第5集成运算放大器.pptx

运算放大器是运算放大器是由直接耦合多级由直接耦合多级放大电路集成制放大电路集成制造的高增益放大造的高增益放大器，它是模拟集器，它是模拟集成电路最重要的成电路最重要的品种，广泛应用品种，广泛应用于各种电子电路于各种电子电路之中。之中。5.1 5.1 集成运算放大器的结构集成运算放大器的结构5.25.2 集成集成运算放大器的主要参数运算放大器的主要参数5.3 5.3 理想集成运算放大器理想集成运算放大器5.4 5.4 集成运算放大器分类集成运算放大器分类5.55.5 集成运放在信号运算方面的应用集成运放在信号运算方面的应用5.65.6 集成运放在信号处理方面的应用集成运放在信号处理方面的应用返回返回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5.1 5.1 集成运算放大器的结构集成运算放大器的结构返回返回采用直接耦合方式。为抑制零漂，第一级采用差采用直接耦合方式。为抑制零漂，第一级采用差动放大电路。工艺相同，对称性好。动放大电路。工艺相同，对称性好。小于小于200200PFPF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200200PFPF的电容只能外接。的电容只能外接。小于小于3030KK的交流电阻用三极管恒流源来代替，大的交流电阻用三极管恒流源来代替，大于于3030KK的交流电阻和直流电阻只能外接。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vivo差动放大电路（单差动放大电路（单端输出），有两个端输出），有两个输入端输入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功率放大功率放大电路，输出电电路，输出电阻小，带负载阻小，带负载能力强能力强2、集成运放的组成、集成运放的组成返回返回 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，一个输出一个输出端端。一个称为。一个称为同相输入端同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号相同，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，即该端输入信号变化的极性与输出端相异，用符号信号变化的极性与输出端相异，用符号“-”表示。表示。输出端输出端一般画一般画在输入端的另一侧，在符号边框内标有在输入端的另一侧，在符号边框内标有+号。实际的运算放号。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。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。(a)(b)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 3 3 集成运算放大器的符号集成运算放大器的符号 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 运算放大器的技术指标很多，其中一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算放大器本身的特点而一部分则是根据运算放大器本身的特点而设立的。各种主要参数均比较适中的是通设立的。各种主要参数均比较适中的是通用型运算放大器，对某些项技术指标有特用型运算放大器，对某些项技术指标有特殊要求的是各种特种运算放大器。殊要求的是各种特种运算放大器。5.2.1运算放大器的静态技术指标运算放大器的静态技术指标 5.2.2运算放大器的动态技术指标运算放大器的动态技术指标5.2 集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数返回返回 1.输入失调电压输入失调电压Vio ：(input offset voltage)输输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部为折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。电路对称性的指标。2.输入失调电流输入失调电流 Iio：(input offset current)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)运放运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分两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。放大对管输入电流的大小。5.2.1 5.2.1 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。6.最大差模输入电压Vidmax 7.最大共模输入电压Vicmax(maximum differential mode input voltage)maximum differential mode input voltage)运放运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时此电压时,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)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 1.1.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数 A Au ud d ：(open loop (open loop voltage gain)voltage gain)运放在无外加反馈条件下，输出电压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。的变化量与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)输入差模输入差模信号时，运放的输入电阻。信号时，运放的输入电阻。3.3.