集成运放的结构-工作原理和主要参数.pptx

1、采用直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性，、采用直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性，采用差分放大电路和电流源电路。采用差分放大电路和电流源电路。通用型集成运放：通用型集成运放：单运放单运放LM741；四运放四运放LM324专用型集成运放：专用型集成运放：高精度型：高精度型：AD7977-1 集成运放的特点和及典型运放简介集成运放的特点和及典型运放简介2、用有源器件代替无源元件，如用晶体管代替占面积大的、用有源器件代替无源元件，如用晶体管代替占面积大的 大电阻，三极管当二极管用等。大电阻，三极管当二极管用等。3、利用纵向、利用纵向NPN管管值较大、横向值较大、横向PNP管的耐压比较高的特管的耐压比较高的特 点，接成复合管的组态，点，接成复合管的组态，形成性能优良的各种放大电路。形成性能优良的各种放大电路。一、一、集成运放的特点集成运放的特点集成运放的分类：集成运放的分类：4、体积小、可靠性高、功耗低、成本低、使用方便。、体积小、可靠性高、功耗低、成本低、使用方便。二、二、集成运放的一般构成（通用型）集成运放的一般构成（通用型）偏置电路：偏置电路：由恒流源电路组成，向各放大级提供合适的偏由恒流源电路组成，向各放大级提供合适的偏置电流；置电流；输输 入入 级：级：大多采用差动放大电路，要求输入电阻大，共大多采用差动放大电路，要求输入电阻大，共模抑制比高，耐压高；模抑制比高，耐压高；中中 间间 级：级：输输 出出 级：级：主放大器，多采用共射放大电路，要求有足主放大器，多采用共射放大电路，要求有足够大的放大能力；够大的放大能力；一般为互补推挽功率放大器，要求输出电阻小，一般为互补推挽功率放大器，要求输出电阻小，输出电压尽可能大，通常含有保护电路。输出电压尽可能大，通常含有保护电路。输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路u+u-uO三、三、集成运放的符号和封装集成运放的符号和封装若将集成运放看成若将集成运放看成一个黑盒子，则可一个黑盒子，则可等效为一个双端输等效为一个双端输入单端输出的高性入单端输出的高性能差分放大电路。能差分放大电路。输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路u+u-uO1 1、电路符号、电路符号:同相输入端同相输入端反相输入端反相输入端同相输入端：信号从该端输入时，输出与输入相位相同。同相输入端：信号从该端输入时，输出与输入相位相同。反相输入端：信号从该端输入时，输出与输入相位相反。反相输入端：信号从该端输入时，输出与输入相位相反。+-u+u-uOA2 2、封装、封装金属圆壳式；金属圆壳式；双列直插式；双列直插式；扁平式扁平式+EC-EC四、四、集成运放电路简介集成运放电路简介-LM741对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信号对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级。流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级。双入单出的共集双入单出的共集-共基共基差分放大电路差分放大电路复合管为放大管、复合管为放大管、恒流源作负载的共恒流源作负载的共射放大电路射放大电路用用UBE倍增电路倍增电路消除交越失真的消除交越失真的互补推挽输出级互补推挽输出级四、四、集成运放电路简介集成运放电路简介-LM741T1T7组成差分式放大电路；组成差分式放大电路；T1、T3和和T2、T4组成复合差分电路；组成复合差分电路；采用共集形式可以提高输入阻抗，共基形采用共集形式可以提高输入阻抗，共基形式频带宽；式频带宽；T3、T4为横向为横向PNP管，耐压高，因此允管，耐压高，因此允许的共模输入电压大；许的共模输入电压大；T5、T6、T7组成精密镜像电流源作为组成精密镜像电流源作为T3、T4的有源负载，能有效地提高共模抑制的有源负载，能有效地提高共模抑制比；比；Rp为外接的调零电位器，通过调节为外接的调零电位器，通过调节Rp可以可以保证静态时输出为零。保证静态时输出为零。四、四、集成运放电路简介集成运放电路简介-LM741T16T17组成复合管共射放大组成复合管共射放大电路，电路，T13B作为有源负载，作为有源负载，交流电阻很大，所以本级可以交流电阻很大，所以本级可以获得很高的电压增益，同时具获得很高的电压增益，同时具有较高的输入电阻。有较高的输入电阻。电容电容CC用于相位补偿（密勒）用于相位补偿（密勒）补偿，避免电路产生自激振荡。补偿，避免电路产生自激振荡。四、四、集成运放电路简介集成运放电路简介-LM741T14T20组成互补推挽输出电路。组成互补推挽输出电路。T19作二极管用，与作二极管用，与T18、R8组成组成UBE倍增电路，使电路工作在甲乙类状倍增电路，使电路工作在甲乙类状态，消除交越失真。态，消除交越失真。T24为射极跟随器，起隔离作用，减为射极跟随器，起隔离作用，减小输出级对中间级的负载影响。小输出级对中间级的负载影响。四、四、集成运放电路简介集成运放电路简介-LM741 正常工作时，正常工作时，T15、T21处于截止状态。当电流处于截止状态。当电流过大时，过大时，R9、R10的压降增大，的压降增大，T15、T21导通。导通。T15导通后，对导通后，对T14的基极产生分流作用，限制的基极产生分流作用，限制T14的电流，保护的电流，保护T14。