2022-2023学年高二物理竞赛课件：集成电路运算放大器

集成电路运算放大器 2 集成运算放大器是一种高电压增益的、采用直接耦合多级放大电路。其输入电阻较高，输出电阻较低。 运算放大器方框图 集成电路运算放大器 ■输入级 采用高性能的差动放大电路，对共模信号有很强的抑制力。 ■电压放大级 提供高的电压增益。为获得高电压增益，电压放大级往往采用电流源作为负载。 ■输出级 采用电压跟随器或互补电压跟随器，以降低输出电阻，提高带负载能力。 ■偏置电路 为各级放大电路提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流。 3 电流源电路 特点：输出电流恒定，具有很高的输出电阻。 类型：镜像电流源、比例电流源、精密电流源、微电流源、多路电流源等。 用途： 一、电流源概述 ■用作各种放大器的有源负载，以提高增益 、增大动态范围。 ■给直接耦合放大器的各级电路提供直流偏 置电流，以获得极其稳定的Q点。 ■电流源给电容充电，可获得随时间线性增 长的电压输出。 ■电流源还可单独制成稳流电源使用。 4 ICQ3 ICQ4 ICQ1 例：差动放大电路如图所示。己知晶体管的＝100，rbb′＝200，UBE＝0.7V，试求：(1)静态UCQ; (2)差模电压放大倍数Aud； (3)差模输入电阻Rid及输出电阻Ro。 解： （1） 5 （2） rbe Aud ICQ1=0.42mA 6 （3） 7 运算放大器的引线 运放的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出端。 ----同相输入端，该端输入信号变化的相位与输出端相同，用符号‘+’表示； ----反相输入端，该端输入信号变化的相位与输出端相反，用符号“-”表示。 一、集成放大器的符号 + + — + 8 运算放大器封装图 编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 9 1.差模电压放大倍数Aud=，实际Aud≥80dB即可。 二、理想运放的条件 2.差模输入电阻Rid=，实际上Rid比输入端外电 路电阻大2～3个量级即可。 3.输出电阻Ro= 0，实际上Ro比输入端外电路的电阻小1～2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。 10 理想运放具有“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。 三、理想运放的特性 (1)虚短 “虚短”是指在分析运放处于线性状态时，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。但不能将两输入端真正短路。 ∞ 有限值 0 UP=UN 11 (2)虚断 “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。但不能将两输入端真正断路。 ∞ 0 IP=IN=0 12 例1：试求理想运算放大器的输出电压和电压放大倍数的表达式。 电压增益 Auf= Uo /Ui =－Rf /R1 反相比例运算电路 根据虚断 IN= IP 0 解： IN IP 根据虚短 UP UN 0 Ii = (Ui－ UN)/R1 Vi/R1 If = (UN－ Uo )/Rf -Uo/Rf ∵Ii  If ∴ Ui/R1=-Uo/Rf 电压并联负反馈 $