共模抑制比共模抑制比 KCMR：(common mode rejection(common mode rejection ratio)ratio)与差分放大电路中的定义相同，是差模电压与差分放大电路中的定义相同，是差模电压增益增益 Avd 与共模电压增益与共模电压增益 Avc 之比，常用分贝数之比，常用分贝数来表示。来表示。KCMR=20lg(Avd/Avc)(dB)5.2.2 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集成运算放大器外形图集成运算放大器外形图集成运算放大器外形图集成运算放大器外形图返回返回 5.3.1 理想运算放大器的条件 5.3.2 理想运算放大器的分析依据5.3 理想集成运算放大器理想集成运算放大器返回返回 满足下列参数指标的运算放大器可以视为理想运算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。放大器。1.1.差模电压放大倍数差模电压放大倍数A Au ud d=，实际上实际上A Av vd d80dB80dB即可。即可。2.2.差模输入电阻差模输入电阻r ridid=，实际上实际上r ridid比输入端外电路的电阻大比输入端外电路的电阻大2 23 3个数量级即可。个数量级即可。3.3.输出电阻输出电阻r ro o=0=0，实际上实际上r ro o比输入端外电路的电阻小比输入端外电路的电阻小1 12 2个量级个量级即可。即可。4.4.带宽足够宽。带宽足够宽。5.5.共模抑制比足够大。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。标明显下降即可。5.3.1 理想集成运算放大器的条件返回返回 2 2、线性分析依据、线性分析依据:（有负反馈或闭环）（有负反馈或闭环）(V+-V-)Av0=VoAv0=V Vo o=有限值有限值所以：所以：V+=V-虚短虚短5.3.2 理想集成运算放大器的分析依据理想集成运算放大器的分析依据12-112-1虚断和虚短动画虚断和虚短动画3 3 非线性分析依据（无负反馈或开环）非线性分析依据（无负反馈或开环）V+V-时，V0=VOPPV+0则则当当 0 则则当当 0 则则当当0则则当当LHL4.6.2 4.6.2 比较器比较器 比比较较器器是是将将一一个个模模拟拟电电压压信信号号与与一一个个基基准准电电压压相相比较的电路。比较的电路。常常用用的的幅幅度度比比较较电电路路有有电电压压幅幅度度比比较较器器、窗窗口口比比较较器器和和具具有有滞滞回回特特性性的的比比较较器器。这这些些比比较较器器的的阈阈值值是是固定的，有的只有一个阈值，有的具有两个阈值。固定的，有的只有一个阈值，有的具有两个阈值。1 1 一般的比较器一般的比较器2 2 滞回比较器滞回比较器3 3 窗口比较器窗口比较器SchmittSchmitt触发器触发器返回返回 (1)(1)过零比较器和电压幅度比较器过零比较器和电压幅度比较器 过零电过零电压比较器是压比较器是典型的幅度典型的幅度比较电路，比较电路，它的电路图它的电路图和传输特性和传输特性曲线如图所曲线如图所示。示。1 1 一般的比较器一般的比较器 传输特性传输特性例：已知输入信号波形如图，画出输出电压的波形例：已知输入信号波形如图，画出输出电压的波形例：已知输入信号波形如图，画出输出电压的波形例：已知输入信号波形如图，画出输出电压的波形 将过零电压比较器的一个输入端从接地改接到将过零电压比较器的一个输入端从接地改接到一个电压值一个电压值V VR R 上上,就得到电压幅度比较器，它的电就得到电压幅度比较器，它的电路图和传输特性曲线如图所示。路图和传输特性曲线如图所示。(a)a)电路图电路图(b)b)传输特性曲线传输特性曲线(2)(2)固定电压比较器固定电压比较器(输出限幅）输出限幅）另一种形式另一种形式的输出限幅的输出限幅固定电压比固定电压比较器较器例：已知输入信号波形如图，画出输出电压的波例：已知输入信号波形如图，画出输出电压的波形形例：电路如图，已知例：电路如图，已知例：电路如图，已知例：电路如图，已知u ui i=U=Uimimsinwtsinwt，且且且且RCT/2RCT/2，画出画出画出画出u uO1O1、u uO2O2和和和和u uO3O3的波形的波形的波形的波形实例：街灯控制应用电路实例：街灯控制应用电路实例：街灯控制应用电路实例：街灯控制应用电路保护作用：防止三极保护作用：防止三极管发射结反偏击穿管发射结反偏击穿在夜晚，在夜晚，viVR集集成运放的输出成运放的输出接近于接近于-15-15V V，三极管截止三极管截止，继电器中的电继电器中的电流为流为0 0，开关，开关断开，街灯关断开，街灯关闭。闭。2 2 滞回比较器滞回比较器单门限比较器，电路简单，灵敏度高，但是抗干扰单门限比较器，电路简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，为了提高抗干扰性，可采用滞回比较器。能力差，为了提高抗干扰性，可采用滞回比较器。电路分析电路分析估算跳变点的电压估算跳变点的电压VI逐渐减小，当逐渐减小，当VI=V+时，输出开始跳变，时，输出开始跳变，由由-VZ跳变为跳变为VZVI逐渐减大，当逐渐减大，当VI=V+时，输出开始跳变，时，输出开始跳变，由由VZ跳变为跳变为-VZ例例1：电路如图，已知输入波形，画出输出电压的波形：电路如图，已知输入波形，画出输出电压的波形解例例2：电路分别如图：电路分别如图1、图、图2，已知输入波形，分别画出输出电压，已知输入波形，分别画出输出电压的波形的波形实例：街灯控制应用电路实例：街灯控制应用电路实例：街灯控制应用电路实例：街灯控制应用电路该电路在实际应该电路在实际应用中常会出现噪用中常会出现噪声光源，如在很声光源，如在很短时间内云层引短时间内云层引起的光密度的脉起的光密度的脉动。输出就会出动。输出就会出现误动作。现误动作。实例：街灯控制应用电路实例：街灯控制应用电路3 3 窗口比较器窗口比较器方波发生器方波发生器动画动画三角波发生器三角波发生器锯齿波动画锯齿波动画(2)(2)比较器的基本特点比较器的基本特点工作在开环或正反馈状态。工作在开环或正反馈状态。开开关关特特性性，因因开开环环增增益益很很大大，比比较较器器的的输输出出只只有高电平和低电平两个稳定状态。有高电平和低电平两个稳定状态。非非线线性性，因因大大幅幅度度工工作作，输输出出和和输输入入不不成成线线性性关系。关系。返回返回第五章第五章 结束结束返回首页返回首页