集成运算放大器及应用-集成运算放大器（电子技术课件）

集成运放3.1.1集成运放1.集成电路的概念

把晶体管、电阻、电容以及连接导线等，集中制造在一小块半导体基片上，形成具有电路功能的器件称为集成电路。2.集成电路的类型以集成度（即元件数量）可分为：一百以下的小规模集成电路；一百至一千个之间的中规模集成电路；一千至十万个之间的大规模集成电路；十万以上的超大规模集成电路。一、集成运放概述3.集成电路的优点集成电路具有体积小、重量轻、安装方便、功耗小、工作可靠等，因此被广泛采用。4.集成运放的概念集成运算放大电路简称集成运放，是一种高增益的多级直接耦合放大器，广泛的应用于信号处理，测量，波形产生等；由于它最初多用于各种模拟信号的运算上，故被称为集成运算放大电路。二、集成运放的组成及符号1.集成运放的组成框图偏置电路uid+

中间电压放大级输出级uo输入级图3.1.1集成运放的组成框图2.各组成部分的特点采用差分放大电路。要求输入电阻高，输入端耐压高，抑制温度漂移能力强，静态电流小。采用共发射极放大电路。要求有足够的放大能力。采用互补对称输出电路。要求输出电压范围宽，输出电阻小，非线性失真小。为各级放大电路提供合适的静态工作点。偏置电路uid+

中间电压放大级输出级uo输入级图3.1.1集成运放的组成框图3.集成运放的符号及含义（a）新国标符号（b）以往用过的符号“-”号表示反相输入端，指集成运放的输出信号与该输入端所加信号极性相反。“+”号表示同相输入端，指集成运放的输出信号与输入端所加信号极性相同。指集成运放开环增益为无穷大。集成运算放大器图3.1.2集成运放的符号4.集成运放实物图3.1.4LM324引脚图（1）封装形式、引脚排列金属壳封装双列直插式塑料封装图3.1.3集成运放封装与引脚图（2）运算放大器外形图图3.1.5集成运放实物图三、理想集成运放的主要参数1.理想集成运放真正的理想集成运放并不存在，但由于实际制造水平的提高，实际运放的各项指标与理想运放指标非常接近，因此，在实际应用中常将运放理想化。理想集成运放满足以下各项技术指标：

1.开环差模电压放大倍数

它是指集成运放在开环状态下（指输出端与输入端之间未接任何元件即不存在反馈）的差模电压放大倍数。

（1）差模信号和共模信号共模信号是指，即两个输入信号大小相同，极性相同。ui1=ui2差模信号是指，即两个输入信号大小相同，极性相反。

ui1=–

ui22.输入电阻它是指集成运放在开环状态下，输入差模信号时两输入端之间的动态电阻，反映差模输入时，集成运放向信号源索取电流的大小。3.输出电阻4.共模抑制比反映了集成运放对共模信号的抑制能力。5.输入失调电压、电流6.上限截止频率

它是指集成运放输出电压为零时，两个输入端所加补偿电压的大小、两个输入端的静态电流之差均为零。

反映集成运放的频率特性。集成运放的线性应用（一）1.集成运放的传输特性传输特性是指输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，如图所示，可分为线性区和非线性区。OuiduoUOM–UOM非线性区线性区一、线性区的集成运放图3.1.6电压传输特性3.2.1集成运放的线性应用（一）（1）线性区特点a虚短集成运放工作在线性区时，利用它的理想参数可以得到两个重要概念：“虚短”和“虚断”。由于uo=Aud(u+–u–)=Auduid，

而Aud

因此u+–u–=uo/Aud

0，即理想集成运放两个输入端的电位近似相等，相当于短路，但又不是真正的短路，称为虚短。b虚断

由于i+=uid/Rid

而Rid

，因此i+=uid/Rid

0，同理i–

0，即理想运放两个输入端的输入电流近似为零，称为虚断。2.非线性区特点对于工作在非线性区的理想集成运放，“虚短”的概念将不成立，但“虚断”的概念仍成立。开环状态有正反馈工作在非线性区的理想集成运放，通常有以下两种情况：图3.1.7常见的非线性区工作情况如图可知，当电路处于非线性区时，输出只存在+UOM和-UOM。Ouiduo+UOM–UOM非线性区线性区非线性区图3.1.6电压传输特性（1）当

u+<u–时,

uo=–UOM（2）当u+>u–时，uo=UOM

集成运放可以应用在各种运算电路上，以输入电压作为自变量，输出电压按一定的数学规律变化，反映出某种运算的结果。二、集成运放的线性应用

常见的运算电路有比例、加减、积分、微分等，利用这些运算电路实现同相放大、反相放大、差分放大以及信号的变换。注意：集成运放作运算电路时必须工作在线性区。1.反相比例运算电路其中，Rf为反馈电阻，构成电压并联负反馈组态。图3.2.1反相比例运算电路图中电阻R2称为直流平衡电阻，且RP=R1

∥Rf

。同相输入端通过RP接地，故u+=0，根据虚短的概念有：u-=u+；因u+=0，则u-=u+=0。图3.2.1反相比例运算电路因此集成运放两个输入端的电位均零，但反相输入端并没有真正直接接地，故称之为“虚地”。根据虚断和虚短概念有：ii=if

，u-=u+

于是有：

当

时，则，，即输出电压与输入电压大小相等，相位相反，称为反相器。

ii=if

u-=u+=0图3.2.1反相比例运算电路2.同相比例运算电路图3.2.2同相比例运算电路同相输入放大电路如图所示，Rf为反馈电阻，Rf

与R1

使运放构成电压串联负反馈电路。根据“虚短”和“