第5章 集成运算放大器

集成电路:它是用一定的生产工艺把晶体管、场效应管、二极管、电阻、电容、以及它们之间的连线所组成的整个电路集成在一块半导体基片上，封装在一个管壳内，构成一个完整的、具有一定功能的器件，也称为固体器件优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小，实现了元件、电路和系统的三结合第5章集成运算放大器集成电路中元器件的特点1.单个的精度不是很高,但由于是在同一硅片上、用相同工艺生产出来的，性能比较一致元器件相互离得很近,温度特性较一致3.电阻一般在几十欧至几十千欧、太高或太低都不易制造

4.电感难于制造,电容一般不超过200pF,大电容不易制造返回目录5.1集成运算放大器的基本组成集成运算放大器：是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路电路方框图中间级输入级输出级偏置电路

尽量减小零点漂移,尽量提高KCMRR,

输入阻抗ri尽可能大，常采用差分放大电路中间级应有足够大的电压放大倍数，常由一级或几级电压放大电路构成输出级主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io，输出阻抗ro小，常采用互补对称电路内部电路返回目录偏置电路为各级电路提供偏置电流集成电路的封装双列直插式塑料封装管脚数有8、10、12、14、16等种类金属壳封装管脚数有8、10、12等种类返回目录每两个运放共用一个偏置电阻四个运放共用VDD、VSS端C14578外引线排列图返回目录F007（5G24）外引线图反相输入端同相输入端输出端接线图顶视图返回目录放大原理

为了使左右平衡，可设置调零电位器R

P

。5.1.2典型差分放大电路

RP+UCCRCT1RBRCT2RBEEREui1ui2u0+++---RP返回零点漂移的抑制ui1

=ui2

=0RE:对共模信号有很强负反馈作用,

抑制温度漂移。对差模信号基本上不影响放大效果。温度IC1IC2IE

UBE1UBE2IB2IB1IC1IC2返回UBE1.双端输入-双端输出差模信号ui1uo+UCCRCT1RBRCT2RBui2-UEERE+_--++ui返回IEICIB-+UBET1RBRERCEE+UCCUCE+-（1）静态分析IB1=IB2=IBIC1=IC2=IC=IB

IC1=IC2=ICUE1=UE2

=－IBRB－UBE

UCE1=UCE2

=UC1－UE1UC1=UC2=UCC－ICRC

返回（2）动态分析

RE对差模信号不起作用，负载RL中点的电位不变。T1RBRCT2RBRC+UCCui1ui2uo1uo2uo＋－＋－＋－＋－－

＋ui＋－RL2RL2（2）动态分析单管差模电压放大倍数为：iBiC①双端输出电压返回u01ui1RCT1RB++--RL2②差模电压放大倍数式中差模输入电阻为差模输出电阻为返回2.双端输入-单端输出++UCCRCT1RBRCT2RBuiEEREui1ui2uC1uC2++++-----返回

双端输入信号为：RE足够大时，两管取得的信号认为是一对差模信号.同相输出单端输出的电压放大倍数为双端输出的一半.反相输出共模抑制比或返回单入单出电路单入双出电路双端输出：Ad

=Ad1单端输出：对Ad而言，双端输入与单端输入效果是一样的。双端输入：vi1=-vi2=0.5vi单端输入：vi1=vi

，vi2=0双(单)端输入双端输出：Avd

=Avd1双(单)端输入单端输出：（负载开路时）（负载开路时）结论：（2）共模信号输入理想的差分放大电路是完全对称的，因此共模信号输入时，输出电压与输入共模电压之比AC=0。但由于每管的零点漂移仍然存在，电路不可能完全对称，因此AC并不为0。通常差模电压放大倍数Ad与共模信号放大倍数AC的比定义为共模抑制比，用KCMR表示。此值越大，电路抑制零点漂移的能力越强。一.结构互补对称：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。5.1.3互补对称功率放大电路

