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1、 通用型集成运算放大器通用型集成运算放大器 运算放大器是由直接耦合运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造的高增多级放大电路集成制造的高增益放大器，它是模拟集成电路益放大器，它是模拟集成电路最重要的品种，广泛应用于各最重要的品种，广泛应用于各种电子电路之中。种电子电路之中。5.3.1 5.3.1 集成运算放大器的基本组成集成运算放大器的基本组成n1.1.方框图方框图n2.2.运算放大器的引线运算放大器的引线n3.3.运算放大器的符号和型号运算放大器的符号和型号1.1.方框图方框图 集成运算放大器是一个高增益直接耦合放集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路，它的方框图如图所示。大电路，它的
2、方框图如图所示。图图 5.14 运算放大器方框图运算放大器方框图 1.输入级输入级要使用高性能的差分放大电路，它必须要使用高性能的差分放大电路，它必须对共模信号有很强的抑制力，而且采用双端输入双端对共模信号有很强的抑制力，而且采用双端输入双端输出的形式。输出的形式。4.偏置电流源偏置电流源可提供稳定的几乎不随温度而变化的可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。偏置电流，以稳定工作点。3.互补输出级互补输出级由由PNP和和NPN两种极性的三极管或两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。如功率放大器。如功率放
3、大器。2.中间放大级中间放大级要提供高的电压增益，以保证运放要提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。中间级的电路形式多为差分电路和带有的运算精度。中间级的电路形式多为差分电路和带有源负载的高增益放大器。源负载的高增益放大器。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，一个输出端一个输出端。一个称为。一个称为同相输入端同相输入端，即该端输入信号，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号变化的极性与输出端相同，用符号+或或IN+表表示；另一个称为示；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，即该端输入信号变化的极性与输出端相异，用符号极性与
4、输出端相异，用符号“-”-”或或“IN-”-”表示。表示。输输出端出端一般画在输入端的另一侧，在符号边框内标有一般画在输入端的另一侧，在符号边框内标有+号。实际的运算放大器通常有正、负电源端，号。实际的运算放大器通常有正、负电源端，有的品种还有补偿端和调零端。有的品种还有补偿端和调零端。3.3.运算放大器的符号和型号运算放大器的符号和型号(1)(1)集成放大器的符号集成放大器的符号 按照国家标准符号如图所示。按照国家标准符号如图所示。(a)(b)图图5.15 模拟集成放大器的符号模拟集成放大器的符号 (a)国家标准符号国家标准符号 (b)原符号原符号(2)(2)集成运算放大器的型号命名集成运算
5、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CD 集成稳压器的型号命名集成稳压器的型号命名CW5.4 5.4 运算放大器的主要参数运算放大器的主要参数 运算放大器的技术指标很多，其中一部分与差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，另一部分则是根据运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。各种主要参数均比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，对某些项技术指标较适中的是通
6、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。有特殊要求的是各种特种运算放大器。一、一、运算放大器的静态技术指标运算放大器的静态技术指标 二、二、运算放大器的动态技术指标运算放大器的动态技术指标 一、运算放大器的静态技术指标一、运算放大器的静态技术指标 1.输入失调电压输入失调电压Vio ：(input offset voltage)输入输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算电压为零时，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称性到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。的指标。2.输入失调电流输入失调电流 Iio：(in
7、put offset current)在零输在零输入时，输入级的差分对管基极电流之差，用于表征入时，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)运放两运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对个输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。管输入电流的大小。4.输入失调电压温漂输入失调电压温漂 dVio/dT5.输入失调电流温漂输入失调电流温漂dIio/dT 在规定工作温度范围内，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
8、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。5.最大差模输入电压最大差模输入电压Vidmax 7.最大共模输入电压最大共模输入电压Vicmax(maximum differential mode input voltage)运放两输入端能承受的最大差模输入电压，运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。差分管将出现反向击穿现象。(maximum common mode input voltage)在保证运放正常
