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1、 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学第四章第四章 集成运算放大器集成运算放大器 第第一节一节 集成电路介绍集成电路介绍第二节第二节 通用型集成运算放大器通用型集成运算放大器第三节第三节 集成运放的主要参数集成运放的主要参数第四节第四节 理想运放及三种基本输入方式理想运放及三种基本输入方式本章教学主要内容本章教学主要内容 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学集成电路的定义集成电路的定义：采用专门的制造工艺，把电阻、电容、：采用专门的制造工艺，把电阻、电容、三极管元件及它们之间的连线制作在一块半导体基片上，三极管元件及它们之间的连线制作在一块半导体基片上，完成特定
2、功能的电子线路固体组件。是器件与电路的集合。完成特定功能的电子线路固体组件。是器件与电路的集合。集成电路的分类：集成电路的分类：1 1、制造工艺不同：单片集成电路、制造工艺不同：单片集成电路 混合集成电路混合集成电路2 2、有源器件：晶体管（双极型）、有源器件：晶体管（双极型） 场效应管（单极型）场效应管（单极型）3 3、功能不同：数字集成电路、功能不同：数字集成电路 模拟集成电路模拟集成电路第一节第一节 集成电路介绍集成电路介绍 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学集成电路的特点：集成电路的特点：1 1、元器件参数一致，温度均一性好、元器件参数一致，温度均一性好 2 2、不宜
3、制造高阻值电阻，常用有源元件（晶体管或场效应管）、不宜制造高阻值电阻，常用有源元件（晶体管或场效应管）取代电阻。取代电阻。3 3、不能制作大电容、电感，采用直接耦合方式、不能制作大电容、电感，采用直接耦合方式4 4、采用各种电流源电路、采用各种电流源电路5 5、二极管多由集电极与基极短接的三极管构成、二极管多由集电极与基极短接的三极管构成6 6、采用复合管，改善性能、采用复合管，改善性能7 7、电源电压较低，目的为了减小功耗便于安全工作、电源电压较低，目的为了减小功耗便于安全工作 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学集成电路较分立元件电路的特点集成电路较分立元件电路的特点n集成
4、电路体积小、重量轻，集成电路体积小、重量轻，n元件参数对称元件参数对称n功耗小功耗小n功能强功能强n成本低成本低n可靠性高可靠性高 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学第二节第二节 通用型集成运算放大器通用型集成运算放大器模拟集成电路又分为模拟集成电路又分为集成运算放大器、集成功率放大器、集成电压比较器、集集成运算放大器、集成功率放大器、集成电压比较器、集成乘法器、集成稳压电源、集成振荡器等不同类型。成乘法器、集成稳压电源、集成振荡器等不同类型。集成运算放大器是模拟集成电路中应用最广泛的一种，集成运算放大器是模拟集成电路中应用最广泛的一种，在以后的几章中均有应用。在以后的几章中
5、均有应用。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 一、定义一、定义 集成运算放大器是集成运算放大器是高增益高增益、高输入阻抗高输入阻抗、低输出阻抗低输出阻抗的的多多级直接耦合集成放大器级直接耦合集成放大器。 在发展初期，它主要用于模拟计算机的加、减、乘、除、在发展初期，它主要用于模拟计算机的加、减、乘、除、积分、微分等数学运算电路中，故将积分、微分等数学运算电路中，故将“运算放大器运算放大器”的名的名称保留至今。称保留至今。 二、分类二、分类 1 1、按功能分：高精度、高速度、高压、按功能分：高精度、高速度、高压、 高输入阻抗、大功率、低噪声、高输入阻抗、大功率、低噪声、 低漂
6、移、低功耗等。低漂移、低功耗等。 2 2、按集成度分：单运放、双运放、四运放、按集成度分：单运放、双运放、四运放 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学按性能指标按性能指标高高 阻阻 型型：ridrid，可高于，可高于10101212。 用于测量放大器、信号发生器。用于测量放大器、信号发生器。高高 速速 型型： fH fH和和SRSR高，高， fH fH可达可达1.7GHz1.7GHz，SRSR可达可达 10103 3V/SV/S。 用于用于A/DA/D、D/AD/A转换电路、视频放大器。转换电路、视频放大器。高精度型高精度型：低失调、低温漂、低噪声、高增益，：低失调、低温漂、低
