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1、第第5章章 集成运算放大集成运算放大电电路路5.15.1 集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器简简简简介介介介5.25.2 集成运算放大器的集成运算放大器的集成运算放大器的集成运算放大器的线线线线性性性性应应应应用用用用5.3 5.3 集成运算放大器的非集成运算放大器的非集成运算放大器的非集成运算放大器的非线线线线性性性性应应应应用用用用5.4 5.4 集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器应应应应用用用用实实实实例例例例5.5 5.5 使用集成运算放大器使用集成运算放大器使用集成运算放大器使用集成运算放大器应应应应注意的注意的注意的注意的问题问题问题问题
2、整理ppt集成集成集成集成电电电电路路路路: : 将整个将整个电电路的各个元件做在同一个半路的各个元件做在同一个半导导体体基片上。基片上。高增益的直接耦合的集成的多高增益的直接耦合的集成的多高增益的直接耦合的集成的多高增益的直接耦合的集成的多级级级级放大器。放大器。放大器。放大器。集成集成集成集成电电电电路的路的路的路的优优优优点：点：点：点：工作工作稳稳定、使用方便、体定、使用方便、体积积小、重量小、重量轻轻、功耗小。、功耗小。集成集成集成集成电电电电路的分路的分路的分路的分类类类类：模模拟拟集成集成电电路、数字集成路、数字集成电电路；路；小、中、大、超大小、中、大、超大规规模集成模集成电电
3、路；路； 5.1 集成运算放大器集成运算放大器简简介介一一 集成运算放大器芯片集成运算放大器芯片1 1 概念概念整理ppt圆圆壳式壳式 双列直插式双列直插式 扁平式扁平式 单单列直插式列直插式 菱形式菱形式集成集成电电路的封装形式路的封装形式封装形式是指安装半封装形式是指安装半导导体集成体集成电电路芯片用的外壳。路芯片用的外壳。整理ppt1. 电电路元件制作在一个芯片上，路元件制作在一个芯片上，元器件精度低，元器件精度低，但具有良好但具有良好的一致性和同向偏差，有利于的一致性和同向偏差，有利于实现实现需要需要对对称称结结构的构的电电路。路。采用采用直接耦合直接耦合，差分放大差分放大电电路路。2
4、. 在集成在集成电电路中，制造三极管（路中，制造三极管（NPNNPN）比制造大）比制造大电电阻和二极阻和二极管方便。管方便。大大电电阻用恒流源代替或外接；二极管一般用三极阻用恒流源代替或外接；二极管一般用三极管的管的发发射射结结构成构成。3. 几十几十 pF 以下的小以下的小电电容用容用PN结结的的结电结电容构成、容构成、大大电电容要外接容要外接。4. 电电感不能集成，如需感不能集成，如需电电感，也只能外接。感，也只能外接。集成集成电电路路结结构特点构特点5.集成集成电电路的芯片面路的芯片面积积小，集成度高，所以功耗很小，小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。在毫瓦以下。整理ppt2. 2.
5、 集成运放的原理集成运放的原理电电路路 集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路，它的方框图如图所示。 输输入入级级要使用高性能的差分放大电路，它必须对共模信号有很强的抑制力，而且采用双端输入双端输出的形式。 偏置偏置电电流源流源可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。 互互补输补输出出级级由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅功率放大器。中中间间放大放大级级要提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。中间级的电路形式多为差分电路和带有源负载的高增益放大器。整理ppt-VEE+VCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2R
6、C4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第第4 4级级：互：互补对补对称射极跟随器称射极跟随器差差动动放大器放大器第第2级级第第1级级：差分放大器差分放大器第第3级级：单单管放大器管放大器+极极性性判判断断集成运放内部集成运放内部结结构（构（举举例）例）整理ppt Ri 大大: 几十几十k 几百几百 k 运放的特点：运放的特点：KCMR 很大很大 Ro 小：几十小：几十 几百几百 Aod 很大很大: 104 107理想运放：理想运放： Ri KCMR Ro 0 0Aod 运放符号：运放符号： uo u- - u+ 国内符号国内符号反相反相输输入端入端同相同相输输入端入端国国际际符号符
