集成运算放大器及应用

1、第第5章章集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用军用品：军用品：-55+125 C工业品：工业品： -40+85 C商业品：商业品： 0+70 C耐高温器件可工作在耐高温器件可工作在+175 C5.1 集成运算放大器简介集成运算放大器简介 集成运算放大电路可实现不同的用途集成运算放大电路可实现不同的用途。信号放大；信号放大；信号运算：加、减、乘、除、对数、反对数、信号运算：加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等；平方、开方等；信号的处理：滤波、调制以及波形的产生和信号的处理：滤波、调制以及波形的产生和变换。变换。输输入入级级中中间间级级输输出出级级输出端输出端反相输入端反相输入端同相输入

2、端同相输入端偏置电路偏置电路保护电路保护电路直流电源直流电源1. 集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成5.1.1 集成运算放大器的集成运算放大器的组成、特点以及图形符号组成、特点以及图形符号 偏置电路偏置电路：镜像电流源，微电流源。为三极管提供：镜像电流源，微电流源。为三极管提供直流电源。直流电源。输入级：输入级：差分放大电路。减少零漂、提高共模抑制差分放大电路。减少零漂、提高共模抑制比和输入电阻。比和输入电阻。中间级：采用中间级：采用共发射极电路，增大电压倍数。共发射极电路，增大电压倍数。输出级：输出级：由对称互补的功率放大器和射极输出器组由对称互补的功率放大器和射极输出器组成，增强成，

3、增强带负载的能力。带负载的能力。习惯用符号习惯用符号国家标准符号国家标准符号+-+-2. 集成运放的符号集成运放的符号集成运放实质上是一种双端输入、单端输出的具有集成运放实质上是一种双端输入、单端输出的具有高电压放大倍数，高输入阻抗、低输出阻抗的直接高电压放大倍数，高输入阻抗、低输出阻抗的直接耦合放大器。耦合放大器。3. 特点特点1. 等效电路模型等效电路模型差模输入电压：差模输入电压：uid开环差模电压放大倍数：开环差模电压放大倍数：Aud 差模输入电阻：差模输入电阻：rid输出电阻：输出电阻：r0uiduoridAud uidro-5.1.2 集成运算放大器的集成运算放大器的电压传输特性和

4、等效电路模型电压传输特性和等效电路模型 u+ 同相端输入电压同相端输入电压u- - 反相端输入电压反相端输入电压差模输入电压：差模输入电压：uid = u- u+输入输入/输出的关系：输出的关系： uo = -Aud(u- u+)uu+i+i-uiduoridAud uidro-2. 输入输入/输出的关系输出的关系uo= f (uid)线性区：线性区：uo = -Aud( (u- u+)非线性区非线性区：uid = u- u+uo0-Uo(sat) + Uo(sat) u u+时时 uo = - Uo(sat) 正、负饱和值分别接近正、负电源电压。正、负饱和值分别接近正、负电源电压。+-u-u

5、+u0uid3. 电压传输特性电压传输特性1. 差模开环电压放大倍数差模开环电压放大倍数 ：Aud的的典型值：典型值：100 140 dBdBlg20i0udUUA2. 最大差模输入电压最大差模输入电压 ：Uidmax指集成运算放大器的反相输入端和同相输入端之间指集成运算放大器的反相输入端和同相输入端之间能承受的最大电压值。能承受的最大电压值。当当 Uid过大时，反偏的过大时，反偏的 PN 结可能因反压过大而被结可能因反压过大而被击穿。击穿。NPN 管管 Uidmax = 5 V、横向、横向 PNP 管管 Uidmax = 30 V、CF741 为为 Uidmax = 30 V。5.1.3 集

6、成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数在一定电源电压下，集成运放输出电压和输入电压在一定电源电压下，集成运放输出电压和输入电压保持不失真关系的输出电压的峰值称为最大输出电保持不失真关系的输出电压的峰值称为最大输出电压。压。UOPP的值比电源电压小。的值比电源电压小。如电源电压为如电源电压为15V， U OPP为为10V左右。左右。如电源电压如电源电压 15 V，U OPP 为为 13 14 V3. 最大输出电压：最大输出电压：UOPP指集成运放反相输入端和同相输入端之间的电阻值。指集成运放反相输入端和同相输入端之间的电阻值。它标志集成运放输入端向差模信号源索取信号电流它标志集成运放输入

7、端向差模信号源索取信号电流的能力大小。的能力大小。约为：几十约为：几十k 几几M5. 输出电阻输出电阻 ：r0指集成运放输出级的输出电阻。它反应了运放的带指集成运放输出级的输出电阻。它反应了运放的带负载能力。约几十负载能力。约几十 几百几百。4. 差模输入电阻：差模输入电阻：rid（1） 查阅手册了解引脚的排列及功能；查阅手册了解引脚的排列及功能；（2） 检查接线有否错误或虚连，输出端不能与地、检查接线有否错误或虚连，输出端不能与地、电源短路；电源短路；（3） 输入信号应远小于输入信号应远小于 UidM 和和 UicM，以防损坏器，以防损坏器件件;（4） 电源不能接反或过高，拔器件时必须断电；

8、电源不能接反或过高，拔器件时必须断电；（5） 输入端外接直流电阻要相等。输入端外接直流电阻要相等。（6）调零）调零使用注意事项使用注意事项集成运放的类型及其特点和应用。集成运放的类型及其特点和应用。课外阅读课外阅读 3开环电压放大倍数（增益）：开环电压放大倍数（增益）：Aud 差模输入电阻：差模输入电阻：rid 输出电阻：输出电阻：r0 0 共模抑制比：共模抑制比： KCMR 5.1.4 理想运放的基本特点理想运放的基本特点因为，因为，rid 则，则， i+= i 0 “虚断虚断” uu+i+uiduoridAud uidro-（1）理想运放工作的）理想运放工作的“虚断虚断”当理想运放工作在当

9、理想运放工作在线性区线性区时，有：时，有： uo =- Aud( (u- u+ )则，则， u+= u “虚短虚短”因为因为 ，Aud 运放的线性范围运放的线性范围很很小，小，必须加必须加深度深度负反馈才能负反馈才能其工作于线性区。其工作于线性区。（2）理想运放工作的）理想运放工作的“虚短虚短”0ud0-Auuuuu+i+uiduoridAud uidro-仍有仍有“虚断虚断” i+= i 0 。uid = u- u+uo0-Uo(sat) + Uo(sat) u u+时时 uo = - Uo(sat) u u+时时 uo = - Uo(sat) 比较器是集成运放工作在非线性区的典型应用。比较

10、器是集成运放工作在非线性区的典型应用。u UR 时，时，uo = Uo (sat) uiUR 时，时，uo = +Uo (sat)波形变换波形变换+-R1R2URuiu0Uo(sat) +Uo(sat)uiuo0（2）过零电压比较器）过零电压比较器将正弦波变为方波将正弦波变为方波tui0tuo+Uo(sat)Uo(sat)波形变换波形变换+-R1R2uiu0RFUo(sat) +Uo(sat)uiuo0UTH1)(O(sat)F22TH1URRRUTH1iUuu设初始状态设初始状态00u若若TH1iUuu正反馈正反馈ui（3）滞回比较器）滞回比较器则则 若若若若)(O(sat)F22TH2URRRU-TH2iUuu+-R1R2uiu0