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1、集成运算放大器集成运算放大器本讲稿第一页，共三十三页 运算放大器是由运算放大器是由直接耦合多级放大直接耦合多级放大电路集成制造的高电路集成制造的高增益放大器，它是增益放大器，它是模拟集成电路最重模拟集成电路最重要的品种，广泛应要的品种，广泛应用于各种电子电路用于各种电子电路之中。之中。4.1 4.1 集成运算放大器的结构集成运算放大器的结构4.2 4.2 集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路4.34.3 集成运算放大器简介集成运算放大器简介4.4 4.4 集成集成运算放大器的性能指标运算放大器的性能指标4.5 4.5 集成集成运算放大器的种类运算放大器的种类返回返回本讲稿第二页，共三十
2、三页1 1、工艺特点工艺特点2 2、集成运放的组成集成运放的组成3 3、运算放大器的符号运算放大器的符号4.1 4.1 集成运算放大器的结构集成运算放大器的结构返回返回本讲稿第三页，共三十三页采用直接耦合方式。为抑制零漂，第一级采用差动采用直接耦合方式。为抑制零漂，第一级采用差动放大电路。工艺相同，对称性好。放大电路。工艺相同，对称性好。小于小于200PF200PF的电容用的电容用PNPN结结电容来做，而大于结结电容来做，而大于200PF200PF的电容只能外接。的电容只能外接。小于小于30K30K的交流电阻用三极管恒流源来代替，大于的交流电阻用三极管恒流源来代替，大于30K30K的交流电阻和
3、直流电阻只能外接。的交流电阻和直流电阻只能外接。集成电路中的二极管用三极管来代。集成电路中的二极管用三极管来代。1 工艺特点工艺特点返回返回本讲稿第四页，共三十三页输输入入级级中中间间级级输输出出级级直流偏置直流偏置uiuo差动放大电路（单端差动放大电路（单端输出），有两个输入输出），有两个输入端端共发射极放大共发射极放大电路，放大电电路，放大电压压OCLOCL功率放大电路，功率放大电路，输出电阻小，带负输出电阻小，带负载能力强载能力强2、集成运放的组成、集成运放的组成返回返回本讲稿第五页，共三十三页 运算放大器的符号中有运算放大器的符号中有三个引线端三个引线端，两个输入端两个输入端，一个输出
4、端一个输出端。一个。一个称为称为同相输入端同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号+表示；另一个称为表示；另一个称为反相输入端反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输，即该端输入信号变化的极性与输出端相异，用符号出端相异，用符号“-”“-”表示。表示。输出端输出端一般画在输入端的另一侧，在符号边一般画在输入端的另一侧，在符号边框内标有框内标有+号。实际的运算放大器通常必须有正、负电源端，有的品种还号。实际的运算放大器通常必须有正、负电源端，有的品种还有补偿端和调零端。有补偿端和调零端。(a)(b)模拟集成放大器的符号模拟集成放大器的
5、符号 (a)国家标准符号国家标准符号 (b)原符号原符号 3 3 集成运算放大器的符号集成运算放大器的符号本讲稿第六页，共三十三页 集成运算放大器的型号命名集成运算放大器的型号命名 数字序号数字序号 (与世界上其它厂家同类型产品的序号相同与世界上其它厂家同类型产品的序号相同。)其它例如其它例如:集成功率放大器的型号命名集成功率放大器的型号命名CDCD 集成稳压器的型号命名集成稳压器的型号命名CWCW返回返回本讲稿第七页，共三十三页4.2 集成运放中的电流源电路集成运放中的电流源电路4.2.1 4.2.1 基本电流源基本电流源4.2.2 4.2.2 改进型电流源改进型电流源4.2.3 4.2.3
6、 多路电流源多路电流源4.2.4 4.2.4 以电流源为有源以电流源为有源 负载的放大电路负载的放大电路下面介绍基本电流源下面介绍基本电流源本讲稿第八页，共三十三页4.2.1 基本电流源基本电流源1 1 镜像电流源镜像电流源2 2 比例电流源比例电流源3 3 微电流源微电流源下面介绍镜像电流源和比例电流源下面介绍镜像电流源和比例电流源本讲稿第九页，共三十三页1 镜像电流源镜像电流源三极管三极管T1、T2特性完全相同特性完全相同 UBE0=UBE1 IB0=IB1IC0=IC1当当22时，时，本讲稿第十页，共三十三页2 比例电流源比例电流源 比例电流源指比例电流源指IC1和和IR呈比例关系呈比例
