清华模电课件第12讲 集成运算放大器

模拟电子技术哈尔滨工程大学第四章集成运算放大器第一节集成电路介绍第二节通用型集成运算放大器第三节工作点稳定电路的分析方法第四节理想运放及三种基本输入方式本章教学主要内容模拟电子技术哈尔滨工程大学集成电路的定义：采用专门的制造工艺，把电阻、电容、三极管元件及它们之间的连线制作在一块半导体基片上，完成特定功能的电子线路固体组件。是器件与电路的集合。集成电路的分类：1、制造工艺不同：单片集成电路混合集成电路2、有源器件：晶体管（双极型）场效应管（单极型）3、功能不同：数字集成电路模拟集成电路第一节集成电路介绍模拟电子技术哈尔滨工程大学集成电路的特点：1、元器件参数一致，温度均一性好2、不宜制造高阻值电阻，常用有源元件（晶体管或场效应管）取代电阻。3、不能制作大电容，所以集成运放均采用直接耦合方式。4、制作电感尚未研究出来5、二极管多由集电极与基极短接的三极管构成6、采用复合管，改善性能7、电源电压较低，目的为了减小功耗便于安全工作模拟电子技术哈尔滨工程大学集成电路较分立元件电路的特点集成电路体积小、重量轻，元件参数对称功耗小功能强成本低可靠性高模拟电子技术哈尔滨工程大学第二节通用型集成运算放大器模拟集成电路又分为集成运算放大器、集成功率放大器、集成电压比较器、集成乘法器、集成稳压电源、集成振荡器等不同类型。集成运算放大器是模拟集成电路中应用最广泛的一种，在以后的几章中均有应用。模拟电子技术哈尔滨工程大学一、定义集成运算放大器是高增益、高输入阻抗、低输出阻抗的多级直接耦合集成放大器。在发展初期，它主要用于模拟计算机的加、减、乘、除、积分、微分等数学运算电路中，故将“运算放大器”的名称保留至今。二、分类1、按功能分：高精度、高速度、高压、高输入阻抗、大功率、低噪声、低漂移、低功耗等。2、按集成度分：单运放、双运放、四运放模拟电子技术哈尔滨工程大学按性能指标高阻型：rid，可高于1012Ω。用于测量放大器、信号发生器。高速型：fH和SR高，fH可达1.7GHz，SR可达103V/μS。用于A/D、D/A转换电路、视频放大器。高精度型：低失调、低温漂、低噪声、高增益，Aod高于105dB。用于微弱信号的测量与运算、高精度设备。低功耗型：工作电源电压低、静态功耗小，在100～200μW。用于空间技术、军事科学和工业中的遥感遥测。大功率型、仪表用放大器、隔离放大器、缓冲放大器……通常情况下用通用型运放，特殊情况下才用专用型运放。模拟电子技术哈尔滨工程大学讨论一根据下列要求，将应优先考虑使用的集成运放填入空内。已知现有集成运放的类型是：①通用型②高阻型③高速型④低功耗型⑤高压型⑥大功率型⑦高精度型1.作低频放大器，应选用。2.作宽频带放大器，应选用。3.作幅值为1μV以下微弱信号的量测放大器，应选用。4.作内阻为10MΩ信号源的放大器，应选用。5.负载需5A电流驱动的放大器，应选用。6.要求输出电压幅值为±80的放大器，应选用。7.宇航仪器中所用的放大器，应选用。模拟电子技术哈尔滨工程大学三、组成方框图集成运放电路由四部分组成，包括输入级、中间级、输出级和偏置电路。集成运放结构方块图模拟电子技术哈尔滨工程大学1、差动输入级：抑制零点漂移，ri高，KCMR大，有一定的放大能力。模拟电子技术哈尔滨工程大学2、中间放大级：共射放大电路，常采用复合管提高放大倍数，采用恒流源作为负载。模拟电子技术哈尔滨工程大学3、功率输出级：提供足够的功率，输出阻抗小，一般采用OCL或准互补对称功率放大电路。模拟电子技术哈尔滨工程大学4、恒流源偏置电路：提供合适的静态工作电流，并要求提供的电流稳定。偏置电路均为各种形式的电流源电路。模拟电子技术哈尔滨工程大学模拟电子技术哈尔滨工程大学双列直插式封装圆壳式封装模拟电子技术哈尔滨工程大学模拟电子技术哈尔滨工程大学模拟电子技术哈尔滨工程大学四、集成运放的符号两个输入端和一个输出端（a）理想运放（b）实际运放模拟电子技术哈尔滨工程大学1、输入失调电压—在室温下，输入电压为零时，为了使集成运放输出电压为零，在输入端加的补偿电压称为输入失调电压。越大，说明电路对称度越差，一般为（0-10）mV。2、最大差模输入电压—集成运放的反相和同相输入端所能承受的最大电压值。第三节集成运放的主要参数模拟电子技术哈尔滨工程大学3、开环差模电压增益—集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况下的直流差模电压增益。(a)无反馈(开环)(b)有反馈(闭环)模拟电子技术哈尔滨工程大学4、差模输入电阻—差模输入时的输入电阻。值越大，对信号源的影响越小，所以越大愈好。5、共模抑制比—与差放的共模抑制比定义相同。有的（60-70）dB，有的高达180dB。模拟电子技术哈尔滨工程大学常见集成运放参数输入失调电压（mV）输入失调电流（nA）输入电阻（MΩ）最大差模输入电压（V）共模抑制比（dB）转换速率（V/μs）μA741620230900.5LF3577201.00E+074010050OP070.151.833301200.1模拟电子技术哈尔滨工程大学一、理想运放模型：1、输入失调电压=02、开环差模电压增益=∞3、输出电阻=04、差模输入电阻=∞5、共模抑制比=∞第四节理想运放及三种基本输入方式模拟电子技术哈尔滨工程大学二、理想运放工作在线性区的结论所谓工作在线性区是指集成运放内部电路中全部三极管均工作在放大状态。结论1两个输入端等电位。结论2两个输入端均不取电流UU0II“虚短”“虚断”模拟电子技术哈尔滨工程大学三、理想运放工作在非线性区时的结论在电路中，若集成运放处于开环状态，甚至接入正反馈时，则表明集成运放工作在非线性区。对于理想运放，由于差模增益无穷大，只要同相输入端与反相输入端之间由无穷小的差值电压，输出电压就将达到正的最大值或负的最大值，其电压传输特性如下图。模拟电子技术哈尔滨工程大学传输特性理想运放工作在非线性区的两个特点是：（1）输出电压只有高、低两种电平（或），而与也不一定相等。当时，则；当时，则；当时，则高、低电平发生转换；（2）由于理想运放的差模输入电阻无穷大，故输入电流为零，即0IIUUooHUUUUUUooLUUoUoHUoLUUU模拟电子技术哈尔滨工程大学的作用是使运放处于平衡状态，减小失调及温度漂移。大小由下式决定四、三种基本输入方式(一)反相输入'1//FRRR'R“虚地”模拟电子技术哈尔滨工程大学(二)同相输入(三)差动输入