7、号uNuP P uoAod差模开差模开环环放大倍数放大倍数整理ppt3. 3. 集成运算放大器芯片集成运算放大器芯片简简介介（1）外形与符号）外形与符号运算放大器外形运算放大器外形图图 (a) (b) (a) 国家标准符号 (b)原符号整理ppt（2）LM324简简介介LM324是是TTL电电路的一个典型路的一个典型产产品，品，属于通用型集成运放。具有属于通用型集成运放。具有较宽较宽的的电压电压范范围围，既可采用双，既可采用双电电源供源供电电，也可采用也可采用单电单电源供源供电电。整理ppt1. 1. 开开开开环环环环差模差模差模差模电压电压电压电压放大倍数放大倍数放大倍数放大倍数A Aodo
8、dq开开环环状状态态、输输出不接出不接负载时负载时的差模放大倍数。的差模放大倍数。q一般在一般在105 108.5 （100170dB）之之间间。q理想运放理想运放Aod为为 。2. 2. 共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比K KCMRCMR其典型其典型值值在在80dB以上，性能好的高达以上，性能好的高达180dB。3. 3. 差模差模差模差模输输输输入入入入电电电电阻阻阻阻R Ridid4. 4. 输输输输出出出出电电电电阻阻阻阻R Ro oRo =几十几十 -几百几百 。二二 集成运放的主要参数集成运放的主要参数双极型管双极型管Ri1M ，场场效效应应管管可达可达100M 以上以上。
9、KCMR=20lg(Aod / Aoc ) (dB)整理ppt5. 5. 输输输输入失入失入失入失调电压调电压调电压调电压U UIOIO及其温漂及其温漂及其温漂及其温漂 d dU UIOIO/dT/dTUIO是使是使输输出出电压为电压为零零时时在在输输入端所加的入端所加的补偿电压补偿电压uI =0时时，输输出出电压电压折合到折合到输输入端入端电压电压的的负值负值： UIO = - uo / AoddUIO/dT是是UIO温度系数，是衡量温度系数，是衡量运放温漂运放温漂的重要的重要参数，其参数，其值值愈小，温漂愈小愈小，温漂愈小.UIO愈小愈好，一般愈小愈好，一般为（110）mV。uoUIO+表
10、征运放内部表征运放内部电电路路对对称性的指称性的指标标。NEXT整理ppt六、六、输输入失入失调电调电流流IIO及其温漂及其温漂 dIIO/dTIIO=|IBP-IBN|： 反映反映输输入入级级差放管差放管输输入入电电流的不流的不对对称程度。称程度。一般一般为 1nA 0.1 A七、七、输输入偏置入偏置电电流流 IIB集成运放集成运放输入入电压为0时，两，两输入端静入端静态电流的平均流的平均值一般一般为为10nA1 AVO+IBNIBP+VCC含含义义：IIB小小输输入阻抗高，零漂小入阻抗高，零漂小整理ppt八、最大共模八、最大共模输输入入电压电压UIcmax输输入入级级正常工作允正常工作允许
11、许的最大共模的最大共模输输入入电压电压。共模。共模电压电压超超过过此此值时值时，输输入差分入差分对对管出管出现饱现饱和，和， KCMR显显著下降，放大器著下降，放大器失去共模抑制能力失去共模抑制能力 。九、最大差模九、最大差模输输入入电压电压UIdmax 指运放同相端和反相端之指运放同相端和反相端之间间所能承受的最大所能承受的最大电压值电压值。超。超过过后，可能会使后，可能会使输输入入级级的管子反向的管子反向击击穿。穿。整理ppt三三 理想运放及其重要理想运放及其重要结论结论uiuo_+AvouPuNuo+UOM-UOMui=up-uN线线性放大区性放大区ABui在在AB之之间间，工作在，工作
12、在线线性工作区性工作区；ui在在AB之外，工作在非之外，工作在非线线性工作区性工作区。1 电压传输电压传输特性及工作模式特性及工作模式整理ppt4）输输入失入失调电压调电压和和输输入失入失调电调电流流为为零。零。2 集成运放理想化的条件集成运放理想化的条件1）开）开环电压环电压放大倍数放大倍数Kd；2）输输入阻抗入阻抗ri；3）输输出阻抗出阻抗ro0；整理ppt3 理想运放的两个重要理想运放的两个重要结论结论（1）虚）虚 短短因因为为Ad，则则ui=u+-u-=uo/Kd=0，所以，所以u+=u-。这样这样，两，两个个输输入端可以入端可以认为认为是虚是虚连连接，当其中一个接，当其中一个输输入端
13、接地入端接地时时，另一，另一个个输输入端也入端也为为零零电电位，称位，称为为“虚地虚地”(imaginary ground)。因因为为ri，所以，所以Ii=（u+-u-)/ri=0（2）虚）虚 断断即从即从输输入端流入或流出的入端流入或流出的电电流流为为零，好像零，好像输输入端与运放器件入端与运放器件断开一断开一样样，但，但实际实际上不是断开，所以称虚断。上不是断开，所以称虚断。整理ppt5.2 集成运算放大器的集成运算放大器的线线性性应应用用 输输入入电压电压ui经电经电阻阻R1由反由反相相输输入端入端输输入，入，输输出端出端与反相端之与反相端之间间接一反接一反馈馈电电阻阻RF，同相，同相输