7、关系由三极管的特性有由三极管的特性有当当22时时本讲稿第十一页，共三十三页适当选取参数，使适当选取参数，使则则其中其中改变改变Re0、Re1的比值，就可改变的比值，就可改变IC1和和IR的比例关系的比例关系本讲稿第十二页，共三十三页 改进型电流源和多路电流源见改进型电流源和多路电流源见教材教材177-180177-180页页本讲稿第十三页，共三十三页4.2.4 以电流源为有源以电流源为有源 负载的放大电路负载的放大电路 当需要在负载当需要在负载RL获得电流时，提高共射极放获得电流时，提高共射极放大电路的集电极电阻大电路的集电极电阻RC可有效提高电压放大可有效提高电压放大倍数，电流源的交流电阻很
8、大，可代替倍数，电流源的交流电阻很大，可代替RC提提高其交流电阻。高其交流电阻。本讲稿第十四页，共三十三页1 1 电流源为有源负载的共射放大电路如图（电流源为有源负载的共射放大电路如图（a a）所示）所示）所示）所示三极管三极管三极管三极管T T3 3、T T2 2特性完全相同，组成镜像恒流源特性完全相同，组成镜像恒流源静态时静态时本讲稿第十五页，共三十三页动态分析本讲稿第十六页，共三十三页2 有源负载差放电路有源负载差放电路静态时，静态时，I IC1C1=I=IC2C2C2C2=I/2=I/2=I/2=I/2动态时动态时动态时动态时本讲稿第十七页，共三十三页4.3 集成运算放大器简介集成运算
9、放大器简介F007F007F007F007电路中的放大电路部分电路中的放大电路部分电路中的放大电路部分电路中的放大电路部分本讲稿第十八页，共三十三页F324的简化电路原理图的简化电路原理图本讲稿第十九页，共三十三页 运算放大器的技术指标很多，其中一部分与运算放大器的技术指标很多，其中一部分与差分放大器和功率放大器相同，另一部分则是根差分放大器和功率放大器相同，另一部分则是根据运算放大器本身的特点而设立的。各种主要参据运算放大器本身的特点而设立的。各种主要参数均比较适中的是通用型运算放大器，对某些项数均比较适中的是通用型运算放大器，对某些项技术指标有特殊要求的是各种特种运算放大器。技术指标有特殊
10、要求的是各种特种运算放大器。4.4.1 运算放大器的静态技术指标运算放大器的静态技术指标 4.4.2 运算放大器的动态技术指标运算放大器的动态技术指标4.4 集成运算放大器的性能指标集成运算放大器的性能指标返回返回本讲稿第二十页，共三十三页 1.输入失调电压输入失调电压UIO ：(input offset voltage)输入输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。称性的指标。2.输入失调电流输入失调电流 IIO：(input offset curre
11、nt)在在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。3.输入偏置电流输入偏置电流IIB：(input bias current)运放两个输运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。放大对管输入电流的大小。4.4.1 4.4.1 集成运算放大器的静态技术指标集成运算放大器的静态技术指标本讲稿第二十一页，共三十三页4.输入失调电压温漂输入失调电压温漂 dUIO/dT5.输入失调电流温漂dIIO/dT 在规定工作温度范围内，
12、输入失调在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量电压随温度的变化量与温度变化量之比值。之比值。在规定工作温度范围内，输入失调电在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比流随温度的变化量与温度变化量之比值。值。本讲稿第二十二页，共三十三页 6.最大差模输入电压UIdmax 7.最大共模输入电压UICmax(maximum differential mode input voltage)maximum differential mode input voltage)运放两输入端运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时能承受的最大差模输入电压，超过
13、此电压时,差分管将出差分管将出现反向击穿现象。现反向击穿现象。(maximum common mode input voltage)maximum common mode input voltage)在保证运放正常工作条件下，共模输入在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。模抑制能力。返回返回本讲稿第二十三页，共三十三页 1.1.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数 A Ao od d ：(open loop voltage (open loop
