第8章集成运算放大器.ppt

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1、第第8 8章章 集成运算放大器集成运算放大器学习要点学习要点 集成运算放大器是一个具有很高放大倍数的、直接耦合的集成运算放大器是一个具有很高放大倍数的、直接耦合的多级放大电路。多级放大电路。集成电路具有成本低、体积小、重量轻、耗能低、可靠性集成电路具有成本低、体积小、重量轻、耗能低、可靠性高等一系列优点。高等一系列优点。8.1 集成运算放大器电路概述集成运算放大器电路概述8.1.1 集成电路及集成运放的基本知识集成电路及集成运放的基本知识 集成电路集成电路(IC)(IC)是是6060年代初期发展起来的一种新型电子器件。年代初期发展起来的一种新型电子器件。它采用半导体制造工艺，在一小块硅单晶片上

2、制成许多晶体管、它采用半导体制造工艺，在一小块硅单晶片上制成许多晶体管、电阻、电容，同时把它们连接成具有特定功能的电子线路。电阻、电容，同时把它们连接成具有特定功能的电子线路。1.集成电路及种类集成电路及种类 按照集成电路的构成原理和功能，可划分成数字集成电路按照集成电路的构成原理和功能，可划分成数字集成电路与模拟集成电路两类。前者主要用来产生或处理各种数字信号；与模拟集成电路两类。前者主要用来产生或处理各种数字信号；后者主要用于产生、放大和加工各种模拟信号以及完成模拟与数后者主要用于产生、放大和加工各种模拟信号以及完成模拟与数字信号之间的相互转换。字信号之间的相互转换。2.集成运算放大电路集

3、成运算放大电路 线性集成运算放大器也称为集成运算放大器，简称集成运放线性集成运算放大器也称为集成运算放大器，简称集成运放或运放。其实质是一种高增益的并带有深度负反馈的多级直接耦或运放。其实质是一种高增益的并带有深度负反馈的多级直接耦合放大电路。合放大电路。输入级一般是具有晶体管恒流源的双端输入输入级一般是具有晶体管恒流源的双端输入差动放大电路，差动放大电路，其输入电阻高、共模抑制比高、零点漂移小。其输入电阻高、共模抑制比高、零点漂移小。运算放大器种类很多，内部电路各不相同，但就基本组成都运算放大器种类很多，内部电路各不相同，但就基本组成都分来说又互相类似，都包含有偏置电路、输入级、中间级、输出

4、分来说又互相类似，都包含有偏置电路、输入级、中间级、输出级四大部分。级四大部分。中间级的主要作用是进行电压放大，使集成运放具有很高的中间级的主要作用是进行电压放大，使集成运放具有很高的电压放大倍数。电压放大倍数。输出级多采用射极输出器或互补对称射极输出电路，有较大输出级多采用射极输出器或互补对称射极输出电路，有较大的输出功率和较强的带负载能力。的输出功率和较强的带负载能力。1.集成运放的符号集成运放的符号1）线性放大区：）线性放大区：2.集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性2）非线性放大区：）非线性放大区：8.1.2 集成运放的特性分析集成运放的特性分析 输出端输出端反相输入端反相输入

5、端同相输入端同相输入端00()oiduA uA uu图中图中A和和B两点之间，两点之间，图中图中A和和B两点以外，输出电压和输入两点以外，输出电压和输入电压不成线性关系。电压不成线性关系。1.集成运放的参数集成运放的参数8.1.3 集成运放的参数和使用注意事项集成运放的参数和使用注意事项1 1）差模输入电阻）差模输入电阻r ridid：是集成运放没有外接反馈电阻的开环情况下，从两：是集成运放没有外接反馈电阻的开环情况下，从两个输入端看进去的等效电阻。个输入端看进去的等效电阻。2 2）开环输出电阻）开环输出电阻r ro o：是指运放在没有外接反馈电阻的开环情况下的输出：是指运放在没有外接反馈电阻

6、的开环情况下的输出电阻。电阻。3 3）开环电压放大倍数）开环电压放大倍数A A0 0：指输出端开路、没有外接反馈电阻的开环情况：指输出端开路、没有外接反馈电阻的开环情况下，输入信号为很小的低频电压信号时，集成运放的电压放大倍数。下，输入信号为很小的低频电压信号时，集成运放的电压放大倍数。4 4）共模抑制比）共模抑制比K KCMRRCMRR：表示运放对共模信号的抑制能力：表示运放对共模信号的抑制能力 5 5）最大差模输入电压：运放两输入端间所能承受的最大差模输入电压值。）最大差模输入电压：运放两输入端间所能承受的最大差模输入电压值。6 6）最大共模输入电压：当加在运放输入端的共模电压超过一定范围