7、噪声、高增益， AodAod高于高于10105 5dBdB。 用于微弱信号的测量与运算、高精度设备。用于微弱信号的测量与运算、高精度设备。低功耗型低功耗型：工作电源电压低、静态功耗小，在：工作电源电压低、静态功耗小，在100100200W200W。 用于空间技术、军事科学和工业中的遥感遥测。用于空间技术、军事科学和工业中的遥感遥测。大功率型、仪表用放大器、隔离放大器、缓冲放大器大功率型、仪表用放大器、隔离放大器、缓冲放大器通常情况下用通用型运放，通常情况下用通用型运放，特殊情况下才用专用型运放。特殊情况下才用专用型运放。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学讨论一讨论一n根据下
8、列要求，将应优先考虑使用的集成运放填入空内。根据下列要求，将应优先考虑使用的集成运放填入空内。n已知现有集成运放的类型是：已知现有集成运放的类型是：n 通用型通用型 高阻型高阻型 高速型高速型 低功耗型低功耗型 n 高压型高压型 大功率型大功率型 高精度型高精度型n1. 作低频放大器，应选用作低频放大器，应选用 。n2. 作内阻为作内阻为10M信号源的放大器，应选用信号源的放大器，应选用 。n3. 作宽频带放大器，应选用作宽频带放大器，应选用 。n4. 宇航仪器中所用的放大器，应选用宇航仪器中所用的放大器，应选用 。n5. 要求输出电压幅值为要求输出电压幅值为80V的放大器，应选用的放大器，应
9、选用 。n6. 负载需负载需5A电流驱动的放大器，应选用电流驱动的放大器，应选用 。n7. 作幅值为作幅值为1V以下微弱信号的量测放大器，应选用以下微弱信号的量测放大器，应选用 。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学三、组成方框图三、组成方框图 集成运放电路由四部分组成，包括集成运放电路由四部分组成，包括输入级输入级、中间级中间级、输输出级出级和和偏置电路偏置电路。集成运放结构方块图集成运放结构方块图 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1 1、差动输入级：、差动输入级： 抑制零点漂移，抑制零点漂移，r ri i高，高，K KCMRCMR大，大， 有一定的放大
10、能力。有一定的放大能力。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2 2、中间放大级：、中间放大级： 共射放大电路，常采用复合管提高放大倍数，共射放大电路，常采用复合管提高放大倍数，采用恒流源作为负载。采用恒流源作为负载。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3 3、功率输出级：、功率输出级： 提供足够的功率，输出阻抗小，一般采用提供足够的功率，输出阻抗小，一般采用OCLOCL或准或准互补对称功率放大电路。互补对称功率放大电路。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 4 4、恒流源偏置电路：、恒流源偏置电路： 提供合适的静态工作电流，并要求提供的
11、电流稳提供合适的静态工作电流，并要求提供的电流稳定。偏置电路均为各种形式的电流源电路。定。偏置电路均为各种形式的电流源电路。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学双列直插式封装双列直插式封装圆壳式封装圆壳式封装 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学四、集成运放的符号四、集成运放的符号两个输入端和一个输出端两个输入端和一个输出端（a a）理想运放）理想运放 （b b）实际运放）实际运放三端、有源的、非线性
12、器件三端、有源的、非线性器件 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1 1、输入失调电压输入失调电压在室温下，输入电压为零时，为了使集成运在室温下，输入电压为零时，为了使集成运放输出电压为零，在输入端加的补偿电压称为输入失调电压。放输出电压为零，在输入端加的补偿电压称为输入失调电压。越大，说明电路对称度越差，一般为越大，说明电路对称度越差，一般为 （0-100-10）mVmV。2 2、最大差模输入电压最大差模输入电压集成运放的反相和同相输入端所能承受集成运放的反相和同相输入端所能承受的最大电压值。的最大电压值。第三节第三节 集成运放的主要参数集成运放的主要参数 模拟电子技术模拟电
