chapter16集成运算放大器(电工电子技术)

上一章知识点回顾放大电路的“放大”本质以及性能指标。典型电路共发射极放大电路。特点：分压式偏置放大电路射集输出器。特点：差分放大电路。特点：互补对称功率放大电路。特点：存在问题：非线性失真：静态工作点Q的稳定分压式偏置放大电路零点温漂：两个差分对称管，具有RE“长尾”式差动放大电路。放大电路的分析方法：静态分析（静态工作点）：1.估算法，2.图解法：直流负载线动态分析：1.微变等效电路，2.图解法：直流负载线，交流负载线。多级放大电路：直接耦合和阻容耦合第16章集成运算放大电路16.2运算放大器在信号运算方面的应用16.3运算放大器在信号处理方面的应用16.5使用运算放大器应注意的几个问题16.1集成运算放大器的简单介绍16.1集成运算放大器的简单介绍集成电路概念集成电路的优缺点集成运算放大器的组成集成运算放大器的特点及符号运算放大器的传输特性集成电路概念相对于分立电子电路而言的，利用一定的生产工艺把整个电路的各个元器件及它们之间的连线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、具有一定功能的固体器件。集成电路的优缺点：优点1.使用方便、体积小、重量轻、功耗小。2.减少了电路的焊点，提高了工作的可靠性。3.同一个硅片上的元器件相互离得很近，性能和温度特性较一致，容易建立相同特性的对称晶体管。4.实现了元件、电路和系统的三者统一。缺点1.电阻太高或太低都不易制造。100~30kΩ2.电感难于制造。3.大电容不易制造，电容一般不超过200pF。4.必须使用这些器件的场合，大多采用外接的方法。集成运算放大器的组成电路方框图中间级输入级输出级偏置电路通常采用互补对称功率放大电路，带负载能力强，给出足够的输出电流io，输出阻抗ro小。采用共发射集放大电路，放大管采用复合管，具有足够大的电压放大倍数。通常采用差动放大电路，能够尽量抑制零点漂移,尽量提高KCMRR,

输入阻抗ri尽可能大集成运算放大器：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。采用恒流源电路，给各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级静态工作点。集成运算放大器特点及符号集成运放理想运放Ao很大:80~140dBAo

KCMRR很大：90dBKCMMRR

ri高:几十k

几百kri

ro小：几十~几百ro

0运放符号－＋＋u－u+uoA0＋u－u+uo－＋＋u－u+uo集成运算放大器的封装形式金属壳封装双列直插式贴片式F006（5G24）引脚和接线图接线图顶视图

反相输入端

同相输入端输出端运算放大器的传输特性+UO(sat)-UO(sat)线性区饱和区饱和区运算放大器的传输特性例F006运算放大器的正、负电源电压为±15V，开环电压放大倍数AU0=2105,输出最大电压（即Uo(sat))为±13V。在下图电路中分别加如下电压，求输出电压及其极性：－＋＋

u－u+

uo运算放大器的传输特性解只要两个输入端之间的电压绝对值超过65µV，输出电压就达到正或负的饱和值。输出电压输出电压输出电压输出电压运算放大器线性应用时的特点线性区很窄（微伏级），即使输入毫伏级信号，也可能使输出饱和，如果存在干扰也使开环工作不稳定。运放在线性区工作，通常引入深度电压负反馈。放大电路A反馈回路F+–3.如果信号从反向端输入，同相端接地，由虚断，

根据虚短，，反相端近于“地”电位，即虚地。工作在线性区时的分析依据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。工作在线性区时的分析依据注意：“虚短，虚断，虚地”概念的“虚”的含义虚短：，“虚”的含义是输入电流很小，几乎为“0”，但不等于“0”，否则就没有输入电流了。虚假的短路虚断：，“虚”的含义是输入电压很小，两端电位几乎相等，因此不能将反相输入端和同相输入端直接相联，否则就没有输入电压了。虚假的开路。虚地：，“虚”的含义是电位几乎为“0”，但不等于“0”，因此，反相端和同相端虚假接地，否则就没有输入电压了。“虚”的目的就是为了分析计算带来的便利，按照这些依据可以带来很精确地“估算”。工作在饱和区时的分析依据当时，当时，其饱和值接近正负电源电压值，在饱和区的应用通常在比较器和波形发生器电路，是集成放大器的开环应用。16.2运算放大器在信号运算方面的应用比例运算电路加法运算电路减法运算电路积分运算电路微分运算电路反相比例运算

反相比例运算电路虚断虚断IIIF虚短U-

U+0

电压增益

虚短虚地注意：平衡电阻，保证输入端对地的静态电阻相等。平衡电阻：基尔霍夫电压定律U-

0

I_0I_0同相比例运算

虚断UI=U+

虚短U+=U-=UI电压增益

I+=I-0

同相比例运算电路

电压跟随器作用：输入电阻大输出电阻小隔离缓冲请思考：当或此电路有什么特点？A1RFRRUIUOIF加法运算反相加法运算电路平衡电阻：虚地U-

0

虚断基尔霍夫加法运算反相加法运算电路利用叠加原理单独作用时注意：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.反相比例运算电路差动减法运算

差动减法运算电路

反相输入端

同相输入端虚短：两个输入端都有信号输入，则为差动输入，在测量和控制系统应用较多。差动输入：平衡电阻：差动减法运算

差动减法运算电路

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。运用叠加原理，由同相输入及反相输入的结论进行计算。运用戴维宁，开路电压，去源等效电阻。虚断虚地U-

U+0

当输入信号是阶跃直流电压UI时积分运算电路

AR'R+_+_CCIuiiOu+_输出电压是输入电压的微分微分运算电路

输出电压是输入电压的微分

积分电路中的电容和电阻交换位置

电压比较器的功能是将输入的模拟信号与一个参考电压进行比较，当两者相等时产生跃变，由此判别输入信号的大小和极性。电压比较器用于自动控制、波形变换、模数转换及越限报警等。

16.3.3电压比较器集成运放构成电压比较器时，多处于开环或正反馈的工作状态，即工作在非线性区。16.3运算放大器在信号处理方面的应用将运放任一输入端加上输入信号。而另一输入端加入参考电压，即可构成电压比较器，如图所示。电压传输特性Ui为输入电压，UR

为参考电压当ui>UR时，uo=–Uo(sat)ui

UR时，uo=+Uo(sat)ui

=UR时，uo

发生跃变uooUO(sat)–UO(sat)uoR1R2ui+–+–UR+–+–+uR+当UR=0时，即输入电压和零电平比较，称为过零比较器。电压传输特性uooUO(sat)–UO(sat)uo若图中ui为正弦波，画出uo的波形。otR1R2ui–+–UR–+–++uootUO(sat)–UO(sat)

在输出端与地之间接一个双向稳压管，即可把输出电压限制在某一特定值，以和接在数字电路的电平匹配。电压传输特性

11.4.2电压比较器UO(sat)–UO(sat)UZ–UZuoRR1R2+–+DZui+–+–uoo限幅电压比较器16.5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