《模拟电子技术0》课件第13讲 集成运算放大器

5.4集成运算放大器集成运算放大器是采用集成制造工艺生产的直接耦合放大器，具有元件参数的一致性好，电路的连接紧凑，电路的面积和尺寸大幅减小，电路性能大幅提升等突出特点。

集成运放分类（按照工艺分）单极型：双极型：混合型：特点：工作电流大，输出功率较高；特点：输入阻抗高，功耗较小，工作的电压范围更宽；特点：输入阻抗高;电压放大倍数大，输出阻抗小，带载能力强。采用双极型晶体管实现运算放大器的内部电路；采用MOS管来实现运算放大器的内部电路；输入级采用MOS管，中间级和输出级采用双极型器件；5.4.1典型集成运算放大器结构原理1.集成运算放大器结构输入级：中间级：输出级：偏置电路：集成运算放大器结构一般采用差动放大电路，以期抑制零漂和共模信号。也称为电压放大级，具有较高的电压放大倍数。主要是实现信号的功率放大，降低输出级的输阻抗，提高输出功率，多采用互补推挽输出结构。主要是为各级提供合适的偏置电流和偏置电压，为放大器的动态工作创造良好的条件。2.集成运算放大器内部电路举例LM741的内部电路原理图同相输入端反相输入端输出端调零端调零端正电源负电源1）偏置电路镜像电流源：V8和V9，V12和V13V10和V11构成一组微电流源，IC10=I34+IC9IC8=IC9，V8的集电极电流IC8为输入级T1、T2提供静态偏流；IC12=IC13，IC13为中间级静态偏流，动态时V13充当中间级的恒流源负载；2）输入级V1与V3，V2与V4分别组成共集-共基放大电路，输入级是由左右两侧均为共集-共基组合放大器组成的差动放大电路。输入共模信号为正时，

IC8

↑,

IC9

↑，I34+IC9=IC10(恒定)，I34

↓，IC8↓，那么，正极性共模信号引起的输入级共集-共基放大电路的电流变化很小。输入差模信号时，I34保持不变，V4的集电极恒流源负载可以产生较高的电压放大倍数，输入级对输入的差模信号具有放大作用。由V5、V6、V7、R1、R2及R3组成恒流源电路，V7的基极取用的电流很小，可以忽略，因而V3、V4的集电极的电流近似相等。3）中间级V15和V16组成达林顿结构，V13充当V15和V16组成的共射极放大器的恒流源负载，由于动态时V13体现的动态电阻很高，因此本级的电压放大倍数较高。中间级的主要作用是产生较高的电压放大倍数。4）输出级由V18和V20构成互补推挽放大电路。V14及R6、R7组成BE扩大电路。R10和V19构成V18的过流保护电路；R9和V17构成V20的过流保护电路；二极管VD也具有限流保护作用。保护电路3.LM741的封装及符号(a)图：双列直插式封装（DIP-DualIn-linePackage）顶视图，8脚为空脚，使用时不连接。(b)图：LM741电路符号及外接调零电路，3脚和2脚分别为同相输入端和反向输入端，6脚为输出端，7脚和4脚分别表示正负电源的连接端，1脚和5脚为外接调零端。(c)图：为一般运算放大器的符号，当运算放大器没有调零端时，只标出两个输入端和输出端，电源也可以不画出。5.4.2运算放大器指标1.输入偏置电流IＢ指运算放大器两个输入端在静态时输入电流的平均值，也即运算放大器的两个输入端接地时输入电流的平均值。2.输入失调电流Ios指静态时运算放大器两个输入端电流之差的大小，其范围通常在1nA~0.1μΑ。3.输入失调电压Uos输入失调电压定义为在25°C时，把零输入情况下在运算放大器的输出端测量到的失调电压折算到输入端所对应的电压值，即4.输入失调电压温漂输入失调电压是随着温度的变化而变化的，在一定的温度范围内，把温度每变化1°C，引起的输入失调电压的变化量定义为输入失调电压温漂。5.输入失调电流温漂指在一定的温度范围内，把温度每变化1°C引起的输入失调电流的变化量定义为输入失调电流温漂。6.开环差模电压放大倍数是指运算放大器处于开环状态下，在输入端加差模信号uid时，输出电压uod与输入差模信号uid之比，即运算放大器的开环差模电压放大倍数较大，为表示方便起见也常用分贝表示7.共模电压放大倍数共模电压放大倍数是指输入共模信号uic时，运算放大器输出共模电压信号uoc与输入共模电压信号uic的比值，即8.共模抑制比KCMR指运算放大器开环差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，通常以分贝表示，即9.差模输入电阻rid是指运算放大器输入差模信号时，差模输入电压与差模输入电流值比。10.输出电阻ro是指把运算放大器看成信号源时等效的信号源内阻，通常在低频或直流情况下测定，取值一般为几十至几百欧。11.最大差模输入电压Uidmax指运算放大器正常工作时两个输入端所允许加载的最大差模电压。12.最大共模输入电压Uicmax是指保证运算放大器具有良好共模抑制能力情况下所能够承受的最大输入共模信号。13.最大输出电压Uomax指在额定电源和一定的负载条件下，运放能输出的最大不失真电压幅度。14.上限频率fH和单位增益频率fT当运算放大器的增益相对于中频增益下降3dB时所对应的频率点称为运算放大器的开环上限频率，一般运算放大器的开环上限频率很低，只有几赫兹到几百赫兹。当运算放大器的增益下降到0dB，即放大倍数为1时所对应的频率称为单位增益频率或单位增益带宽，用fT表示。15.转换速率SR转换速率也称为压摆率，是指在额定负载条件下，当输入