2022-2023学年高二物理竞赛课件：集成运算放大器组成及主要参数

集成运算放大器组成及主要参数 在集成电路工艺中还难于制造电感元件和大容量电容，因此集成运放主要采用直接耦合。 运算放大器的输入级采用差分放大电路，其特点是输入电阻高、抗干扰能力强、零漂小。 在集成运算放大器中多用晶体管恒流源代替电阻。 集成电路中的二极管都采用晶体管构成，把发射极、基极、集电极三者适当组配使用。 集成运算放大器组成特点 集成运算放大器组成及主要参数 按处理信号分类: 模拟集成电路和数字集成电路 8.1.2 集成运算放大器组成及主要参数 － ＋ ＋ 反相输入端 Inverting input u － u ＋ 同相输入端 Non inverting input 信号传输方向 u i 输出端 o u 实际运放开（Open-loop）电压放大倍数 AO 外管脚排列图及接线图见238图8.1.3 型号命名方法见389页 8.1.2 集成运算放大器组成及主要参数 2. 集成运放的电路符号 (国标GB7428) 8.1.2 集成运算放大器组成及主要参数 3. 集成运放的主要参数 8). 静态功耗PCO最大输出电压 UP-P 1). 开环（Open-loop）电压增益 Au 2). 输入失调电压 UIO （Input offset voltage）及其漂移 3). 输入失调电流 IIO （Input offset current）及其漂移 6). 最大差模输入电压UIdm 4). 输入偏置电流IIB （Input bias current） 5). 共模抑制比KCMR（Common mode rejection ratio） 7). 共模输入电压范围 UICm 温度 参数 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。 9). 电源电压 4.电压传输特性（Transfer characteristic） 信号很小时工作在线性区 uo = A0 ui = A0 （u+ – u－ ） - ui略大于0 正饱和区 输入输出关系曲线 u0 ＋ － ＋ u– u+ Au 0 +UOm –UOm ui ui略小于0 负饱和区 饱和区 线性区 正负饱和区 8.1.2 集成运算放大器组成及主要参数 集成运放的基本特性 集成运放工作在线性区的等效电路模型 u0 ＋ － ＋ u– u+ Au 实际集成运放的参数接近理想化 Auo 高: 80dB~140dB rid 高: 105 ~ 1011 ro 低: 几十 ~ 几百 KCMR高: 70dB~130dB 5.集成运放的理想化模型 8.1.2 集成运算放大器组成及主要参数 6.集成运放的理想化条件 ①开环电压放大倍数Au ②差模输入电阻 ri ③开环输出电阻rO ④共模抑制比KCMRR ∞ ; 0 ; ∞ ; － ＋ ＋ u － u ＋ uo ∞ 理想运放模型 ∞ ; u0 ＋ － ＋ u– u+ Au 实际运放电路图形 8.1.2 集成运算放大器组成及主要参数 理想运放电路图形 ②“虚短（Virtual short）路”概念 ① “虚断（Virtual break）路” 概念 理想运放工作在线性区的特性（247页） ui  0 i-= i+=0 u- u+ = － ＋ ＋ u － u ＋ uo ∞ i- i+ － ＋ ＋ u － u ＋ uo ∞ 8.3 集成运放电路的基本分析方法 Basic Analytic Method of Integrated Operational Amplifier Circuit 当u+ > u-时，u0=+UOm 输出电压u0只有两种可能： 当u+ < u-时，u0= UOm “虚断”的条件原则上仍成立， 即 ii ≈ 0 不存在“虚短”现象. － ＋ ＋ u － u ＋ uo ∞ ui u+– u– uo +Uom -U0m 0 理想电压传输特性 实际运放 理想运放工作在非线性区的特性 8.3 集成运放电路的基本分析方法 Basic Analytic Method of Integrated Operational Amplifier Circuit uo = Auo(u+– u– ) ① 差模输入电压约等于 0 即 u+= u– ,称“虚短” ②输入电流约等于 0 即 i+= i–  0 ,称“虚断” 电压传输特性 Auo越大，运放的线性范围越 小，开环很难稳定工作在线性区 必须加负反馈才能使其工作于线 性区。有无负反馈是判断线性工 作的重要条件。 + + ∞ uo u– u+ i+ i– – 