医用电子学第二组 2集成运放XXXX09

物理教研室张延芳2010-095.差模电压放大倍数Aud、输入电阻、输出电阻输入输出均不接地①双端输入双端输出物理教研室张延芳2010-09差动放大器双入—双出微变等效电路besLcd)2//(rRRRAu)(2besidrRrcoRr2物理教研室张延芳2010-09输出负载不接地②单端输入双端输出物理教研室张延芳2010-09)(2beidrRrsbesLcd)2//(rRRRAuco2Rr②单端输入双端输出物理教研室张延芳2010-09③双端输入单端输出双入单出因只利用了一个集电极输出的变化量，所以它的差模电压放大倍数是双出的二分之一。将差分信号转换为单端输出信号物理教研室张延芳2010-09③双端输入单端输出besid2rRrrod=RcbesLc2//rRRRAduC1输出，Aud,为负；C2输出，Aud为正物理教研室张延芳2010-09④单端输入单端输出besLc2//rRRRAdu)(2beidrRr≈coRrC1输出，Aud为负；C2输出，Aud为正物理教研室张延芳2010-096、共模电压放大倍数Auc双入双出Auc=0物理教研室张延芳2010-096、共模电压放大倍数Auc双入单出物理教研室张延芳2010-09Re用2Re等效，这与差模时不同。Auc的大小，取决于差分电路的对称性，双端输出等于零。单端输出为eLebebLiO1cuRRRrRRuu=A2'2)1('共模微变等效电路物理教研室张延芳2010-09单端输出（C1或C2），可以得到输出与输入之间的不同电位关系（反相或同相）。从B1输入信号，C1输出为反相；C2输出为同相。物理教研室张延芳2010-09差模电压增益7、共模抑制比共模抑制比是衡量放大电路抑制零点漂移能力的重要指标。iduoduudA共模电压增益icuocuucAucudCMRAAK增益物理教研室张延芳2010-09差模电压放大倍数Aud;共模电压放大倍数Auc共模抑制比KCMRR;差模输入电阻rid输出电阻rod电路的动态指标物理教研室张延芳2010-094-2集成运算放大器简介一、集成电路与集成运算放大器把晶体管、二极管、电阻以及连接导线等集中制造在一小块半导体基片上,构成一个具有一定功能的完整电路的器件。1.集成电路(Integratedcircuit,IC)：物理教研室张延芳2010-09①集成电路中元器件的特点•单个的精度不是很高,但由于是在同一硅片上、用相同工艺生产出来的，性能比较一致•元器件相互离得很近,温度特性较一致•电阻一般在几十欧至几十千欧、太高或太低都不易制造•电感难于制造,电容一般不超过200pF,大电容不易制造物理教研室张延芳2010-09②集成电路的优点：③集成电路的类型:体积小、重量轻、安装方便、功耗小、工作可靠等。小规模集成电路(SSI):一百以下物理教研室张延芳2010-09中规模集成电路(MSI):大规模集成电路(LSI):超大规模集成电路(VLSI):一百至一千个之间一千至十万个之间十万以上物理教研室张延芳2010-092、集成运算放大器具有一定功能的完整电路,高放大倍数的直接耦合放大器。⑵集成运算放大器integratedoperationalamplifier⑴运算放大器operationalamplifier简称集成运放integratedamplifier物理教研室张延芳2010-09集成运放是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的多级直接耦合放大电路。二、集成运算放大器的组成与分类1.四大组成部分物理教研室张延芳2010-09①输入级：输入电阻高、静态电流小、共模抑制比高，常采用差动放大电路。目的是为了减小放大电路的零点漂移、提高输入阻抗、提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能。②中间级：采用有源负载的共发射极电路，增益大、较高的电压放大倍数。可由一级或多级放大电路组成。物理教研室张延芳2010-09③输出级：一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，目的是为了降低输出电阻，提高带负载能力,给出足够的输出电流io。线性范围宽、输出电阻小（即带负载能力强）、非线性失真小等。④偏置电路：为各级放大电路设置合适的静态工作点，采用电流源电路。此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节等。物理教研室张延芳2010-092、集成运算放大器的外形国家标准（GB3430-82）规定，由字母和阿拉伯数字表示，例如CF741、CF124等，其中C表示国家标准，F表示运算放大器，阿拉伯数字表示品种。封装形式:金属圆形、双列直插式、扁平式封装材料:陶瓷、金属、塑料物理教研室张延芳2010-09画电路时，通常只画出输入和输出端，输入端标“+”号表示同相输入端，标“-”号表示反相输入端。3、集成运放的图形符号物理教研室张延芳2010-094、集成电路的特点：⑴不易制造大电阻。需要大电阻往往使用有源负载。⑵元器件具有良好的一致性和同向偏差，特别有利于实现需要对称结构的电路。⑶只能制作几十pF以下的小电容。集成放大器都采用直接耦合方式。如需大电容，只有外接。