第四章 集成运算放大器 - Shandong University.ppt

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1、第四章集成运算放大器运算放大器(operationalamplifier)简称为运放，是一种高增益直流放大器，最初因用在模拟计算机中进行各种数学运算而得名，如果将整个运算放大器制成在一个小硅片上，就成为集成运算放大器(integratedoperationalamplifier)。由于集成运放具有性能稳定、可靠性高、寿命长、体积小、重量轻、耗电量少等优点得到了广泛应用。可完成放大、振荡、调制、解调及模拟信号的各种运算和脉冲信号的产生等。本章将介绍集成运放的基本知识、基本电路及其主要应用。主要内容第一节运算放大器的基本知识第二节运算放大器的基本电路第三节运算放

2、大器的应用第一节运算放大器的基本知识一.集成运算放大器的组成集成运放通常由输入放大级、中间电压放大级、输出级以及偏置电路等四部分组成。输入级采用差动放大电路，要求输入阻抗高、零点漂移小、抗共模干扰能力强；中间级一般由共发射极放大电路构成，主要用于高增益的电压放大；输出级与负载相接，要求输出阻抗低、带负载能力强、能够提供足够大的电压与电流；偏置电路一般由恒流源电路构成，给上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点。此外，电路还备有过流保护电路。集成运放的基本组成右图是运算放大器的电路符号。它有两个输入端和一个输出端。反相输入端标“-”号，同相输

3、入端标“+”号。输出电压与反相输入电压相位相反，与同相输入电压相位相同。此外还有两个端分别接正、负电源，有些集成运放还有调零端和相位补偿端。在电路中不画出。二.集成运算放大器的使用1.调零实际运算放大器，当输入为零时输出并不为零，采用调零技术可使输入为零时输出也为零。2.消振集成运放是多级直接耦合的放大器，因存在着分布电容等分布参数，信号在传输过程中会产生相移。信号频率变化时，相移也变化。当运放闭环(输出端与输入端经过导线、元器件相连)后，会在某些频率上产生自激振荡。为了使放大器工作稳定，通常外接RC消振电路或消振电容，用来破坏产生自激振荡的条件。3.保护①

4、输入端保护是当输入端所加的电压过高时会损坏输入级的晶体管。在输入端处接入两个反向并联的二极管，将输入电压限制在二极管的正向压降以下；②输出端保护是为了防止输出电压过大，可利用稳压管来保护，将两个稳压管反向串联，将输出电压限制在±(Uz+UD)的范围内，其中，Uz是稳压管的稳定电压，UD是它的正向管压降；③电源保护是为了防止正、负电源接反，可用二极管进行保护。三.集成运放的主要性能指标1.输入失调电压Uis：对于理想集成运放，当输入电压为零时，输出电压应该为零。但由于制造工艺等原因，实际的集成运放在输入电压为零时，输出电压常不为零。为了使输出电压为零，需在输入

5、端加一适当的直流补偿电压，这个输入电压叫做输入失调电压Uis，其值等于输入电压为零时，输出的电压折算到输入端的电压值。Uis一般为毫伏级，它的大小反映了差动输入级的对称程度，失调电压越大，集成运放的对称性越差。2.输入失调电流Iis：输入失调电流是指输入信号为零时，两个输入端静态电流I+与I-之差，一般为输入静态偏置电流的十分之一左右。Iis是由差动输入级两个晶体管的值不一致所引起的。3.开环电压增益Kd：开环电压增益是指集成运放在无外接反馈电路时的差模电压放大倍数。也可用Kd的常用对数表示。一般运放的电压增益都很大，为60~100dB，高增益运放可达14

6、0dB(即107)。(4)输入阻抗ri和输出阻抗ro：输入阻抗ri是指运放开环运用时，从两个输入端看进去的动态阻抗，它等于两个输入端之间的电压Ui变化与其引起的输入电流Ii的变化之比，即ri=∆Ui/∆Ii，ri越大越好。双极型晶体管输入级的ri值为104-106Ω，单极型场效应管输入级ri可达109以上。输出阻抗ro是指运放开环运用时，从输出端与地端看进去的动态阻抗。一般在几百欧姆之内。(5)共模抑制比CMRR：共模抑制比是指集成运放开环运用时，差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比。CMRR值越大，抗共模干扰能力越强，一般集成运放的CMRR都可达到80d

7、B，高质量的集成运放可达l00dB以上。运放还有很多其他指标：如转换速率是指放大器在闭环状态下，输入放大信号时，放大器输出电压对时间的最大变化速率。运放的静态功耗是指没有输入信号时的功耗，通常约为数十毫瓦，有些低耗运放，静态功耗可低到0.1mW以下，这个指标对于便携式或植入式医学仪器是很重要的。运放的最大共模输入电压是指运放共模抑制比明显恶化时的共模输入电压值，通常约为几伏到十几伏。运放的电源电压，一般从几伏到几十伏。四.集成运算放大器的理想模型集成运放理想化的条件是：开环电压放大倍数Kd→∞，输入阻抗ri→∞，输出阻抗ro→0，共模抑制比CMRR→∞，输入

8、信号为零时，输出电压为0，且特性不随温度而变化。由此