二、工作原理（设ui为正弦波）ic1ic2

静态时：ui=0Vic1、ic2均=0（乙类工作状态）

uo=0V动态时：ui

0VT1截止，T2导通ui>0VT1导通，T2截止iL=ic1

;iL=ic2T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。5.1.4集成运放的原理和符号uc1+UCCR1T1R4R2T2R3ISuo-UCCT3T4T5D2D1uc2uiuc3+－运放符号：－＋＋

u－

u+

uoA0－＋＋

u－

u+

uoA0－＋＋

u－

u+

uo返回目录5.1.4运放的特点和符号开环差模电压放大倍数A0，也称开环增益，通常用分贝（dB）表示，即：共模抑制比KCMR一般为70－130dB.输入电阻ri一般为105－1011欧输出电阻r0一般为几十至几百欧

ri高:几十k

几百k运放的特点：理想运放：

ri

KCMR很大KCMR

ro小：几十~几百

ro

0

Ao很大:104以上~107Ao

运算放大器的传输特性+UO(sat)-UO(sat)线性区饱和区饱和区返回目录运算放大器线性应用时的分析依据1.差模输入电阻,两个输入端的输入电流可认为是零，即虚断。2.开环电压放大倍数，输出电压是一个有限值，即虚短。如果信号从反向端输入，同相端接地

反相端近于“地”电位，即虚地。返回目录运算放大器在饱和区时的情况当时，例题当时，注意：此时输入端的输入电流也等于零返回目录5.3.1负反馈的概念凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号进行叠加，就称为反馈。

若引回的信号削弱了输入信号，称为负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。5.3放大电路中的负反馈返回基本放大电路Ao反馈回电路F+–2.反馈环节放大：反馈：叠加：1.反馈框图返回反馈电路的放大倍数：引入负反馈后，放大倍数减小，︱Af︱<︱A0︱，︱1＋FA0︱称为反馈深度，它的值越大，︱Af︱越小，表明负反馈越强。︱1＋FA0︱>>1时，称为深度负反馈，此时ufudRf、RE1组成反馈网络，反馈系数为：+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+UCCuoui+–T1T2Rf返回

反馈示例例题11.负反馈的类型

（1）电压反馈和电流反馈

根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。①电压反馈。如果反馈信号取自电压信号，叫电压反馈。电压负反馈具有稳定输出电压、减小输出电阻的作用。②电流反馈。如果反馈信号取自电流信号，叫电流反馈。电流负反馈具有稳定输出电流、增大输出电阻的作用。返回5.3.2运算放大器中的负反馈电压反馈并联反馈基本放大电路A0反馈电路F+-基本放大电路A0反馈电路F+-

(2)串联反馈和并联反馈根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。①串联反馈。反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入信号电压比较的，叫串联反馈。②并联反馈。反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流与输入信号电流比较的，叫并联反馈。

串联反馈使电路的输入电阻增大，并联反馈使电路的输入电阻减小。返回基本放大电路A0反馈电路F+-+-+-基本放大电路A0反馈电路F串联反馈并联反馈1.并联电压负反馈反馈电流正比于输入信号与反馈信号在输入端相并联,并联反馈净输入电流被削弱负反馈返回目录2.串联电压负反馈反馈电压差值电压反馈电压取自输出电压反馈信号与输入信号在输入端串联串联反馈反馈电压削弱了净输入电压负反馈返回目录3.串联电流负反馈输出电压反馈电压取自输出电流电流反馈反馈信号与输入信号在输入端串联串联反馈返回目录电流反馈4.并联电流负反馈净输入电流被削弱负反馈反馈电流输入信号与反馈信号的输入端相并联,

并联反馈返回目录运放负反馈总结反馈电路直接从输出端引出的,是电压反馈从负载电阻的靠近“地”端引出，是电流反馈2.输入信号和反馈信号分别加在两个输入端上的，是串联反馈加在同一个输入端上的是并联反馈3.反馈信号使净输入信号减小的是负反馈反馈信号使净输入信号增大的是正反馈返回目录2.负反馈的判别(1)负反馈判别步骤③是否为负反馈？判别反馈的类型。①找出反馈网络（电阻）。②判别是交流反馈还是直流反馈？返回⑵判断负反馈的方法①瞬时极性法假设输出端信号有一定极性的瞬时变化，依次经过反馈、比较、放大后，再回到输出端，若输出信号与原输出信号的变化极性相反，则为负反馈。反之为正反馈。如果是电压反馈，则要从输出电压的微小变化开始。如果是电流反馈，则要从输出电流的微小变化开始。判断时在输入端也要反映出反馈信号与输入信号的比较关系。返回②输出端短路法反馈元件中无信号为电压反馈。反馈元件中有信号为电流反馈。③输入端短路法反馈元件中无信号为并联反馈。反馈元件中有信号为串联反馈。返回ubeuc1ub2uc2此电路为两级电压串联负反馈+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+UCCuoui+–T1T2Rf

uf返回判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。例题

uouiiiBiFuFRE2Rf

RE1RC1RC2+UCCiE2电流反馈并联反馈iE2uFiFiBuC1uB2uC1uB2iB2iE2返回判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。例题

