第16章运算放大电路

1、集成电路集成电路: :它是用一定的生产工艺把它是用一定的生产工艺把晶体管、场效应晶体管、场效应管、二极管、电阻、电容管、二极管、电阻、电容、以及它们之以及它们之间的连线所组成的整个电路间的连线所组成的整个电路集成集成在一块在一块半导体基片上，封装在一个管壳内，构半导体基片上，封装在一个管壳内，构成一个完整的、具有一定功能的器件，成一个完整的、具有一定功能的器件，也称为也称为优优 点：点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小，实现了功耗小，实现了元件、电路和系统元件、电路和系统的三的三结合结合集成电路的分类：集成电路的分类：模拟集成电路、数字集成电路；模

2、拟集成电路、数字集成电路；小、小、 中、大、超大规模集成电路；中、大、超大规模集成电路；集成电路中元器件的特点集成电路中元器件的特点1. 单个的精度不是很高单个的精度不是很高, ,但由于是在同一硅片但由于是在同一硅片上、用相同工艺生产出来的，上、用相同工艺生产出来的，性能比较一致性能比较一致2.2.元器件相互离得很近元器件相互离得很近, ,温度特性较一致温度特性较一致3.3.电阻一般在几十欧至几十千欧、太高或太低电阻一般在几十欧至几十千欧、太高或太低都不易制造都不易制造 4.4.电感难于制造电感难于制造, ,电容一般不超过电容一般不超过200pF,200pF,大电容大电容不易制造不易制造 集成

3、运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级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。是发展最早、应用最广泛的一种直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。模拟集成电路。集成电路分类集成电路分类模拟集成电路：模拟集成电路：数字集成电路数字集成电路集成运算放大器、集成集成运算放大器、集成 功率放大器、集成稳压功率放大器、集成稳压 电源、集成电源、集成A/D、 D/A 等。等。在集成电路工艺中难于制造电感元件；制造容在集成电路工艺中难于制造电感元件；制造容量大于量大于200pF的电容也比较困难，因而放大器各级之的电容也比较困难，因而放大器各级之间都采用直接耦合，必须使

4、用电容的场合，也大多采间都采用直接耦合，必须使用电容的场合，也大多采用外接的方法。用外接的方法。（2）电路结构和参数具有对称性）电路结构和参数具有对称性 由于集成电路中的各个元件是通过同一工艺过程由于集成电路中的各个元件是通过同一工艺过程制作在同一硅片上，同一片内的元件参数绝对值有同制作在同一硅片上，同一片内的元件参数绝对值有同向的偏差，温度均一性好。向的偏差，温度均一性好。（1）级间采用直接耦合方式）级间采用直接耦合方式 集成电路中的电阻是由硅半导体的体电阻构成，集成电路中的电阻是由硅半导体的体电阻构成，阻值大约为阻值大约为100 30K，且阻值精度不高，因此常常，且阻值精度不高，因此常常用

5、晶体管恒流源代替电阻（动态电阻）；用晶体管恒流源代替电阻（动态电阻）；必须使用直必须使用直流高阻值的场合，也大多采用外接的方法。流高阻值的场合，也大多采用外接的方法。（3）用有源器件代替无源器件）用有源器件代替无源器件（4）用晶体管代替二极管）用晶体管代替二极管 集成电路中的二极管都采用晶体管构成，把发集成电路中的二极管都采用晶体管构成，把发射极、基极、集电极三者适当组配使用。射极、基极、集电极三者适当组配使用。中间级中间级输入级输入级输出级输出级偏置电路偏置电路输入级：输入级：要求输入电阻高，差模放大倍数高，抑制要求输入电阻高，差模放大倍数高，抑制零点漂移和共模干扰信号的能力强。采用差分放大

6、零点漂移和共模干扰信号的能力强。采用差分放大电路。电路。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构成。本身还应有高的输入电阻，共发射极放大电路构成。本身还应有高的输入电阻，以减小对前级的影响。以减小对前级的影响。输出级：输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能与负载相接，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。力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。偏置电路：偏置电路：为各级放大电路提供稳定和合适的偏置为各级放大电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点，一般由恒流源电路电流，决定各级的静态

