4.3集成运算放大器(课件）-高二《电子技术基础与技能》同步教学（电子工业版）

集成运算放大器 1. 集成电路发展历史 数不胜数的电子产品几乎都离不开集成电路的应用，涉及到农业生产、航空航天、医疗卫生、交通运输、移动通信、国防科技等各个领域。在当今的智慧互联世界，说它无孔不入并不过分，集成电路已成为各行各业实现信息化、智能化的基础，无论是在军事还是民用上，它已起着不可替代的作用。 1958年，美国德州仪器公司展示了全球第一块集成电路，这标志着世界从此进入到了集成电路的时代。几根零乱的电线将五个电子元件连接在一起，就形成了历史上第一个集成电路板，如图所示。 三 集成运算放大器 1. 集成电路发展历史 按集成度的不同，集成电路有小规模、中规模、大规模和超大规模之分；按功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路；按外型封装形式的不同分为单列直插式、双列直插式、扁平贴片式、金属圆壳式等，如图所示。目前国内应用最多的是双列直插式。 三 （1）单列直插式 （2）双列直插式 （3）扁平贴片式 （4）金属圆壳式 集成运算放大器 2. 集成运算放大器组成 阻容耦合和变压器耦合放大器无法传递变化极其缓慢（频率接近于零）的信号或者是极性固定不变的直流变化量，因此，电子工程师们采用了集成电路技术，制造出了一种能够放大缓慢变化信号和直流信号的放大电路——集成运算放大器。集成运算放大器（通常简称集成运放），是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。近年来，集成运放得到迅速发展，非常接近具有无限增益的理想放大器。实际上，运算放大器并没有完全达到完美，但是通常在10万或更多的区域内获得增益，它们足够接近。各种高性能、低价格的集成运放应运而生，型号类型很多，内部电路结构也各有差异，但它们的基本组成是相同的，主要由输入级、中间级、输出级和偏置电路等组成，级间直接耦合，其基本组成框图如图所示。 三 集成运算放大器 2. 集成运算放大器组成 输入级一般采用具有恒流源的差动放大电路，是接受微弱电信号、减小零点漂移，提高运算放大器性能质量的关键部分，要求其输入电阻高，其主要作用是利用其对称特性提高整个电路的共模抑制比。 中间级常采用复合结构的共射（或共源）放大电路，一般由多级放大电路组成，其主要作用是进行电压放大，提供高电压放大倍数，经输出部分传到负载，集成运放的总增益主要由中间级提供。 输出级与负载相接，通常由互补式（或准互补式）射极输出器（或复合管射极输出器）组成，用来降低输出电阻，提高运放的负载能力，主要向负载提供足够大的输出功率，能输出足够大的电压和电流，通常都装有过载保护电路。 偏置电路常采用小电流的恒流源，其主要作用是为各级放大电路提供合适的工作电流，以保证各级静态工作点的稳定。 此外，集成运放通常还有调零、相位补偿、电平偏移、过流保护等辅助电路。 三 集成运算放大器 2. 集成运算放大器组成 电路图中集成运放的图形符号如图所示，图中“∞”表示额定开路增益极高。它有同相（非反相，电路原理图上标有“ + ”符号）和反相（标有“ - ”符号）两个输入端，前者的电压变化和输出端的电压变化方向一致，后者则相反。如果将相同的电压一起施加到两个输入，那么输出端应该没有变化。实际上，输出与反相和非反相输入之间的差异成比例。正是由于这个原因，这些放大器通常被称为差分放大器。 三 集成运算放大器的图形符号 （1）国家标准（GB4728•13—85）规定的符号 （2）国内外常用的符号 集成运算放大器 3. 集成运算放大器主要参数及工作特点 如何在种类繁多的集成运放中选到满足应用需要的运放，依据就是评价集成运放性能优劣的参数，应该综合考虑，比如在没有特殊要求的场合，尽量选用各种主要技术指标均比较适中的通用型集成运放，这样即可兼顾可靠性、稳定性，又容易保证货源、降低成本，技术性与经济性较统一；在某项技术参数有突出要求时可以选用专用型运放，但往往难以兼顾其他参数，例如要低噪声往往带宽较窄，要高速常常精度不够高；在使用多个运放的系统中，尽可能选用多运放集成电路，例如LM324、LF347等都是将4个运放封装在一起的集成块。 集成运放的一部分技术指标与差分放大器和功率放大器相同，一部分根据运算放大器本身的特点而设立。性能均衡的通用型运放的主要参数有以下4个。 （1）开环电压放大倍数Auo 开环电压放大倍数是指运放在无外加反馈情况下，输出电压与输入电压的变化量之比。集成运放的开环电压放大倍数一般很高，可达104～107。Auo越大，运放精度越高，不同功能运放的Auo数值相差比较悬殊。 三 集成运算放大器 3. 集成运算放大器主要参数及工作特点 （2）差模输入电阻rid 运算放大器两个