7、时，）最大共模输入电压：当加在运放输入端的共模电压超过一定范围时，运算放大器失去抑制共模信号的能力，同时失去差模放大能力。运算放大器失去抑制共模信号的能力，同时失去差模放大能力。7 7）最大输出电压）最大输出电压U UOMOM：是在一定的电源电压下，运放的最大不失真输出电：是在一定的电源电压下，运放的最大不失真输出电压的峰一峰值。压的峰一峰值。8 8）输入失调电压）输入失调电压U UOSOS：将输入电压为：将输入电压为0 0时，不等于时，不等于0 0的输出电压折算到运放的输出电压折算到运放输入端的有效输入电压，称为输入失调电压。输入端的有效输入电压，称为输入失调电压。9 9）输入偏置电流）输入

8、偏置电流I IB B:运放在输出电压为运放在输出电压为0 0时，同相输入端和反相输入端的时，同相输入端和反相输入端的偏置电流的平均值偏置电流的平均值 1010）输入失调电流）输入失调电流I IOSOS：运放两输入端的偏置电流之差的绝对值。：运放两输入端的偏置电流之差的绝对值。2.使用时易出现的问题和解决措施使用时易出现的问题和解决措施1）工作时产生自激振荡）工作时产生自激振荡 用示波器接在输出端有时可看到频率较高的且近似为正弦的用示波器接在输出端有时可看到频率较高的且近似为正弦的波形，偶尔也出现低频振荡的情况。消除自激振荡的办法通常是外波形，偶尔也出现低频振荡的情况。消除自激振荡的办法通常是外

9、接接RC消振电路或消振电容。消振电路或消振电容。2）消振后如输入电压为）消振后如输入电压为0时输出电压仍不为时输出电压仍不为0 必须调零。调零时应将电路接成负反馈闭环，将必须调零。调零时应将电路接成负反馈闭环，将2个插入端接个插入端接地，调节集成运放外接的调零电位器地，调节集成运放外接的调零电位器RP，使输出电压为零。，使输出电压为零。3）漂移现象严重）漂移现象严重 如果折合到输入端的输出漂移量和温漂的指标属于同一数量级，如果折合到输入端的输出漂移量和温漂的指标属于同一数量级，那将是正常的现象，但如果漂移量过大，则在运放本身完好的条件那将是正常的现象，但如果漂移量过大，则在运放本身完好的条件下

10、应该注意以下几方面的问题：下应该注意以下几方面的问题：接线是否有虚焊，运放是否自激振荡或受强电磁场的干扰；接线是否有虚焊，运放是否自激振荡或受强电磁场的干扰；输入回路的保护二极管是否受到光的照射；输入回路的保护二极管是否受到光的照射；运放是否靠近发热元件；运放是否靠近发热元件；调零电位器动端的接触是否良好以及它的温度系数是否和运放所调零电位器动端的接触是否良好以及它的温度系数是否和运放所要求的一致。要求的一致。1.集成运放的理想化集成运放的理想化 分析运放的应用电路时，首先将集成运放当作理想运算放大分析运放的应用电路时，首先将集成运放当作理想运算放大器；然后判断其中的集成运放工作在线性区还是非

11、线性区。在此基器；然后判断其中的集成运放工作在线性区还是非线性区。在此基础上分析具体电路的工作原理，其它问题也就迎刃而解。础上分析具体电路的工作原理，其它问题也就迎刃而解。2.分析方法分析方法1）工作在线性区时：）工作在线性区时：虚短：虚短：8.1.4 集成运放的理想化及分析方法集成运放的理想化及分析方法 实际上完全理想化的集成运算放大器是不存在的。但是只要满实际上完全理想化的集成运算放大器是不存在的。但是只要满足一定的条件，实际运算放大器可视为理想运算放大器。用理想运足一定的条件，实际运算放大器可视为理想运算放大器。用理想运算放大器分析实际运放电路既简单又方便，且误差很小。算放大器分析实际运