7、工作点，一般由恒流源电路构成。构成。+UCCUEEuu+输入级输入级中间级中间级 输出级输出级同相同相输入端输入端输出端输出端反相反相输入端输入端运算放大器内部结构运算放大器内部结构二、集成电路的封装二、集成电路的封装双列直插式塑料封装双列直插式塑料封装管脚数有管脚数有8 8、1010、1212、1414、1616等种类等种类金属壳封装金属壳封装管脚数有管脚数有8 8、1010、1212等种类等种类三、运放举例：F007 F007 1 2 3 48 7 6 5 F007761432582 2反相输入端反相输入端6 6输出端输出端3 3同相输入端同相输入端4 4负电源端负电源端7 7正电源端正电

8、源端8 8闲置端闲置端（NC）1 1、5 5接调零电位器接调零电位器1 1、最大输出电压、最大输出电压U UOPPOPP能使输出电压与输入电压保持不失真关系的最大输出电压。2 2、开环电压放大倍数、开环电压放大倍数A Auouo没有外接反馈时所测出的差模电压放大倍数。Auo一般约为一般约为104107（80-140)。3 3、输入失调电压、输入失调电压U UIoIo为使输出等于零而在输入端加的微小补偿电压。（调零工作已由调零电位器来完成）16.1.316.1.3运算放大器运算放大器的主要参数主要参数4 4、输入失调电流、输入失调电流I IIOIO当输入信号为零时，两个输入端的静态基极电流之差。

9、其值愈小愈好。一般在零点零几微安级。5 5、输入偏置电流、输入偏置电流I IIBIB当输入信号为零时，两个输入端的静态基极电流的平均值，其值愈小愈好。一般在零点几微安级。6 6、最大共模输入电压、最大共模输入电压U UICM ICM 运放对共模信号具有抑制的性能，但这个性能是在规定的共模电压范围内才具备。如超出这个电压，运放的共模抑制能力就大为下降，甚至造成器件损坏。 ri 高高:几十几十k 几百几百k 运放的特点：运放的特点：理想运放：理想运放： ri KCMRR很大很大KCMMRR ro 小：几十小：几十 几百几百 ro 0 A o 很很大大:104以上以上 107Ao 运放的特点和符号运

10、放的特点和符号运放符号：运放符号： u u+ uo A0 u u+ uo A0 u u+ uo 1.电压传输特性电压传输特性 uo= f (ui)下图所示为运放输入电压和输出电压之间关下图所示为运放输入电压和输出电压之间关系的特性曲线，系的特性曲线，称为称为传输特性传输特性。从图中看到，实。从图中看到，实际运放的传输特性与理想运放比较接近。际运放的传输特性与理想运放比较接近。线性区：线性区：uo = Auo( (u+ u)非线性区：非线性区：u+ u 时，时， uo = +Uo(sat) u+ u 时，时， uo = + Uo(sat) u+ 0 ui = Ui UR，uo=+ Uo (sat

11、)ui UR，uo= Uo (sat)URuouiR2+ R1+uiuoURR2+ R1+ uiuoOUR电压传输特性电压传输特性uiuoOURURuouiR2+ R1+uiuoURR2+ R1+Ot +Uo(sat) Uo(sat)uouitOUROuot +Uo (sat) Uo (sat)t1t2UZ UZuoRDZURuouiR2+ R1+电压传输特性电压传输特性 Uo(sat) +Uo(sat)uiuoOUR DZURuouiR+ R2R1021RuRUiRRiURRu12RiURRu12RURR12UZ UZ电压传输特性电压传输特性 Uo(sat) +Uo(sat)uiuoOURu

12、ouiR2+ R1+tuituo+Uo(sat)Uo(sat)DZuoui+ R电压传输特性电压传输特性 Uo(sat) +Uo(sat)uiuoOUZ-UZ电压传输特性电压传输特性 Uo(sat) +Uo(sat)uiuoOUZ-UZDZuoui+ R1R2* *滞回比较器滞回比较器o(sat)F22URRRUu时时当输出电压当输出电压o(sat)Uuo当输出电压当输出电压时时o(sat)F22URRRUuo(sat)Uuoo(sat)Uuo当当iUu时，时，当当iUu时，时，o(sat)Uuo信号加到反相信号加到反相输入端输入端引回正反馈引回正反馈R R2 2R R1 1u uo ou u