14、 voltage gain)gain)运放在无外加反馈条件下，输出电压的变化量与运放在无外加反馈条件下，输出电压的变化量与输入电压的变化量之比。输入电压的变化量之比。2.2.差模输入电阻差模输入电阻r rid id ：(input resistance)(input resistance)输入差模信号输入差模信号时，运放的输入电阻。时，运放的输入电阻。3.3.共模抑制比共模抑制比 KCMR：(common mode rejection ratio)(common mode rejection ratio)与差分放大电路中的定义相同，是差模电压增益与差分放大电路中的定义相同，是差模电压增益 Av
15、d 与共模电压增益与共模电压增益 Avc 之比，常用分贝数来表示。之比，常用分贝数来表示。KCMR=20lg(Aod/Aoc)(dB)4.4.2 集成运算放大器的动态技术指标集成运算放大器的动态技术指标本讲稿第二十四页，共三十三页集成运算放大器外形图集成运算放大器外形图本讲稿第二十五页，共三十三页集成运算放大器外形图集成运算放大器外形图返回返回本讲稿第二十六页，共三十三页4.5 集成运算放大器的种类集成运算放大器的种类4.5.1 4.5.1 通通 用用 型型4.5.2 4.5.2 高速型和宽带型高速型和宽带型4.5.3 4.5.3 高精度高精度(低漂移型）低漂移型）4.5.4 4.5.4 高输
16、入阻抗型高输入阻抗型4.5.5 4.5.5 低功耗型低功耗型4.5.6 4.5.6 功功 率率 型型本讲稿第二十七页，共三十三页 4.5.1 4.5.1 通通 用用 型型 通用型运算放大器的技术指标比较通用型运算放大器的技术指标比较适中，价格低廉。通用型运放也经过了适中，价格低廉。通用型运放也经过了几代的演变，早期的通用几代的演变，早期的通用型运放已很型运放已很少使用了。以典型的通用型运放少使用了。以典型的通用型运放CF741 CF741(A741)A741)为例，输入失调电压为例，输入失调电压1 12 2 mVmV、输输入失调电流入失调电流20 20 nAnA、差模输入电阻差模输入电阻2 2
17、 MM，开环增益开环增益100 100 dBdB、共模抑制比共模抑制比90 90 dBdB、输出输出电阻电阻75 75 、共模输入电压范围、共模输入电压范围 13 13 V V、转换转换速率速率0.5 0.5 V/V/s s。返回返回本讲稿第二十八页，共三十三页 4.5.2高速型和宽带型 用于宽频带放大器，高速用于宽频带放大器，高速A/DA/D、D/AD/A，高速高速数据采集测试系统。这种运放的单位增益带宽数据采集测试系统。这种运放的单位增益带宽和压摆率的指标均较高，用于小信号放大时，和压摆率的指标均较高，用于小信号放大时，可注重可注重f fH H或或f fc c，用于高速大信号放大时，同时还
18、应用于高速大信号放大时，同时还应注重注重S SR R。例如：例如：CF2520/2525 CF2520/2525 AD9620 AD9620 AD9618 AD9618 OP37OP37 CF357CF357 返回返回本讲稿第二十九页，共三十三页4.5.3高精度(低漂移型）用于精密仪表放大器，精密测试系统，精密传感用于精密仪表放大器，精密测试系统，精密传感器信号变送器等。器信号变送器等。例如：例如：OP177OP177 CF714 CF714 返回返回本讲稿第三十页，共三十三页 4.5.44.5.4高输入阻抗型高输入阻抗型 用于测量设备及采样保持电路中。用于测量设备及采样保持电路中。例如：例如
19、：AD549 AD549 CF155/255/355 CF155/255/355 返回返回本讲稿第三十一页，共三十三页4.5.5 4.5.5 低功耗型低功耗型 用于空间技术和生物科学研究中，工作于较低电用于空间技术和生物科学研究中，工作于较低电压下，工作电流微弱。压下，工作电流微弱。例如：例如：OP22 OP22 正常工作静态功耗可低至正常工作静态功耗可低至3636 WW。OP290 OP290 在在 0.80.8 V V电压下工作，功耗为电压下工作，功耗为24 24 WW 。CF7612 CF7612 在在 5 5 V V电压下工作，功耗为电压下工作，功耗为50 50 WW 。返回返回本讲稿第三十二页，共三十三页 4.5.6 4.5.6 功功 率率 型型 这种运放的输出功率可达1W以上，输出电流可达几个安培以上。例如：LM12 TP1465 返回返回本讲稿第三十三页，共三十三页