《集成运算放大器》课件

集成运算放大器集成运算放大器（简称运放）是现代电子技术中应用最广泛的一种基本电路单元，它具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等特性。概述放大信号运算放大器是一种高增益放大器，可以放大输入信号的幅度，并将其传输到输出端。数学运算运算放大器可以进行各种数学运算，例如加法、减法、乘法、除法、积分和微分等。广泛应用运算放大器在电子电路中广泛应用，例如信号放大、滤波、控制等。运算放大器的历史11930年代真空管放大器21960年代晶体管放大器31970年代集成电路放大器什么是运算放大器运算放大器(OperationalAmplifier,简称Op-amp)是一种高增益、直流放大器，通常用于模拟电路设计中。它被广泛应用于各种电子系统，例如音频放大器、滤波器、信号调理电路等。运算放大器可以处理各种信号，包括音频、视频、温度、压力等。它可以进行信号放大、信号处理、信号比较等操作，因此是电子电路设计中必不可少的器件。理想运算放大器的特性无限大开环增益理想运放的开环增益为无限大，这意味着即使输入信号非常小，输出信号也会被放大到无限大。无限大输入阻抗理想运放的输入阻抗为无限大，意味着运放不会从输入端吸收电流。零输出阻抗理想运放的输出阻抗为零，这意味着运放可以驱动任何负载，不会造成电压降。无限带宽理想运放的带宽为无限大，这意味着运放可以放大任何频率的信号，而不会产生失真。实际运算放大器的特性有限的开环增益实际运算放大器具有有限的开环增益，与理想运算放大器的无限增益相比，这会导致输出信号失真。输入偏置电压实际运算放大器的两个输入端之间存在一个小的电压差，称为输入偏置电压，这会导致输出信号偏移。输入偏置电流实际运算放大器的输入端流过微小的电流，称为输入偏置电流，这会导致输出信号变化。有限的带宽实际运算放大器的频率响应有限，无法放大所有频率的信号，这会导致高频信号失真。运算放大器的静态特性1输入偏置电流静态情况下，运算放大器输入端流过的电流称为输入偏置电流。2输入偏置电压输入端为了使输出端处于零电平而必须加上的电压称为输入偏置电压。3开环增益运算放大器在无反馈的情况下，输出电压与输入电压之比，称为开环增益。4共模抑制比运算放大器对差模信号的增益与其对共模信号增益之比，称为共模抑制比。输入偏置电流和偏置电压输入偏置电流指运算放大器输入端流入或流出的电流。输入偏置电压指为了使运算放大器输出为零，需要在输入端施加的电压。输入差模电压和共模电压2差模两个输入端电压之差1共模两个输入端电压的平均值开环增益开环增益是指运算放大器在没有反馈的情况下，输出电压与输入电压之比。理想情况下，开环增益无限大。但实际上，开环增益会随着频率的增加而下降。因此，运算放大器的工作频率范围有限。共模抑制比100高CMRR高CMRR的运放能够有效抑制共模信号。10低CMRR低CMRR的运放可能会放大共模信号。输入/输出阻抗输入阻抗运算放大器输入端的等效阻抗。输出阻抗运算放大器输出端的等效阻抗。运算放大器的动态特性带宽运算放大器能够有效放大的频率范围，称为带宽。它表示频率响应曲线中增益下降到其最大值的一半时的频率。单位增益带宽单位增益带宽是指运算放大器增益为1时的带宽。对于大多数运算放大器，单位增益带宽是一个重要参数，因为它与带宽和开环增益相关联。相位裕度相位裕度是在闭环系统中，当增益为1时，反馈信号与输入信号之间的相位差。它反映了系统的稳定性，通常需要保持在一定的范围内，以确保稳定运行。稳定性运算放大器的稳定性是指它在闭环系统中是否会产生振荡。稳定性主要取决于相位裕度，适当的相位裕度可以确保系统的稳定性。带宽和单位增益带宽带宽运算放大器能够正常放大信号的频率范围。单位增益带宽当运算放大器的开环增益降至1（即0dB）时的频率。相位裕度和稳定性1相位裕度是指在闭环增益为0dB时，系统相位滞后于180度的差值。2稳定性是指系统在受到扰动后是否能恢复到原来的状态。3相位裕度与稳定性相位裕度越大，系统越稳定。