电工-单元九-集成运放.ppt

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1、单元九集成运算放大器及其应用集成运算放大器是一个具有很高放大倍数的、直接耦合的多级放大电路。基本知识集成运算放大器的早期应用主要用于信号运算，用来完成加、减、积分、微分、乘、除等运算功能，其名称也由此而来。随着半导体集成工艺的发展，运算放大器的应用已远远超出了信号运算的范畴，在信号处理、信号测量及波形产生方面获得了广泛应用。集成运算放大器具有成本低、体积小、重量轻、耗能低、可靠性高等一系列优点。被称作万能半导体放大器件。集成运算放大器简称集成运放。基本结构集成运放通常由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成1）输入级：输入级又

2、称前置级，它是一个高性能的差动放大电路，主要用于抑制温漂。2）中间放大级：中间放大级主要是提供足够的电压放大倍数，同时将输入级的双端输出经由本级后变成单端输出3）输出级：输出级主要是给出较大的输出电压和电流增大功率，并起到将放大级与负载隔离，减小输出电阻的作用。4）偏置电路：偏置电路用来向各级电路提供合适的静态工作电流，决定各级静态工作点。集成运放的输入级有两个输入端，其中一个输入端的信号与输出信号之间为反相关系，称为反相输入端，另一个输入端的信号与输出信号之间为同相关系，称为同相输入端，在图中用符号“+”标注。运放有一个输出端。

3、符号同相输入端u－uO_+反相输入端u+输出端+∞Aob反相接地，同相接ui时，uo与ui同相（a）反相输入（b）同相输入a同相接地，反相接ui时，uo与ui反相+-集成运放是一种集器件与电路于一体的组件，集成芯片封装方式通常有金属圆壳式、双列直插式和扁平式三种（a）圆壳式（b）双列直插式（c）扁平式封装形式二、集成运算放大器的主要参数和特性1.集成运放的主要参数（1）开环电压放大倍数Ao在没有外接交流负反馈电路的开环情况下，输出端开路，在两个输入端间加一个很小的低频电压信号时所测出的电压放大倍数，称为开环电压放大倍数，用A0表示

4、，它是决定运算精度的重要因素。A0越大，集成运放的运算精度就越高，所构成的运算电路越稳定。超过一定的频率范围，Ao数值开始下降，数值可以达到几万至几百万。（2）差模输入电阻rid集成运放开环时从两个输入端看进去的动态电阻，称为差模输入电阻。其值越大，表明集成运放从输入信号源所吸取的电流越小，运算的精度就越高。一般为几十到几百千欧，最高可达105MΩ。（3）开环输出电阻ro集成运放开环时输出级的输出电阻，称为开环输出电阻。r0愈小，集成运放带负载的能力就愈强。由于集成运放采用互补对称式射极输出电路，其r0较低，一般为几十到几百欧。（

5、4）最大输出电压UOM在标称电源电压和额定负载电阻的情况下，能使集成运放输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输出电压，称为集成运放的最大输出电压。一般为电源电压的70%左右在输入信号为零和输出端空载的情况下，集成运放本身所消耗的直流电源功率，称为静态功耗。此值越小越好。（5）静态功耗PC（6）输入失调电压UIO在集成运放电路中，在理想情况下应满足：当输入电压为零时，直流输出电压也为零。但实际上，由于制造时电路中元件参数并不完全对称,UI=0时，U0≠0这称为静态失调。将这个不等于零的输出电压折算为集成运放输入端的等效输入电压，称

6、为输入失调电压，用UIO表示，一般为毫伏数量级。一般都用对称的正、负电源同时供电（7）电源电压UCC2.集成运放的主要特性电压传输特性是指表示集成运放输出电压u0与输入电压ui之间关系的特性曲线线性区u0＝A0(u+-u-)=A0ui饱和区当u+稍高于u-，输出电压u0就达到＋UOM，并保持恒定不变，这称为正饱和区；反之，当u＋稍低于u-，u0就达到-UOM，并保持不变，这称为负饱和区。通常集成运放的正、负电源电压相等，±UOM也相等，故其电压传输特性基本上对称于原点。只有在深度电压负反馈作用下才能使运放工作在线性区；而在开环或正

7、反馈工作时，通常处于非线性限幅状态三、理想运算放大器理想运放就是将集成运算放大器的各项技术指标理想化实际上完全理想化的集成运算放大器是不存在的。但是只要满足一定的条件，实际运算放大器可视为理想运算放大器。用理想运算放大器分析实际运放电路既简单又方便，且误差很小。1.理想化模型的符号和指标（l）开环电压放大倍数为无穷大，A0→∞（2）运算放大器差模输入电阻，rid→∞（3）输出电阻为零，r0几乎为零理想特性u+－u－+UOMOuO－UOM线性区饱和区饱和区实际特性（1）线性区的特点理想运放工作在线性区时有两个重要的特点：“虚短”和“

8、虚断”。即u+≈u－i+=i－≈0“虚短”表示集成运放的同相输入端与反相输入端的电压近似相等，如同将该两点虚假短路一样。若运放其中一个输入端接“地”，则有u+≈u－=0，这时称“虚地”。“虚断”表示没有电流流入运放（因为理想运放的差模输入电阻Rid