电路模拟运算电路6.4 信号处理电路信号处理电路6.5 正弦波振荡器正弦波振荡器第第 6 6 章章 集成运算放大器集成运算放大器分立电路分立电路是由各种单个元件联接起来的电子电路。是由各种单个元件联接起来的电子电路。：体积小、重量轻、功耗低、可靠：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低。性高、价格低。集成电路集成电路是把整个电路的各个元件以及相互之间是把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可的联接同时制造在一块半导体芯片

2、上，组成一个不可分的整体。分的整体。按集成度按集成度按导电类型按导电类型按功能按功能小、中、大和超大规模小、中、大和超大规模双、单极性和两种兼容双、单极性和两种兼容数字和模拟数字和模拟用于模拟运算、信号处理、信号测量、波形转用于模拟运算、信号处理、信号测量、波形转换、自动控制等领域。换、自动控制等领域。集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接耦合放大器。耦合放大器。本章主要讨论分析运算放大器的依据及其在信本章主要讨论分析运算放大器的依据及其在信号运算、信号处理、波形产生方面的应用，并介绍号运算、信号处理、波形产生方面的应用，并介绍放大电路中的负反馈。放大

3、电路中的负反馈。输出端输出端6.1.1 集成运放的组成集成运放的组成输入级输入级 差动放大器差动放大器输出级输出级 射极输出器或互补对称功率放大器射极输出器或互补对称功率放大器偏置电路偏置电路 由镜像恒流源等电路组成由镜像恒流源等电路组成偏置偏置电路电路输入级输入级中间级中间级输出级输出级输入端输入端6.1 6.1 运算放大器简单介绍运算放大器简单介绍集成电路内部结构的特点集成电路内部结构的特点1、电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差、电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。方向一致，温度均一性好。2、电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到、电阻元件由硅半导体构成，范围在

4、几十到20千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。件代替或外接。3、几十、几十PF以下的小电容用以下的小电容用PN结的结电容构成、结的结电容构成、大电容要外接。大电容要外接。4、二极管一般用三极管的发射结构成。、二极管一般用三极管的发射结构成。输入级输入级中间级中间级 输出级输出级-UEE+UCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS基本原基本原理框图理框图T3T4T5T1T2IS u u反相端反相端同相端同相端uo与与uo反相反相与与uo同相同相-UEE+UCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS

5、要求：要求：输入级输入级尽量减小零点漂移尽量减小零点漂移,尽量提高尽量提高KCMRR , 输入阻抗输入阻抗 ri尽可能大。尽可能大。-UEE+UCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS输入级输入级中间级中间级足够大的电压放大倍数足够大的电压放大倍数-UEE+UCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS输入级输入级中间级中间级 输出级输出级主要提高带负载能力，给出足够的输出电流主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io ，输出阻抗，输出阻抗 ro小。小。运算放大器的符号运算放大器的符号反相反相输入端输入端uo+uu +同相同相输入端输入端信号传信号传

6、输方向输方向输出端输出端+Auo理想理想运放开环运放开环电压放大倍数电压放大倍数实际运放开环实际运放开环电压放大倍数电压放大倍数6.1.2 主要参数主要参数1. 最大输出电压最大输出电压 UOPP2. 开环电压开环电压 Auo3. 输入失调电压输入失调电压 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 IIB6. 共模输入电压范围共模输入电压范围 UICM理想的理想的运算放大器。理想化的主要条件：运算放大器。理想化的主要条件：1. 开环电压放大倍数开环电压放大倍数 2. 开环输入电阻开环输入电阻3. 开环输出电阻开环输出电阻4. 共模抑制比共模抑制比 由于实际运算

7、放大器的技术指标接近理想化条件，由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，6.1.2 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据 ouA idr0or CMRRK在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是而用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化，因此而用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化，因此后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。实际运放电压传输特性实际运放电压传输特性6.1.2 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据)(oo uuAuu 表示运算放大器输出电压与输入

8、电压之间关系的表示运算放大器输出电压与输入电压之间关系的曲线称为曲线称为传输特性传输特性。uo uuO线性区线性区正饱和区正饱和区 负饱和区负饱和区 若若 Auo = 106 UO(sat) = 15 V则则 UIM = 0.015 mV运放要工作在线性运放要工作在线性区必须有负反馈。区必须有负反馈。uou+u理想运放电压传输特性理想运放电压传输特性6.1.2 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据uo uuo线性区线性区正饱和区正饱和区 负饱和区负饱和区 因为理想运放因为理想运放开环电压放大倍数开环电压放大倍数 ouA所以，当所以，当 uu uu(sat)oOUu (sat)o

9、OUu 时，时， uuuo 发生跃变发生跃变uou+u)(oo uuAuu6.1.2 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据)(oo uuAuu0)(oo uAuuu运放工作在线性区的依据运放工作在线性区的依据 相当于两输入端之间相当于两输入端之间短路短路，但又未真正短路，故，但又未真正短路，故称称 “虚短路虚短路” 相当于两输入端之间相当于两输入端之间断路断路，但又未真正断路，故，但又未真正断路，故称称 “虚断路虚断路”。2. id 0 1. u+ u，而，而 uo 是有限值，是有限值，运放开环输入电阻运放开环输入电阻 ouA idrid 由于运放由于运放故从式故从式，可知，可

10、知uou+urid6.1.2 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据)(oo uuAuuuo+uu +运放工作在非线性区的依据运放工作在非线性区的依据2. id 0 1. u+ u由于运放工作在非线性区由于运放工作在非线性区rididuo uuO不再成立不再成立非线性区非线性区 非线性区非线性区 所以所以当当 uu uuo(sat)oUu (sat)ooUu 时，时， uuUo 发生跃变发生跃变依然成立依然成立1. .反相输入反相输入fiii 0 uu1i1iiRuRuui FFRuRuuioof i1ouRRuF 1iofRRuuAFu FRRR/12 6.2.1 比例运算比例运算由运放工作在线性区的依据由运放工作在线性区的依据可列出可列出由此得出由此得出闭环电压闭环电压放大倍数放大倍数平衡电阻平衡电阻iouu 1iof uuAuFRR 1若若则则ifR1R2uoRFiiui+模拟模拟2. .同相输入同相输入fiii i