7.1 集成运算放大器的基础（课件）-《电工电子技术与技能》同步教学（铁道版）

第7章 集成运算放大器 7.1 集成运算放大器的基础 7.2 放大器中的反馈 7.3 集成运放的基本运算电路 7.1 集成运算放大器的基础 7.1.1 集成运算放大器的特点 1）在集成电路工艺中还难于制造电感及容量稍微大一点的电容，因此集成运放各级之间都采用直接耦合，以方便集成化。必须使用电容的地方，也采用外接的形式。 2）集成运放的输入级都采用差动放大电路，需要一对性能相近的差动管。只有采用同一工艺过程在同一硅片上制作一对差动管，才能满足抑制温度漂移的要求。 3）集成电路工艺制作电阻，其阻值范围具有局限性，因此大电阻多采用晶体管恒流源替代。 4）在集成电路中，制作晶体管工艺简单，因此二极管、稳压管等均采用把晶体管的发射极、基极、集电极三者适当组配使用。 集成运算放大器的组成 集成运算放大器的内部包括四个部分：输入级、输出级、中间级和偏置电路。 集成运算放大器各级的作用 输入级：要求输入电阻高，能够抑制零点漂移和干扰信号。采用差动放大电路，它有同相和反相两个输入端。 中间级：电压放大，要求电压放大倍数高，一般由共射放大电路组成。 输出级：与负载相接，要求其输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器组成。 偏置电路的作用：为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点。一般由各种恒流源组成。 集成运放的图形符号及外形 图7-2 集成运算放大器的图形符号 一般符号 简化符号 圆壳式 双列直插式 双列直插式管脚号的识别：管脚朝外，缺口向左，从左下脚开始为1，逆时针排列。比如LM358是8管脚的双集成运放，各管脚号及功能如图7-4所示。 图7-4 LM358管脚功能图 （1）开环电压放大倍数Auo 指运放在无外加反馈情况下的空载电压放大倍数（差模输入），一般约为104~107，即80~140dB（20Lg|Auo|）。 （2）差模输入电阻ri d 指运放在差模输入时的开环输入电阻，一般在几十千欧~几十兆欧范围。ri 越大，性能越好。 （3）开环输出电阻ro 指运放无外加反馈回路时的输出电阻，开环输出电阻ro越小，带负载能力越强。一般约为20 ~200Ω。 （4）共模抑制比KCMR 用来综合衡量运放的放大和抗零漂、抗共模干扰的能力，KCMR越大，抗共模干扰能力越强。一般在65~75 dB之间。 7.1.2 集成运算放大器的主要参数 （5）输入失调电压Ui o 实际运算放大器，当输入电压u＋ = u－= 0时，输出电压uO ≠0，将其折合到输入端就是输入失调电压。它在数值上等于输出电压为零时两输入端之间应施加的直流补偿电压。Ui o的大小反应了输入级差动放大电路的不对称程度，显然其值越小越好，一般为几毫伏，高质量的在1mV以下。 （6）输入失调电流 I o 输入失调电流是输入信号为零时，两个输入端静态电流之差。Ii o一般为纳安级，其值越小越好。 （7）最大输出电压UoPP 指运放在空载情况下，最大不失真输出电压的峰—峰值。 7.1.3 理想运算放大器的条件 1．理想化条件 (三高一低 ) 开环电压放大倍数Auo→ ∞； 差模输入电阻ri d → ∞； 开环输出电阻ro→ 0 ； 共模抑制比KCMR→ ∞ 。 在分析运算放大器时，一般可将它看成是一个理想运算放大器。 理想运算放大器的图形符号如图7- 5a 所示，图中的“∞”表示电压放大倍数Auo→∞。图7- 5b为运算放大器的传输特性曲线。实际运算放大器的特性曲线分为线性区和饱和区，理想化特性曲线无线性区。 当运算放大器工作在线性区时， uo = Auo(u+ －u－) （7-1） 当运算放大器工作在饱和区时， （7-2） u+ ＞u－ 时uo＝＋Uo（sat） u+ ＜u－ 时uo＝－Uo（sat） 图7- 5 运算放大器传输特性 理想运放图形符号 传输特性 运算放大器工作在线性区的两个推论：“虚短”、“虚断” 1）由于Auo→∞，而输出电压是有限电压，从式（7-1）可知u+ －u－＝uo／Auo≈0，即 u＋≈ u－ （7-3） 上式说明同相输入端和反相输入端之间相当于短路。由于不是真正的短路，故称“虚短”。 2）由于运算放大器的差模电阻rid→∞，而输入电压ui＝u+ -u－ 是有限值，两个输入端电流 i + = i－= ui／rid