12、放电路既简单又方便，且误差很小。虚断：虚断：u+=u-id=01）工作在非线性区时：）工作在非线性区时：虚断：虚断：输出电压只取两个值：输出电压只取两个值：id=0和和和和OMOMUU 8.2 8.2 负反馈的概念及应用负反馈的概念及应用8.2.1 反馈的基本概念反馈的基本概念1.反馈的定义反馈的定义 反馈是一个非常重要的概念，它在电和非电领域都得到了广泛的反馈是一个非常重要的概念，它在电和非电领域都得到了广泛的应用。通常自动控制和自动调节系统都是基于反馈原理构成的；在放应用。通常自动控制和自动调节系统都是基于反馈原理构成的；在放大电路中适当引入反馈、可以改善放大电路的性能大电路中适当引入反馈

13、、可以改善放大电路的性能 反馈是一个广义的概念，通常是指将一个系统（电的或非电的）的全反馈是一个广义的概念，通常是指将一个系统（电的或非电的）的全部或部分输出量反送回系统的输入端，与系统的输入量相叠加，以改部或部分输出量反送回系统的输入端，与系统的输入量相叠加，以改善系统性能的措施。善系统性能的措施。通常情况下，若电路中存在反馈，我们称该电路处于闭环状态；若电通常情况下，若电路中存在反馈，我们称该电路处于闭环状态；若电路中不存在反馈，我们称该电路处于开环状态。路中不存在反馈，我们称该电路处于开环状态。根据反馈信号对输入信号的作用不同，反馈可分为正反馈和根据反馈信号对输入信号的作用不同，反馈可分

14、为正反馈和负反馈两大类型。负反馈两大类型。2.正、负反馈及其判别正、负反馈及其判别瞬时极性法：瞬时极性法：反馈信号反馈信号增强增强输入信号的叫做输入信号的叫做正正反馈，而反馈，而削弱削弱输入信号的叫输入信号的叫做做负负反馈。反馈。在应用瞬时极性法判别反馈的类型时，可先任意设定输入信在应用瞬时极性法判别反馈的类型时，可先任意设定输入信号的瞬时极性为正或为负（在电路图上以或标记）。然后，沿号的瞬时极性为正或为负（在电路图上以或标记）。然后，沿反馈环路逐步确定反馈信号的瞬时极性，再根据它对输入信号的作反馈环路逐步确定反馈信号的瞬时极性，再根据它对输入信号的作用（增强或削弱），即可确定反馈类型。用（增

15、强或削弱），即可确定反馈类型。1）正、负反馈）正、负反馈2）正、负反馈的判断）正、负反馈的判断 如图放大电路中，如图放大电路中，R RF F跨接在输出和反相输入端之间，故将输出跨接在输出和反相输入端之间，故将输出电压返送回输入端而引入反馈。电压返送回输入端而引入反馈。3）极性判断举例极性判断举例 若设输入信号瞬时极性为正若设输入信号瞬时极性为正（以（以“”标记），则输出信号标记），则输出信号瞬时极性为负（以瞬时极性为负（以“”标记），标记），经经R RF F反送回输入端，反馈信号瞬反送回输入端，反馈信号瞬时极性为负，即与输入信号瞬时时极性为负，即与输入信号瞬时极性相反。极性相反。这说明，若输入

16、信号使反相输入端电位瞬时升高，则由于反这说明，若输入信号使反相输入端电位瞬时升高，则由于反馈，使反相输入端电位瞬时降低，即反馈信号馈，使反相输入端电位瞬时降低，即反馈信号消弱消弱了输入信号的作了输入信号的作用故可判定为用故可判定为负负反馈。反馈。为便于分析，通常将反馈放大器划分为基本放大器、反馈网络、为便于分析，通常将反馈放大器划分为基本放大器、反馈网络、采样网络、求和网络四部分。采样网络、求和网络四部分。3.反馈方式及其判别反馈方式及其判别 采样网络可以采样网络可以对输出电压对输出电压采样，即将采样，即将u uo o作为反馈网络的输入，得作为反馈网络的输入，得到的反馈信号与到的反馈信号与u uo o成一定函数关系，这种反馈称为成一定函数关系，这种反馈称为电压反馈电压反馈；也可以；也可以对对输出电流输出电流i io o作为反馈网络的输入信号，得到的反馈信号与作为反馈网络的输入信号，得到的反馈信号与i io o成一定成一定函数关系，此种反馈称为函数关系，此种反馈称为电流反馈电流反馈。1）电压反馈与电流反馈）电压反馈与电流反馈2）串联反馈与并联反馈）串联反馈与并联反馈 在求和网络中，反馈信