13、i iR RF F滞回比较器的传输特性滞回比较器的传输特性uoui0小于回差的干扰不会引起跳转小于回差的干扰不会引起跳转UU称为回差称为回差o(sat)UU上门限电压上门限电压o(sat)UU下门限电压下门限电压o(sat)oRiuuuuuiuR+ o(sat)oRiuuuu1.1. 矩形波发生电路矩形波发生电路Z122RURRRU双向稳压管,起输出限幅作用R R1 1和和R R2 2构成正反馈电路构成正反馈电路 起限流的作用起限流的作用反相输入端的电压反相输入端的电压cuu 电容两端电压的变化是电容电容两端电压的变化是电容通过电阻通过电阻R RF F的充放电实现的的充放电实现的R RF F和

14、和C C构成负反馈电路构成负反馈电路通过比较通过比较uu ,的大小可的大小可得出输出电压得出输出电压U UR RR R2 2R RF Fu uo ou uC CR R1 1R R3 3D DZ Z* *16.4 16.4 运算放大器在波形产生方面的应用运算放大器在波形产生方面的应用2TtcutouZUZU思考题：如何改变矩形波的周期思考题：如何改变矩形波的周期T T？RURU1.1.矩形发生器的波形矩形发生器的波形U UR RR R2 2R RF Fu uo ou uC CR R1 1R R3 3D DZ Z组成积分电路组成比较器R R2 2R RF FR R1 1u uo1o1D DZ ZR

15、 R5 5R R4 4C CF Fu uo ou uc cR R6 6R R3 32. 2. 三角波发生器三角波发生器ZURRu12o当当011uu电路工作稳定后电路工作稳定后, ,当当Z1Uuoo121Z1221)(uRRRURRRuo1uZUZU从从R R2 2R RF FR R1 1u uo1o1D DZ ZR R5 5R R4 4C CF Fu uo ou uc cR R6 6R R3 3ZUZUZURR12ZURR121F424TRCRR如何计算周期如何计算周期? ?2TZ122T0ZF42d1URRtUCRtto1uou三角波发生器的波形三角波发生器的波形3. 3. 锯齿波发生器锯

16、齿波发生器与三角波发生器电路基本相同。只是电与三角波发生器电路基本相同。只是电阻阻R R4 4被分为两路，使正负向积分的时间被分为两路，使正负向积分的时间常数不等。常数不等。16.5 16.5 使用运算放大器应注意的几个问题使用运算放大器应注意的几个问题1. 选用元件 根据实际要求来选用运算放大器根据实际要求来选用运算放大器, ,主要是根据主要是根据使用条件及运放的参数进行选择使用条件及运放的参数进行选择。2. 消振 这是为避免运算放大器内部晶体管的极间电容这是为避免运算放大器内部晶体管的极间电容和其他寄生参数的影响和其他寄生参数的影响, ,使电路产生自激振荡，即外使电路产生自激振荡，即外加消

17、振的方法。加消振的方法。3. 调零 由于运放内部参数不可能完全对称由于运放内部参数不可能完全对称, ,输入信号输入信号为零为零, ,输出可能不为零输出可能不为零, ,为此为此, ,在使用时必须调零。在使用时必须调零。4. 保护输入电压将限制在二极管的正向压降以下(1) (1) 输入保护输入保护R R2 2R R1 1R RF Fu ui iu uo o（2 2） 输出端保护输出端保护将两个稳压管反向串联,将输出电压限制在一定的范围内R R2 2R R1 1u uo ou ui iD DZ ZR RF F用二个二极管来保护,以护止正、负电源接反.- -E ER R2 2R R1 1u uo ou

18、 ui i+ +E E（3 3） 电源保护电源保护（5 5） 扩大输出电流扩大输出电流互补对称电路R R2 2R RB BR RF Fu ui iu uo o-E-EC CR R1 1R RB B+E+EC CT2T2T1T1D1D1D2D2运算电路运算电路要求要求1.1.了解集成运放的基本组成及其主要参数的意义；了解集成运放的基本组成及其主要参数的意义；理解运放的电压传输特性理解运放的电压传输特性2. 2. 熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路图及放大倍数公式。图及放大倍数公式。2. 2. 掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。3. 3.