⑷不能制造电感，如需电感只能外接。⑸集成电路的芯片面积小，集成度高，功耗很小毫瓦以下。物理教研室张延芳2010-095、集成运放的分类按所用器件又可分为双极型器件组成的双极型集成电路；单极型器件组成的单极型集成电路；双极型器件和单极型器件兼容组成的集成器件。线性集成电路:输出对于输入信号的变化成线性关系.例如，直流放大器,差分放大器,运算放大器。物理教研室张延芳2010-09通用型集成运放特点是：最大差模输入电压和最大共模输入电压大；输出有短路保护功能；电源电压适用范围宽；不需外接补偿电容。如性能较好的CF741等非线性集成电路:输出对于输入信号的变化成非线性关系.例如，振荡器,调制器,集成稳压电源。物理教研室张延芳2010-09特殊型集成运放的特点是突出某项性能指标。如：(4)低功耗型:当电源电压15V时，最大功耗不大于6mW。(5)高速型:转换速率大于30V/s。(6)高压型:输出电压较高(1)高输入阻抗型(差模输入电阻不小于109)(2)高精度型:VIO/T小于2V/C。(3)宽带型:增益带宽大。物理教研室张延芳2010-09三、集成运算放大器的主要技术指标1.开环差模电压放大倍数Aud无反馈时差模信号的放大倍数，Aud=Uod/UId增益（gain）Gud=20lg︱Aud︱(dB)=20︱Uod/UId︱(dB)物理教研室张延芳2010-092.输入偏置电流IIB3．输入失调电流IIO常温下输入信号为零，两输入端偏置电流的平均值。IIB=(IIB－+IIB＋)/2常温下输入电压为零时，两输入端偏置电流之差。IIB=∣IIB－-IIB＋∣。μA741：50-100nA.物理教研室张延芳2010-094．输入失调电压UIO输入电压为零时，为了使放大器输出电压为零，在输入端外加的补偿电压。一般为毫伏级。它表征电路输入部分不对称的程度，UIO越小，运放性能越好。5．输入失调电流温漂dIIO/dT在规定的工作温度范围内，输入失调电流对温度的变化率。即温度每改变1℃时所造成的失调电流增益。物理教研室张延芳2010-09在规定的工作温度范围内，输入失调电压对温度的变化率。即温度每改变1℃时所造成的失调电压增益。6．输入失调电压温漂dUIO/dT7.共模抑制比KCMRCMR—CommonModeRejectionRatio电路开环情况下，差模放大倍数Aud与共模放大倍数Acd之比。KCMR=∣Aud/Acd∣或KCMR=20lg∣Aud/Acd∣(dB)物理教研室张延芳2010-098.带宽BW放大倍数Aud下降3dB所对应的频宽物理教研室张延芳2010-09四、理想集成运算放大器1．集成运放的理想特性①输入信号为零时，输出端应恒定为零；②输入阻抗rid=；③输出阻抗ro=0；④频带宽度BW应从0；⑤开环电压放大倍数Aud=。⑥输入为零时输出为零，而且无失调，温漂和噪声。物理教研室张延芳2010-092.理想运算放大器idealoperationalamplifierAudridro0KCMR线性区：uo=Aud(u+–u–)非线性区：u+u–时，uo=+UOMu+u–时，uo=–UOM+UOMu+–u–uo–UOM线性区理想特性实际特性uo++u+u_+UCC–UEE–饱和区O物理教研室张延芳2010-09u+=u–i+=i–0++∞uou–u+i+i––u+–u–uo线性区–UOM+UOMOAuo越大，运放的线性范围越小，须加负反馈才能使其工作于线性区。3.两个重要结论虚短（virtualshortcircuit）虚断（virtualopencircuit）物理教研室张延芳2010-09非线性区饱和区1.输出电压只有两种可能2.输入电流i+=i–0,仍存在“虚断”现象当u+u–时，uo=+UOM当u+u–时，uo=–UOMu+–u–uo–UOM+UOMO饱和区不存在“虚短”现象uu物理教研室张延芳2010-09运算放大器在信号运算方面的运用集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、乘法和除法等运算。运算放大器工作在线性区时通常要引入深度负反馈。输出电压和输入电压的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构和参数，而与运算放大器本身的参数关系不大。改变输入电路和反馈电路的结构形式，就可以实现不同的运算。物理教研室张延芳2010-09RR2R1Fuiuo电位为零，虚地电位为零虽然0uu但不能将反相输入端和同相输入端直接相联或者直接接地物理教研室张延芳2010-095、长尾电路如图所示，设UBE=0.7Vß=100,试求①三极管的静态工作点ICQ、UCEQ；②放大器的差模电压放大倍Aud，差模输入电阻rid和输出电阻rod物理教研室张延芳2010-09①当u1=u2=0，并忽略IBQ时，UE≈-0.7VmA43.1107.015EEEEERUURIV71.106715.01521cCQCCCECERIUUUmA715.0243.122121ERIEIEICICI物理教研室张延芳2010-09KΩ12)42(2)(21beSidrRrKΩ12622codRr3.33)2(21beSLCiioidoudrRRRuuuuuAKΩ47.026)1001(30026)1(121QEbbbebeIrrr(2)