3.2 集成运算放大器的基本知识（课件）-高二《电子技术基础与技能》同步教学（人邮版）

3.2 集成运算放大器的基本知识 随着半导体技术的飞速发展，在20世纪60年代将电子电路中的元器件集成化，即将二极管、三极管、场效应管、电阻器等元器件以及连线集中在一小块硅基片上，封装在一个管壳内，构成特定功能的电子电路，由于它本身可以是一个完整的电路，故称集成电路。 集成电路按电路功能可分为模拟集成电路和数字集成电路，模拟集成电路主要有集成功率放大器、集成运算放大器、集成稳压器等。由于集成电路体积小、稳定性好，因而在各种电子设备及仪器中得到了广泛的应用。 3.2.1 集成电路的特点 与分立元件电路相比，集成电路具有以下突出特点。 1．可靠性高、寿命长 2．体积小、重量轻 3．速度高、功耗低 4．成本低 集成电路常有3种外形，即圆壳式、双列直插式和扁平式。塑料扁平封装及双列直插式集成电路引脚编号排列的识读方法是，面对集成电路印有型号字体的表面，从有标记端的左侧第1脚起逆时针依次为1、2、3、4…读完一侧后逆时针转至另一侧再读，如图3.6（a）、（b）所示。金属圆筒形集成电路的识读方法是，引脚朝下，以间隙最大处或凸键为标记，右边起逆时针方向依次为引脚1、2、3…如图3.6（c）所示。 （a）扁平式 （b）双列直插式 （c）圆壳式 图3.6 集成电路的三种外形图 3.2.2 集成运算放大器的组成及主要参数 集成电路种类繁多，功能各异，其中集成运算放大器（简称集成运放或运放）是一种性能优良、通用性强的多功能部件，是一种高放大倍数的直接耦合放大器。 例如，LM358便是高增益运算放大器，它在模拟信号的处理过程中有许多应用，其实物图如图3.7所示。 图3.7 LM358实物图 1．集成运放电路的构成 集成运放的方框图由4部分组成，如图3.8所示。 图3.8 集成运放的方框图 ① 输入级。其作用是提供与输出端同相关系和反相关系的两个输入端，并尽量减小零漂。输入级通常由差动放大器组成。 ② 中间级。其作用是提供较高的电压放大倍数，一般由共发射极放大电路组成。 ③ 输出级。输出级的作用是提供一定的电压变化，通常采用互补对称放大电路。 ④ 辅助环节。使各级放大电路有稳定的直流偏置。 2．集成运放符号 集成运放是高电压放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路，由于直接耦合放大电路存在零点漂移问题，所以对零漂影响最大的第一级电路往往采用差动放大器。 集成运放的符号如图3.9（a）所示，图中“ ”表示运算放大器，“∞”表示开路增益极高。它有两个输入端和一个输出端，标“+”的为同相输入端，表示输出电压Uo与该输入电压U+同相；标“−”的为反相输入端，表示输出电压Uo与该输入电压U−反相。运算放大器在一些资料和书籍中还采用图3.9（b）所示的旧图形符号。 （a）新符号 （b）旧符号 图3.9 集成运放的图形符号 3．主要参数 集成运放的性能可以用各种参数来反映，为了合理正确地选择和使用集成运放，下面介绍集成运放的主要性能指标。 ① 开环电压放大倍数Auo：指无反馈时集成运放的差模电压放大倍数。 ② 差模输入电阻rid：指差模输入时运放无外加反馈回路时的输入电阻。 ③ 开环输出电阻rod：指运放无外加反馈回路时的输出电阻。 ④ 共模抑制比KCMR：用来衡量运放的放大和抗零漂、抗共模干扰的能力，其定义式为 或 4．集成运放的种类 目前国产集成运放的种类很多，根据用途不同可分为以下几类。 ① 通用型。其性能指标适合一般情况下使用，按产品投产先后和性能先进程度分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。例如，CF741为Ⅲ型产品，其特点是电源电压适应范围较广，不需要外接补偿电容来防止电路自激，允许有较大的输入电压等。 ② 低功耗型。静态功耗≤2mW，如FX253等。 ③ 高精度型。在温度变化时其漂移电压很小，能保证运算放大器组成的电路对微弱信号检测的准确性，如CF725（国外的pA725）、CF7650（国外的ICL7650）等。 ④ 高阻型。输入电阻可达1012，如F55系列等。 3.2.3 理想运算放大器 1．集成运放的理想条件 理想集成运放的等效电路如图3.10所示，其主要参数如下： 开环电压放大倍数Auo=∞； 输入电阻rid=∞； 输出电阻ro= 0； 共模抑制比KCMR=∞。 图3.10 理想运放等效电路 由以上理想特性可以推导出如下两个重要结论。 ① 虚短路原则