运算放大器的等效电路模型为了更好地分析和理解运算放大器的特性和工作原理，通常用等效电路模型来描述它。等效电路模型将运算放大器简化为一些理想化的元件，如电压源、电流源、电阻等，方便我们进行电路分析和设计。常用的等效电路模型包括开环增益模型、差分放大器模型、输入输出阻抗模型等，这些模型分别侧重于描述运算放大器的不同特性。串联负反馈电路信号反馈输出信号的一部分被反馈到输入端。负反馈反馈信号与输入信号反相。闭环增益反馈回路改变了运算放大器的增益。稳定性负反馈提高了运算放大器的稳定性。并联负反馈电路1反馈信号反馈信号与输入信号并联。2反馈路径反馈信号通过反馈网络回到输入端。3反馈类型负反馈，即反馈信号与输入信号极性相反。电压跟随器电压跟随器是一种特殊的运算放大器电路，它能够将输入电压信号直接复制到输出端。电压跟随器的特点是输出电压等于输入电压，并且具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗，适合用于阻抗匹配和缓冲信号。带电压增益的互补负反馈电路带电压增益的互补负反馈电路，是指在输出端同时使用正反馈和负反馈，以实现特定的功能。这种电路设计往往用于高频放大器，可以提供更高的增益，并改善其稳定性。该电路采用了一种“互补”的设计理念，通过将正反馈和负反馈结合，可以实现对信号的放大和整形。应用电路实例：反相放大电路输入信号反相输出信号与输入信号相位相反。电压增益可调通过调整反馈电阻值，可以改变放大倍数。广泛应用于信号处理例如音频放大、信号滤波等。应用电路实例：运算放大器积分电路电路原理积分运算电路利用运算放大器的高增益特性，将输入信号的积分值输出。通过RC积分网络，将输入信号转换成输出信号的积分。应用场景积分电路在信号处理、控制系统、数据采集等领域有广泛应用，例如滤波、波形整形、模拟信号处理等。应用电路实例：运算放大器微分电路运算放大器微分电路，用于产生输入信号的导数，具有对信号变化率的敏感性，可用于检测信号的尖峰或突变。微分电路的输出电压与输入电压的变化率成正比，可用于信号处理、噪声抑制、波形整形等应用。应用电路实例：运算放大器加法电路运算放大器加法电路可以实现多个输入信号的加法运算。该电路利用运算放大器的负反馈特性，将多个输入信号的加权和作为输出信号。加法电路的应用十分广泛，例如在音频信号处理、图像处理等领域中用于信号叠加和混合。应用电路实例：运算放大器比较器电路运算放大器比较器电路是一个重要的应用电路，它可以用来比较两个电压的大小。当输入电压大于参考电压时，输出电压为高电平；反之，输出电压为低电平。比较器电路可以用于信号检测、过压保护、电压比较等应用。例如，在温度控制系统中，可以利用比较器电路将温度传感器输出的电压与设定温度进行比较，从而控制加热或冷却装置。应用电路实例：仪表放大器仪表放大器是一种常用的运算放大器电路，它可以精确地放大微弱的差分信号，并具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点，适用于传感器信号采集、信号处理等应用场景。仪表放大器通常由三个运算放大器组成，其中两个用于放大差分信号，另一个用于提供共模抑制功能。它可以实现高精度信号放大，并具有良好的共模抑制能力。芯片集成运算放大器集成电路集成电路将多个电路元件集成在一个小型芯片上，提高了可靠性、减少了尺寸，并降低了成本。集成运算放大器将运算放大器的各个电路模块集成在一个芯片上，使其功能更强大，结构更紧凑。集成运算放大器广泛应用于各种电子设备中，如信号放大、滤波、信号处理等。经典运放芯片和特殊用途运放经典运放芯片741、LM358、OP07等低噪声运放用于音频放大器，如OPA627。高速运放用于高频信号处理，如THS4501。轨到轨运放输出电压可达到电源轨电压，如LMP7721。新型运算放大器低噪声运放在音频和精密测量应用中，低噪声性能至关重要。这些运放专门设计以最小化噪声贡献，从而提高信号保真度。高速运放高速运放适用于高频应用，如数据采集、通信和控制系统。它