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1、集成运算放大器,1 集成运算放大器的简单介绍,2 运算放大器在信号运算方面的应用,3 运算放大器在信号处理方面的应用,4 运算放大器在信号产生方面的应用,1.1 集成运算放大器的简单介绍,集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。,集成电路 是把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上, 组成一个不可分的整体。,集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低。,各类型号集成芯片,1.1.1 集成运算放大器的特点,1. 元器件参数的一致性和对称性好；2. 电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流源代替，电位
2、器需外接；3. 电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感和变压器均需外接； 4. 二极管多用三极管的发射结代替。,1.1.2 电路的简单说明,运算放大器方框图,输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差分放大器 。,中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。,偏置电路: 由镜像恒流源等电路组成,输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。,F007的内部电路图,输入级,中间级,输出级,同相 输入端,输出端,反相 输入端,1.1.3 主要参数,集成运算放大器的主要参数是表征其性能的技术指标，也是正
3、确选择和使用集成运算放大器的主要依据。,（1）开环电压放大倍数 Auo运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。,1.1.3 主要参数,（2）差模输入电阻rid是从反相输入端与同相输入端看进去的电阻 值，高输入电阻的运放其值约为1051011。,（3）输出电阻ro集成运算放大器的输出电阻低，一般为几十 几百。,（Common Mode Rejection Ratio),全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力。,（4）共模抑制比,差模放大倍数,共模放大倍数,KCMRR越大，说明差放分辨 差模信号的能力越强，而抑制 共模信号的能力越
4、强。,共模抑制比(P57),集成运算放大器的管脚和符号,反相 输入端,同相 输入端,信号传 输方向,输出端,实际运放开环 电压放大倍数,(a),(b),(a) 符号;,(b)引脚,1. 开环电压放大倍数,2. 开环输入电阻,3. 开环输出电阻,4. 共模抑制比,由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化, 为此,后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。,1.1.3 理想运算放大器及其分析依据,在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理想的运算放大器。理想化的主要条件：,1.1.3 理想运算放大器及其分析依据,线性区： uo = Auo(u+ u
5、),非线性区： u+ u 时， uo = +Uo(sat) u+ u 时， uo = + Uo(sat) u+ 0,ui = Ui 0,采用集成运算放大器组成的积分电路，由于充电电流基本上是恒定的，故 uo 是时间 t 的一次函数，从而提高了它的线性度。,输出电压随时 间线性变化,Ui,Ui,将比例运算和积分运算结合在一起，就组成 比例-积分运算电路。,电路的输出电压,上式表明：输出电压是对输入电压的比例-积分,这种运算器又称 PI 调节器, 常用于控制系统中, 以保证自控系统的稳定性和控制精度。改变 RF 和 CF，可调整比例系数和积分时间常数, 以满足控制系统的要求。,1.2.5 微分运算
6、电路,由虚短及虚断性质可得i1 = if,Ui,Ui,比例-微分运算电路,上式表明：输出电压是对输入电压的比例-微分,控制系统中， PD调节器在调节过程中起加速作用，即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。,PD调节器,if,集成运放的发展过程，既是追求运放理想化的过程。大约经历了四代更新。,集成运放发展概况,第一代：1964年问世，基本按分立元件电路的设计思想制造，与理想化运放差距较大。第二代：1966年出现，采用有源负载。Avd指标提高。第三代：1972年推出，以超管作为输入级，考虑热效应影响使得输入失调电压电流、Avd 、KCMR等指标改善。主要以参数互补的原理来抑制温漂。第四代：1973
7、年问世，以斩波自稳零原理从根本上解决了运放的温漂和调零问题，各项指标很接近理想运放。利用场效应管输入电阻高、工艺简单、集成度高、功耗低等特点，MOS场效应管在运放中的应用迅速发展。,除了通用型集成运放，还有在某方面指标上有所侧重的专用型集成运放：1、高精度型：是指温漂和噪声非常低、增益和共模抑制比很高的运放。应用在微信号的精密检测、计算、自动控制仪表及高增益交流放大器等。2、高阻型：运放均以场效应管电路作为输入级，具有高输入阻抗，主要用于测量放大、采样保持等电路。3、高速型：具有高转换速率的高速集成运放。4、高压型：满足高输出电压或高输出功率的要求。5、低功耗型：运放的工作电压低、静态功耗小。
8、能够满足空间技术和军事科学等领域的应用。专用型集成运放还有其它一些类型，可查阅相关资料。集成运放新结构、新设计思想和新工艺仍在不断产生。,集成运放使用注意,1、选用：集成运放的使用，首先根据应用对象选择合适类型的集成运放。查对手册，认识集成运放的主要性能指标，正确辨认各管脚功能。2、保护措施：(1) 输入保护：,当运放输入端的差模或共模信号过大，可能造成输入级损坏或运放不能正常工作。,可采用两个二极管和限流电阻对输入端进行保护。(一般，要求通用型运放双端输入电压小于5V),抗差模保护电路,抗共模保护电路,(2) 输出保护：,输出保护,电源保护,当输出端发生对地短路，可能造成输出级过流损坏，可采用双向稳压管保护。,(3) 电源保护：,为防止电源极性接反，而损坏集成运放，可利用二极管单向导电性保护。,常用集成运放介绍,LM358,LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式。,LM358应用举例,交流耦合反相放大器,LM358应用举例,可调增益仪表放大器,LM324,LM324 系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。可工作在单电源下，电压范围是3.0V32V或16V。,
