运算放大器原理及应用.doc

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1、集成运算放大器将电路的元器件和连线制作在同一硅片上，制成了集成电路。随着集成电路制造工艺的日益完善，目前已能将数以千万计的元器件集成在一片面积只有几十平方毫米的硅片上。按照集成度（每一片硅片中所含元器件数）的高低，将集成电路分为小规模集成电路(简称SSI)，中规模集成电路(简称MSI),大规模集成电路(简称LSI)和超大规模集成电路(VLSI)。运算放大器实质上是高增益的直接耦合放大电路，集成运算放大器是集成电路的一种，简称集成运放，它常用于各种模拟信号的运算，例如比例运算、微分运算、积分运算等，由于它的高性能、低价位，在

2、模拟信号处理和发生电路中几乎完全取代了分立元件放大电路。集成运放的应用是重点要掌握的内容，此外，本章也介绍集成运放的主要技术指标，性能特点与选择方法。一、集成运算放大器简介1.集成运放的结构与符号1.结构集成运放一般由4部分组成，结构如图1所示。图1集成运放结构方框图其中：输入级常用双端输入的差动放大电路组成，一般要求输入电阻高，差摸放大倍数大，抑制共模信号的能力强，静态电流小，输入级的好坏直接影响运放的输入电阻、共模抑制比等参数。中间级是一个高放大倍数的放大器，常用多级共发射极放大电路组成，该级的放大倍数可达数千乃数万倍

3、。输出级具有输出电压线性范围宽、输出电阻小的特点，常用互补对称输出电路。偏置电路向各级提供静态工作点，一般采用电流源电路组成。2.特点：硅片上不能制作大容量电容，所以集成运放均采用直接耦合方式。运放中大量采用差动放大电路和恒流源电路，这些电路可以抑制漂移和稳定工作点。电路设计过程中注重电路的性能，而不在乎元件的多一个和少一个用有源元件代替大阻值的电阻常用符合复合晶体管代替单个晶体管，以使运放性能最好3.集成运放的符号从运放的结构可知，运放具有两个输入端vP和vN和一个输出端vO，这两个输入端一个称为同相端，另一个称为反相端

4、，这里同相和反相只是输入电压和输出电压之间的关系，若输入正电压从同相端输入，则输出端输出正的输出电压，若输入正电压从反相端输入，则输出端输出负的输出电压。运算放大器的常用符号如图2所示。图2运算放大器常用符号其中图2a是集成运放的国际流行符号，图2b是集成运放的国标符号，而图2c是具有电源引脚的集成运放国际流行符号。图3是目前EDA软件中使用的集成运放的图形符号。图3EDA软件中使用的集成运放的符号从集成运放的符号看，可以把它看作是一个双端输入、单端输出、具有高差模放大倍数的、高输入电阻、低输出电阻、具有抑制温度漂移能力的

5、放大电路。2.集成运放的主要技术指标集成运放的主要技术指标，大体上可以分为输入误差特性、开环差模特性、共模特性、输出瞬态特性和电源特性。1.输入误差特性输入误差特性参数用来表示集成运放的失调特性，描述这类特性的主要是以下几个参数：（1）输入失调电压VOS对于理想运放，当输入电压为零时，输出也应为零。实际上，由于差动输入级很难作到完全对称，零输入时，输出并不为零。在室温及标准电压下，输入为零时，为了使输出电压为零，输入端所加的补偿电压称为输入失调电压VOS。VOS大小反映了运放的对称程度。VOS越大，说明对称程度越差。一般V

6、OS的值为1mV~20mV，F007的VOS为1~5mV。（2）输入失调电压的温漂是指在指定的温度范围内，VOS随温度的平均变化率，是衡量温漂的重要指标。不能通过外接调零装置进行补偿，对于低漂移运放，<1mV/°C，普通运放为(10~20)mV/°C。（3）输入偏置电流IB输入偏置电流是衡量差动管输入电流绝对值大小的标志，指运放零输入时，两个输入端静态电流、的平均值，即IB=(+)差动输入级集电极电流一定时，输入偏置电流反映了差动管b值的大小。IB越小，表明运放的输入阻抗越高。IB太大，不仅在不同信号源内阻时，对静态工作点

7、有较大的影响，而且也影响温漂和运算精度。（4）输入失调电流零输入时，两输入偏置电流、之差称为输入失调电流，即=

8、-

9、，反映了输入级差动管输入电流的对称性，一般希望越小越好。普通运放的约为1nA~0.1mA，F007的约为50~100nA。（5）输入失调电流温漂输入失调电流温漂指在规定的温度范围内，的温度系数，是对放大器电流温漂的量度。它同样不能用外接调零装置进行补偿。典型值为几个nA/°C。2.开环差模特性参数开环差模特性参数用来表示集成运放在差模输入作用下的传输特性。描述这类特性的参数有开环电压增益、最大差模输入电压、差

10、模输入阻抗、开环频率相应及其3dB带宽。（1）开环差模电压增益开环差模电压增益指在无外加反馈情况下的直流差模增益，它是决定运算精度的重要指标，通常用分贝表示，即，=不同功能的运放，相差悬殊，F007的为100~106dB，高质量的运放可达140dB。（2）最大差模输入电压指集成运放反相和同相输入端所能承