项目2-2.1 集成运放讲解

2-2.1集成运放一、集成电路基本知识

在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路(英文简称IC)。集成电路的体积很小，但性能却很好。自1959年世界上第一块集成电路问世至今，只不过才经历了四十来年时间，但它已深入到工农业、日常生活及科技领域的相当多产品中。例如在导弹、卫星、战车、舰船、飞机等军事装备中；在数控机床、仪器仪表等工业设备中；在通信技术和计算机中；在音响、电视、录象、洗衣机、电冰箱、空调等家用电器中都采用了集成电路。集成电路的技术发展将直接促进整机的小型化、高性能化、多功能化和高可靠性。毫不夸张地说，集成电路是工业的“食粮”和“原油”。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返回目录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分立电路是由各种单个元件连接起来的电子电路。

集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低。集成电路分类

集成电路是把整个电路的各个元件以及相互之间的连接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分的整体。按集成度按导电类型按功能小、中、大和超大规模双、单极性和两种兼容数字和模拟二、

集成运算放大器的结构

集成运算放大器简称运放，是一种多端集成电路。集成运放是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。早期，运放主要用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算，故称为运算放大器。现在，运放的应用已远远超过运算的范围。它在通信、控制和测量等设备中得到广泛应用。常见集成电路的封装形式圆壳式双列直插式扁平式单列直插式直插式单列扁平式各类型号集成芯片集成运算放大器的特点1.元器件参数的一致性和对称性好；

2.电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流源代替，电位器需外接；

3.电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感和变压器均需外接；

4.二极管多用三极管的发射结代替。差分输入级中间放大级输出级ui+_u0

集成运放的型号和种类很多，内部电路也各有差异，但它们的基本组成部分相同，如下图所示：运放的输入级。利用差分电路的对称特性可提高整个电路的共模抑制比和电路性能。中间级的主要作用是提高电压增益。一般由多级放大电路组成。输出级常用电压跟随器或互补电压跟随器组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。

集成运放内部主要有上述三个部分，其外部还常接有偏置电路，以便向各级提供合适的工作电流。集成运放的基本结构-UEE+UCCuo

u＋

u－反相端同相端T3T4T5T1T2IS输入级输出级中间级返回返回目录图示为常用μA741集成运放芯片产品实物图μA741集成运放的8个管脚排列图如下：μA74112438765调零端反相输入端同相输入端负电源端调零端输出端正电源端空脚反相输入端μA741集成运放图形符号∞＋＋－U0U+U-μA741集成运放外部接线图同相输入端－12V＋12V输出端子调零电位器管脚1和5分别与调零电位器的两个固定端相连调零电位器的可调端与管脚4相连∞＋－6513724＋运算放大器的符号反相输入端uO+–+u–u+同相输入端信号传输方向输出端+–+Auo理想运放开环电压放大倍数实际运放开环电压放大倍数运算放大器的其他符号－15V①②③④⑤⑥I3430PfR8⑦＋15VUi1IET1T3T7T5R1R2R3T4T6T2I82IB9T8IC9T9IB13IB122IB13T13IRR5R6T15R7D2D1T16T17T18T19T14R9T10T11R4I10Ui2741运放的内部电路图(1)开环电压放大倍数Au0

其数值很高，一般约为104~107。该值反映了输出电压U0与输入电压U＋和U－之间的关系。(2)差模输入电阻ri运放的差动输入电阻很高，一般在几十千欧至几十兆欧。(3)闭环输出电阻r0

由于运放总是工作在深度负反馈条件下，因此其闭环输出电阻很低，约在几十欧至几百欧之间。

指运放两个输入端能承受的最大共模信号电压。超出这个电压时，运放的输入级将不能正常工作或共模抑制比下降，甚至造成器件损坏。(4)最大共模输入电压Uicmax三、集成运放的主要技术指标

（5）最大输出电压UOPP

能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。愈小愈好

输入失调电压UIO

输入失调电流IIO

输入偏置电流IIB四、运算放大器传输特性实际运放电压传输特性表示运算放大器输出电压与输入电压之间关系的曲线称为传输特性。uOOUo(sat)–Uo(sat)Uim–Uim线性区正饱和区

负饱和区

若Auo=106

Uo(sat)=

15

V则

UIM

=

0.015mV运放要工作在线性区必须有负反馈。uOu++–+u–uO=Auo(u+

u

)理想运放电压传输特性五理想运算放大器及其分析依据uOOUo(sat)–Uo(sat)Uim–Uim线性区正饱和区

负饱和区

因为理想运放Auo

开环电压放大倍数

所以，当u+

>u

时，uO=+Uo(sat)u+<

u

uO=

Uo(sat)uou++–+u–uO=Auo(u+

u

)u+

=u

uO

发生跃变动画-虚短和虚断电子课动画集\51虚短和虚断.swf运放工作在线性区的依据

相当于两输入端之间短路,但又未真正短路，故称“虚短路”。相当于两输入端之间断路，但又未真正断路，故称“虚断路”。2．id

01．u+

u–运放开环输入电阻rid

id由于运放Auo

而uO

是有限值，故从式uO=Auo(u+

u

)，可知uOu++–+u–riduO+–+u–u+运放工作在非线性区的依据2．id

01．u+

u–由于运放工作在非线性区uO

Auo(u+

u

)rididuOOUo(sat)–Uo(sat)不再成立非线性区

非线性区

所以当u+

>u–

时，uO=+Uo(sat)u+

<u–

uO=

Uo(sat)依然成立u+

=u–

uO

发生跃变总结--集成运放工作在线性区的特点由可知，理想运放工作在线性区时，输出电压U0与输入电压Ui之间是线性放大关系。因Au0=∞，所以可导出运放工作在线性区差模输入电压等于