13、子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学3 3、开环差模电压增益开环差模电压增益集成运放工作在线性区，接入规定的负集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况下的直流差模电压增益。载，无负反馈情况下的直流差模电压增益。 (a)(a)无反馈无反馈( (开环开环) (b) (b)有反馈有反馈( (闭环闭环) ) 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学4 4、差模输入电阻差模输入电阻差模输入时的输入电阻。值越大，对信差模输入时的输入电阻。值越大，对信号源的影响越小，所以越大愈好。号源的影响越小，所以越大愈好。5 5、共模抑制比共模抑制比与差放的共模抑制比定义相同。有的（与差放的共模抑制
14、比定义相同。有的（60-60-7070）dBdB，有的高达，有的高达180dB180dB。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学常见集成运放参数常见集成运放参数输入失输入失调电压调电压（mVmV）输入失输入失调电流调电流（nAnA）输入电输入电阻阻（MM）最大差最大差模输入模输入电压电压（V V）共模抑共模抑制比制比（dBdB）转换速转换速率率（V/V/ss）A741A7416 620202 2303090900.50.5LF357LF3577 720201.00E+1.00E+070740401001005050OP07OP070.150.151.81.83333303012
15、01200.10.1 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学一、理想运放模型：一、理想运放模型：1 1、输入失调电压、输入失调电压=0=02 2、开环差模电压增益、开环差模电压增益=3 3、输出电阻、输出电阻=0=04 4、差模输入电阻、差模输入电阻=5 5、共模抑制比、共模抑制比=第四节第四节 理想运放及三种基本输入方式理想运放及三种基本输入方式 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学二、理想运放工作在线性区的结论二、理想运放工作在线性区的结论 所谓工作在线性区是指集成运放内部电路中全部三极管均工所谓工作在线性区是指集成运放内部电路中全部三极管均工作在放大状态。作
16、在放大状态。 结论结论1 1 两个输入端等电位两个输入端等电位。结论结论2 2 两个输入端均不取电流两个输入端均不取电流 “虚短虚短”“虚断虚断”U+ = U I+ = I = 0 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学三、理想运放工作在非线性区时的结论三、理想运放工作在非线性区时的结论 在电路中，若集成运放处于在电路中，若集成运放处于开环状态开环状态，甚至接入，甚至接入正反馈正反馈时，时，则表明集成运放工作在非线性区。则表明集成运放工作在非线性区。 对于理想运放，由于差模增益无穷大，只要同相输入端对于理想运放，由于差模增益无穷大，只要同相输入端与反相输入端之间由无穷小的差值电压
17、，输出电压就将达到正与反相输入端之间由无穷小的差值电压，输出电压就将达到正的最大值或负的最大值，其电压传输特性如下图。的最大值或负的最大值，其电压传输特性如下图。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学传输特性理想运放工作在非线性区的两个特点是：理想运放工作在非线性区的两个特点是：（1 1）输出电压）输出电压 只有高、低两种电平（只有高、低两种电平（ 或或 ），而），而 与与 也不一定相等。也不一定相等。 当当 时，则时，则 ； 当当 时，则时，则 ； 当当 时，则高、低电平发生转换；时，则高、低电平发生转换；（2 2）由于理想运放的差模输入电阻无穷大，故输入电流为零，）由于理想运放的差模输入电阻无穷大，故输入电流为零，即即 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 的作用是使运放处于平衡状态，减小失调及温度漂移。的作用是使运放处于平衡状态，减小失调及温度漂移。 大小由下式决定大小由下式决定 四、三种基本输入方式四、三种基本输入方式 ( (一一) )反相输入反相输入“虚地虚地” 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学( (二二) )同相输入同相输入 ( (三三) )差动输入差动输入