9、工作条件下，在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。大器失去共模抑制能力。二、运算放大器的动态技术指标二、运算放大器的动态技术指标 1.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数 Avd ：(open loop voltage gain)运放在无外加反馈条件下，输出电压的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。变化量与输入电压的变化量之比。2.差模输入电阻差模输入电阻rid：(input resistance)输入差模输入差模信号
10、时，运放的输入电阻。信号时，运放的输入电阻。3.共模抑制比共模抑制比 KCMR：(common mode rejection ratio)与差分放大电路中的定义相同，是差模电压增与差分放大电路中的定义相同，是差模电压增益益 Avd 与共模电压增益与共模电压增益 Avc 之比，常用分贝数来表之比，常用分贝数来表示。示。KCMR=20lg(Avd/Avc)(dB)5.单位增益带宽单位增益带宽 f c(BWG)(unit gain band width)Avd 下降到下降到1时所对应的频率，定时所对应的频率，定义为单位增益带宽义为单位增益带宽 f c。4.3dB带宽带宽 f H：(-3dB band
11、 width)运算运算放大器的差模电压放大倍数在高频段下降放大器的差模电压放大倍数在高频段下降3dB所定义的带宽所定义的带宽 f H。5.转换速率转换速率S R(压摆率压摆率)(slew rate)反映反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率转换速率SR的表达式为的表达式为 7.等效输入噪声电压等效输入噪声电压Vn(noise voltage)输入端短路时，输出端的噪声电压折输入端短路时，输出端的噪声电压折算到输入端的数值。这一数值往往与一定的算到输入端的数值。这一数值往往与一定的频带相对应。频带相对应。运算放大器外形图运算放大器外形图运算放大器
12、外形图运算放大器外形图n5.5.1 5.5.1 通用型通用型n5.5.2 5.5.2 高速型和宽带型高速型和宽带型n5.5.3 5.5.3 高精度（低漂移型）高精度（低漂移型）n5.5.4 5.5.4 高输入阻抗型高输入阻抗型n5.5.5 5.5.5 低功耗型低功耗型n5.5.5 5.5.5 功率型功率型 为满足实际使用中对为满足实际使用中对集成运放性能的特殊要求，集成运放性能的特殊要求，除性能指标比较适中的除性能指标比较适中的通通用型用型运放外，发展了适应运放外，发展了适应不同需要的专用型集成运不同需要的专用型集成运放。它们在某些技术指标放。它们在某些技术指标上比较突出。上比较突出。根据运算
13、放大器的技根据运算放大器的技术指标可以对其进行分类，术指标可以对其进行分类，主要有通用、高速、宽带、主要有通用、高速、宽带、高精度、高输入电阻和低高精度、高输入电阻和低功耗等几种。功耗等几种。运算放大器分类 1.通 用 型 通用型运算放大器的技术指标比较适中，价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几代的演变，早期格低廉。通用型运放也经过了几代的演变，早期的通用的通用型运放已很少使用了。以典型的通用型运型运放已很少使用了。以典型的通用型运放放CF741(A741)为例，输入失调电压为例，输入失调电压12 mV、输入失调电流输入失调电流20 nA、差模输入电阻、差模输入
14、电阻2 M，开环增，开环增益益100 dB、共模抑制比、共模抑制比90 dB、输出电阻、输出电阻75 、共、共模输入电压范围模输入电压范围 13 V、V/s。2.2.高速型和宽带型高速型和宽带型 用于宽频带放大器，高速用于宽频带放大器，高速A/D、D/A，高，高速数据采集测试系统。这种运放的单位增益速数据采集测试系统。这种运放的单位增益带宽和压摆率的指标均较高，用于小信号放带宽和压摆率的指标均较高，用于小信号放大时，可注重大时，可注重fH或或fc，用于高速大信号放大时，用于高速大信号放大时，同时还应注重同时还应注重SR。例如：。例如：CF2520/2525 AD9520 AD9518 OP37
15、 CF357 3.3.高精度高精度(低漂移型）低漂移型）用于精密仪表放大器，精密测试系统，精密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。传感器信号变送器等。例如：例如：OP177 CF714 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：AD549 CF155/255/355 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。电压下，工作电流微弱。例如：例如：OP22 正常工作静态功耗可低至正常工作静态功耗可低至35 W。OP290 在在 0.8 V电压下工作，功耗为电压下工
16、作，功耗为24 W。CF7512 在在 5 V电压下工作，功耗为电压下工作，功耗为50 W。5.5.功功 率率 型型 这种运放的输出功率可达这种运放的输出功率可达1W以上，以上，输出电流可达几个安培以上。输出电流可达几个安培以上。例如：例如：LM12 TP1455 n5.5 理想运算放大器n 5.5.1 理想运算放大器的条件n 5.5.2 理想运算放大器的特性 满足下列参数指标的运算放大器可以视为理想运算放大器。1.差模电压放大倍数Avd=，实际上Avd80dB即可。5理想运算放大器的条件 2.差模输入电阻Rid=，实际上Rid比输入端外电路的电阻大23个量级即可。3.输出电阻Ro=0，实际上
17、Ro比输入端外电路的电阻小12个量级即可。4.带宽足够宽。5.共模抑制比足够大。实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器都可以视为理想的。只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指标明显下降即可。理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性，这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用，运放必须在闭环(负反馈）下工作。5理想运算放大器的特性 (1)虚短 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在10 V14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。(2)虚断 由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1 M以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1 A，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。（动画8-2）