14、输入端与入端与地之地之间间接一平衡接一平衡电电阻阻R2，且，且R2=R1/RF，以保，以保证证运放运放输输入端的入端的对对称。称。 1. 反相反相输输入比例运算入比例运算电电路路一一 三种基本运算三种基本运算电电路路整理ppt因Ii=0，故i1if，因此又因u+u-=0，因此 KF为反相放大器的闭环电压放大倍数，它只与外接电阻R1、RF有关，而与集成运放本身参数无关。只要电阻值足够精确，则输出电压uo与输入电压ui可得到高精度的比例关系，负号表示uo与ui相位相反，所以称反相放大器。整理ppt（1）输出电压与输入电压成比例关系，比例系数为RF/R1 ,当RF=R1时，uo=-ui，构成反相器。
15、结论结论：（2）比例系数的大小仅与运放外电路参数RF与R1的取值有关。整理ppt 将反相放大器中R1端接地，输入电压ui经电阻R2由同相输入端输入，即可构成同相放大器，实现输出电压uo与输入电压ui之间的同相比例运算。 2. 同相同相输输入比例运算入比例运算电电路路整理ppt因Ii=0，故i1if，因此又因ui=u+u-，因此 uo与与ui之之间间的比例关系也的比例关系也与运放本身的参数无关，与运放本身的参数无关，电电路精度和路精度和稳稳定度都很高。定度都很高。KF为为正表示正表示uo与与ui同相，同相，并且并且KF总总是大于或等于是大于或等于1，这这一点与反相放大器不一点与反相放大器不同。同
16、。 当当RF=0时时KF=1，电电路就路就变变成成电压电压跟随器。跟随器。整理ppt解：放大解：放大电电路由路由A1、A2串行串行连连接而成，其中接而成，其中A1是跟随器，因此是跟随器，因此Uo1=Ui=2V 它又是它又是A2的的输输入信号入信号电压电压，A2是反相放是反相放大器，因此大器，因此Uo=-(RF/R1)Uo1=4V 例例整理ppt右图是基本的差分放大器，信号电压同时从双端输入， 根据理想运放条件，得 3. 差差动输动输入比例运算入比例运算电电路路当R1=R2，R3=RF时，R1=R2=R3=RF，则uo=ui1-ui2。整理ppt二、算数求和运算二、算数求和运算电电路路R12_+
17、 R2R11ui2uoRPui1实际应实际应用用时时可适当增加或减少可适当增加或减少输输入端的个数，入端的个数，以适以适应应不同的需要。不同的需要。1、反相求和运算、反相求和运算电电路路整理ppti12iFi11R12_+ R2R11ui2uoRPui1特点特点：调节调节某一某一路信号的路信号的输输入入电电阻不影响其他路阻不影响其他路输输入与入与输输出的比出的比例关系。例关系。当当 R11 = R12 = R 时时，整理ppt2 2、同相求和运算、同相求和运算电电路路实际应实际应用用时时可适当增加或减少可适当增加或减少输输入端的个数，入端的个数，以适以适应应不同的需要。不同的需要。-R1RF+
18、ui1uoR2R3ui2整理ppt此此电电路如果以路如果以 u+ 为输为输入入 ，则输则输出出为为：-R1RF+ui1uoR21R22ui2u+ 与与 ui1 和和 ui2 的关系如何？的关系如何？注意：注意：同相求和同相求和电电路的各路的各输输入信号的放大倍数互相影响，不能入信号的放大倍数互相影响，不能单单独独调调整。整。流入运放流入运放输输入端的入端的电电流流为为0（虚开路）（虚开路）整理ppt-R1RF+ui1uoR21R22ui2R左左图图也是同相求和运算也是同相求和运算电电路，路，如何求同相如何求同相输输入入端的端的电电位？位？提示：提示：1. 虚开路：流入同相端的虚开路：流入同相端
19、的电电流流为为0。2. 节节点点电电位法求位法求u+。整理ppt本章小本章小结结1运算放大器都使用差运算放大器都使用差动动放大器作放大器作为输为输入入级级。2电电流源流源电电路是构成运放的基本路是构成运放的基本单单元元电电路，其特路，其特点是直流点是直流电电阻小，而交流阻小，而交流电电阻很大。阻很大。电电流源流源电电路既可路既可以以为电为电路提供偏置路提供偏置电电流，又可以作流，又可以作为为放大器的有源放大器的有源负负载载使用。使用。3集集成成运运放放的的主主要要品品种种是是BJT集集成成运运放放、FET集集成成运运放放以以及及由由这这两两种种工工艺艺结结合合而而得得到到的的BiMOS和和BiCMOS集成运放。集成运放。4集集成成运运放放是是模模拟拟集集成成电电路路的的典典型型组组件件。在在实实际际的的电电路分析中，路分析中，应应掌握其掌握其电压传输电压传输特性。特性。整理ppt