RCRB1RB2RE1RE2CEC2C1+UCCuouiubeie对交流信号：ieueube=ui-ueibieRE1：交直流电流串联负反馈。RE2：直流电流串联负反馈。返回判断图中RE1、RE2的负反馈作用。例题

1.降低放大倍数Ao:开环放大倍数Af:闭环放大倍数5.3.3负反馈对放大电路工作性能的影响其中,返回称为深度负反馈。反馈深度引入负反馈使电路的稳定性提高。2.提高放大倍数的稳定性

在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。求导后如果，故返回3.改善波形失真Aouiuiuouduo小大AF+–略小略小略小返回4.对放大电路输入电阻的影响(1)串联反馈使电路的输入电阻增加(2)并联反馈使电路的输入电阻减小返回 串联负反馈放大电路中，由于uI被uF抵消一部分，致使信号源供给的输入电流减小，意味着增高了输入电阻。 并联负反馈放大电路中，信号源除了供给iD外，还要增加一个分量iF，致使输入电流iI增大，意味着减小了输入电阻。[解]先将放大电路化为微变等效电路，再由等效电路入端计算输入电阻rif无负反馈时可见串联电流负反馈使输入电阻增高。返回计算串联电流负反馈放大电路的输入电阻。例题

5.对放大电路输出电阻的影响(1)电压反馈使电路的输出电阻减小

C:/WINDOWS/My%20Documents/%E7%AC%AC16%E7%AB%A0.ppt%23-1,130,16.9.2%20%20%E5%85%B8%E5%9E%8B%E5%B7%AE%E5%8A%A8%E6%94%BE%E5%A4%A7%E7%94%B5%E8%B7%AF%20电流反馈使电路的输出电阻增加返回 电压负反馈具有稳定的输出电压u0的作用，因此具有恒压输出特性，这种放大电路的内阻即输出电阻很低。 电流负反馈具有稳定的输出电流i0的作用，因此具有恒流输出特性，这种放大电路的内阻即输出电阻很高。5.4运算放大器在信号运算方面的应用1.比例运算(1)反相输入返回目录平衡电阻，保证输入端对地的静态电阻相等电路的输入电阻平衡电阻返回目录RR2R1Fuiuo电位为零，虚地电位为零

注意虽然但不能将反相输入端和同相输入端直接相联或者直接接地返回目录(2)同相输入请思考：当或此电路有什么特点？例题返回目录2.加法运算(1)反相加法器返回目录平衡电阻加法运算电路与运算放大器本身的参数无关,只要电阻阻值足够精确,就可保证加法运算的精度和稳定性.返回目录(2)同相加法器此电路若以为输入，则输出为：请想一想：外接的各电阻关系如何？反相求和电路与同相求电路相比有什么优点？3.减法运算图中电路的输入方式也称做差动输入由同相输入及反相输入的结论，运用叠加定理返回目录请思考：如何选择电阻，能得出如下结论差动输入方式下的电压放大倍数注意：这种输入方式存在较大的共模电压，应选用KCMRR较大的运放，并应注意电阻阻值的选取。例题返回目录4.积分运算反相输入虚地例题返回目录应用举例在电路的输入端输入方波，输出是什么波形？返回目录思考题：在图示电路中，输入电压试求输出电压的幅值，并画出的波形图。返回目录5.微分电路应用举例返回目录3.电压比较器参考电压运算放大器工作于开环状态输入差模信号很小,也会使输入电压饱和.返回目录当UR=0时,输入电压和零电平比较,称为过零比较器.返回目录在输出端加一个双向稳压管作双向限幅用返回目录限幅器tuiu0tUZ-UZ应用举例返回目录思考题：图示电路电路中的运放处于线性状态，但外围电路有非线性元件（二极管、三极管），讨论输入与输出的关系。ui>0时：ui<0时：返回目录滞回比较器时当输出电压当输出电压时当时，当时，信号加到反相输入端引回正反馈返回目录滞回比较器的传输特性uoui0小于回差的干扰不会引起跳转称为回差上门限电压下门限电压思考题返回目录16.7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,主要是根据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和其他寄生参数的影响,使电路产生自激振荡，即外加消振的方法。3.调零由于运放内部参数不可能完全对称,输入