电工电子学：集成运算放大器及其应用

第六章集成运算放大器及其应用26.1集成运算放大器集成电路（IC）：集成电路（integratedcircuit）是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的三极管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。3集成电路按集成度可分为六大类:小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）、特大规模集成电路（ULSI）和巨大规模集成电路（GLSI）根据功能与工作机理不同分为:数字IC、模拟IC优点：体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。4集成电路发展历程

1958年,美国德克萨斯州仪器公司的工程师基尔比(JackKilby)在一块半导体硅晶片上将电阻、电容等分立元件集成在里面,制成世界上第一片集成电路。

5它是模拟集成电路最重要的组成，广泛应用于用于模拟运算、信号处理、信号测量、波形转换、自动控制等领域。66.1.2集成运算放大器的符号和参数1.运算放大器的符号输出端同相输入端反相输入端uou–u++–+Auo开环差模电压放大倍数7uou–u++–+Auo差模输入信号两个输入端的信号电压大小相等，极性相反。假设Ad=105，u+=0.05mV，u-=-0.05mVuo=10V共模输入信号两个输入端的信号电压大小相等，极性相同。理想情况假设u+=u-=1V=uicuo=0实际情况uo=10V共模放大倍数有用的信号无用的信号差模放大倍数8①共模抑制比KCMR差模放大倍数与共模放大倍数比值的绝对值。即KCMR越大，说明电路对有用信号的放大能力越强，抑制零点漂移的能力越强，表明电路的性能越好。一般在104以上。2.运算放大器的主要参数9产生零点漂移的主要原因：温度变化，直流电源波动，器件老化。其中三极管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。UOUO理想放大器UO=0实际放大器UO不断波动当uI＝0时，输出电压不断变化而偏离零点的现象称为零点漂移。uou–u++–+Auo10②开环差模电压放大倍数无反馈情况下的空载电压放大倍数。Auo一般约为104～109③差模输入电阻rid差模信号输入时，运放的开环（无反馈）输入电阻。rid一般约为几十千欧至几十兆欧。11④最大输出电压Uom使输出电压和输入电压保持线性关系的最大输出电压。该值与外加电源电压值有关。uou–u++–+Auo126.1.3集成运放的电压传输特性、理想模型和分析依据1.电压传输特性uo0Uom–UomUim–Uim线性区非线性区

非线性区

若Auo=106±Uom=±15V则±Uim

=±0.015mV在线性区uou–u++–+Auo13例已知某运放的开环电压增益Auo为104，最大输出电压Uom＝±10V，输入信号（ui＝u+-u-)加在两个输入端之间，设ui=0时，uo=0，试问：①ui=0.5mV时，uo=（）？②ui=-1mV时，uo=（）？③ui=1.5mV时，uo=（）？5V-10V10V142.理想运放模型①开环电压放大倍数

②开环输入电阻③开环输出电阻④共模抑制比在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理想的运算放大器。理想化的主要条件：uou–u++–+∞153.分析运放电路的基本依据

相当于两输入端之间短路，但又未真正短路，故称

“虚短”

。相当于输入端断路，但又未真正断路，故称“虚断”。b.i+＝i–=0a.u+=u–

且uo

为有限值，∴

u+=u–∴

i+＝i–=0uou–u++–+∞166.3集成运算放大器的线性应用uou–u++–+∞比例运算电路加法运算减法运算176.3.1比例运算电路uoR1+–+∞ui+–R2RF1.反相比例运算电路由运放工作在线性区的依据虚短虚断i+＝i–=0得：u+=u–因为所以i1ifi–i+电压并联负反馈虚地18由此得出闭环电压放大倍数则uoR1+–+∞ui+–R2RFuoR1+–+∞ui+–R2R1反相器19uoR1+–+∞ui+–R2RF电路的输入电阻：输出电阻很小！近似为0。平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等。输入电阻不大。202.同相比例运算电路–uoR1+–+∞ui+R2RFi1ifu-=u+=ui电路的输入电阻：ri=∞输出电阻很小！近似为0。由虚短得由虚断得整理得21–uo+–+∞ui+R2RF则uo=ui电压跟随器22例电路如图所示。已知R1=50kΩ，RF=100kΩ，ui=1V，求输出电压uo，并说明输入级的作用。解：–+–+∞ui+R2R1+–+∞RFuo1–uo+电压跟随器反相比例运算电路236.3.2加法和减法运算电路1.加法运算电路uoR3+–+∞ui3R4RFR2ui2R1ui1联立上列各式求解得u-=u+=0ii3ii2ii1iifA对结点A列KCL电流方程242.减法运算电路uoR2+–+∞R2R1ui2R1ui1i1i2i3i4整理得25例电路如图所示。求输出电流io与输入电压ui的关系，并说明改变负载电阻RL对io有无影响。–io+–+∞ui+R2RLR1解：分析：AB根据虚断，电阻R1上没有电流，则u-=uA。根据虚短u-=u＋，则电阻R2两端电压为ui。改变负载电阻RL对io无影响。该电路是电压控制电流源。26例R1=10//10=5kΩ电路如图所示。试求uo与ui的关系式。并给出电阻R1合适的值。uo10kΩ+–+∞uiR110kΩ解：则：根据虚短R1为平衡电阻27由理想运放A1、A2组成的电路如图所示。试写出uo的表达式。uo1uo2例＋－RL