T21导通后，使导通后，使T23、T22导通，使导通，使T16的基极电的基极电位降低，使位降低，使T24的基极电位升高，导致的基极电位升高，导致T20趋于截趋于截止，因而限制止，因而限制T20的电流，保护的电流，保护T20。四、四、集成运放电路简介集成运放电路简介-LM741五、五、集成运放电路简介集成运放电路简介5G14573-A有源负载双入单出差放有源负载共源放大电路相位补偿输出电阻大，适输出电阻大，适合于场效应管为合于场效应管为负载的电路。负载的电路。7-2 集成运放的主要技术参数集成运放的主要技术参数指标参数指标参数741典型值典型值理想值理想值开环差模增益开环差模增益Aod:106dB 差模输入电阻差模输入电阻Rid:2M 输出电阻输出电阻Ro:100 0共模抑制比共模抑制比KCMR：90dB 输入失调电压输入失调电压UIO:1mV0uIO的温漂的温漂dUIO/dTV/C0输入失调电流输入失调电流IIO:20nA0IIO的温漂的温漂dIIO/dT:nA/C0最大共模输入电压最大共模输入电压Uidmax：13V最大差模输入电压最大差模输入电压Uicmax：30V3dB带宽带宽BW：10Hz 转换速率转换速率SR：0.5V/s7-3 理想的集成运算放大器理想的集成运算放大器一、理想运放的技术指标一、理想运放的技术指标二、集成运放的传输特性二、集成运放的传输特性三、理想运放工作在线性区的特点三、理想运放工作在线性区的特点四、理想运放工作在非线性区的特点四、理想运放工作在非线性区的特点一、理想运放的技术指标一、理想运放的技术指标理想运放理想运放将各项技术指标理想化的集成运放。将各项技术指标理想化的集成运放。AOdRidROKCMRIIBIIOUIOBW零点漂移零点漂移 0 000 0二、二、集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性uOu+-u-0UOHUOL线性线性区区非线非线性区性区非线非线性区性区1 1、线性区、线性区当差模输入信号较小时，输出与当差模输入信号较小时，输出与输入是线性的关系。输入是线性的关系。线性范围很小，一般不超过线性范围很小，一般不超过0.1mV.2 2、非线性区、非线性区若差模输入超出其线性范围时，若差模输入超出其线性范围时，会导致运放内部的某些晶体管饱会导致运放内部的某些晶体管饱和或截止，此时运放的输出电压只和或截止，此时运放的输出电压只有两种情况，要么为正向饱和值，要么为负向饱和值。有两种情况，要么为正向饱和值，要么为负向饱和值。三、理想运放工作在线性区时的特点三、理想运放工作在线性区时的特点因理想运放因理想运放AOd=；运放工作在线性区时：运放工作在线性区时：1 1、理想运放的差模输入电压等于零、理想运放的差模输入电压等于零“虚短虚短”运放的两输入端电位相等，如同将两点短路一样，但实运放的两输入端电位相等，如同将两点短路一样，但实际上并未真正被短路，将这种现象称为际上并未真正被短路，将这种现象称为“虚短虚短”。实际运放实际运放AOd越大，将输入端视为越大，将输入端视为“虚短虚短”带来的误差越小。带来的误差越小。由于理想运放由于理想运放rid=，因此两输入端均没有电流。因此两输入端均没有电流。2 2、理想运放的输入电流等于零、理想运放的输入电流等于零“虚断虚断”运放的输入电流等于运放的输入电流等于0，如同将两点断开，但实际上并，如同将两点断开，但实际上并未真正被断开，将这种现象称为未真正被断开，将这种现象称为“虚断虚断”。实际运放实际运放rid越大，将越大，将输入端视为输入端视为“虚断虚断”带来的误差越小。带来的误差越小。+-uOAi+i-+-u+u-uOA“虚短虚短”和和“虚断虚断”是理想运放工作在线性区时的两个重要是理想运放工作在线性区时的两个重要结论，常作为分析运放应用电路的出发点，必须牢牢掌握。结论，常作为分析运放应用电路的出发点，必须牢牢掌握。由于理想运放由于理想运放rO=0，因此运放的输出端可以等效为内因此运放的输出端可以等效为内阻为阻为0的理想电压源。的理想电压源。3 3、理想运放的输出端为理想电压源、理想运放的输出端为理想电压源1 1、“虚短虚短”2 2、“虚断虚断”三、理想运放工作在线性区时的特点三、理想运放工作在线性区时的特点四、四、理想运放工作在非线性区时的特点理想运放工作在非线性区时的特点1 1、输出电压的值只有两种可能：、输出电压的值只有两种可能：或等于正向饱和值；或等于正向饱和值；或等于负向饱和值。或等于负向饱和值。uOu+-u-0UOHUOL非线非线性区性区非线非线性区性区理想特性理想特性注意：注意：运放工作在非线性区时，运放工作在非线性区时，差模输入电压可以较大，所以差模输入电压可以较大，所以“虚短虚短”现象不复存在。现象不复存在。2 2、理想运放的输入电流等于零、理想运放的输入电流等于零“虚断虚断”理想运放理想运放rid=，时，发生电平的转换。时，发生电平的转换。注意问题注意问题理想运放工作在线性区和非线性区时，各有不同的特点。理想运放工作在线性区和非线性区时，各有不同的特点。在分析运放的各种应用电路时，首先必须判断其中的运放在分析运放的各种应用电路时，首先必须判断其中的运放工作在哪个区域。工作在哪个区域。线性区：虚短、虚断线性区：虚短、虚断非线性区：有虚断无虚短；输出为正向（负向）饱和值。非线性区：有虚断无虚短；输出为正向（负向）饱和值。线性区：线性区：非线性区：非线性区：电路中必引入深度负反馈。电路中必引入深度负反馈。运放工作在开环状态或引入正反馈。运放工作在开环状态或引入正反馈。判断方法：看运放是否引入深度负反馈。判断方法：看运放是否引入深度负反馈。