第十六讲集成运放的结构、工作原理和主要参数.ppt

7-1 集成运放的特点和电路结构 7-2 集成运放的特性参数 7-3 理想的集成运放 7-4 集成运放的线性应用 7-5 集成运放的非线性应用集成运算放大器，简称集成运放，是一 个高性能的直 接耦合多级放大电路，因首先用于运放，故而得名1、采用直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性，采用差分放大电路和电流源电路通用型集成运放： 单运放LM741 ；四运放LM324专用型集成运放： 高精度型：AD797§7-1 集成运放的特点和电路结构2、用有源器件代替无源元件，如用晶体管代替占面积大的大电阻，三极管当二极管用等3、利用纵向NPN管β值较大、横向PNP管的耐压比较高的特点，接成复合管的组态，形成性能优良的各种放大电路一、 集成运放的特点集成运放的分类：4、体积小、可靠性高、功耗低、成本低、使用方便二、 集成运放的一般构成（通用型）偏置电路：由恒流源电路组成，向各放大级提供合适的偏 置电流；输 入 级：大多采用差动放大电路，要求输入电阻大，共 模抑制比高，耐压高；中 间 级：输 出 级：主放大器，多采用共射放大电路，要求有足 够大的放大能力；一般为互补推挽功率放大器，要求输出电阻小， 输出电压尽可能大，通常含有保护电路。

输输入级级中间级间级输输出级级偏置电电路u+u-uO三、 集成运放的符号和封装若将集成运放看成 一个黑盒子，则可 等效为一个双端输 入单端输出的高性 能差分放大电路输输入级级中间级间级输输出级级偏置电电路u+u-uO1、电路符号+ -u+u-uOA同相输入端反相输入端同相输入端：信号从该端输入时，输出与输入同相 反相输入端：信号从该端输入时，输出与输入反相u+u-uO A2、封装①金属圆壳式；②双列直插式；③扁平式四、通用型集成运放LM741对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信号 流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级四、通用型集成运放LM741双入单出的共集-共基 差分放大电路复合管为放大管、 恒流源作负载的共 射放大电路用UBE倍增电路 消除交越失真的 互补推挽输出级四、通用型集成运放LM741T1~T6组成差分式放大电路；T1、T3和T2、T4组成复合差分电路；①采用共集形式可以提高输入阻抗，共基形 式频带宽；②T3、T4为横向PNP管，耐压高，因此允 许的共模输入电压大；③T5、T6 、T7组成精密镜像电流源作为T3 、T4的有源负载，能有效地提高共模抑制 比；④Rp为外接的调零电位器，通过调节Rp可 以保证静态时输出为零。

四、通用型集成运放LM741T16~T17组成复合管共射放大 电路，T13B作为有源负载， 交流电阻很大，所以本级可以 获得很高的电压增益，同时具 有较高的输入电阻电容CC用于相位补偿（密勒） 补偿，避免电路产生自激振荡 四、通用型集成运放LM741①T14~T20组成互补推挽输出电路 ②T19作二极管用，与T14、R8组成 UBE倍增电路，使电路工作在甲乙类 状态，消除交越失真 ③T24为射极跟随器，起隔离作用， 减小输出级对中间级的负载影响四、通用型集成运放LM741①正常工作时，T15、T21处于截止状态当电流 过大时，R9、R10的压降增大，T15、T21导通②T15导通后，对T14的基极产生分流作用，限制 T14的电流，保护T14③T21导通后，使T23、T22导通，使T16的基极电 位降低，使T24的基极电位升高，导致T20趋于截 止，因而限制T20的电流，保护T201、开环差模电压增益AOd 集成运放在无外加反馈情况下的差模电压增益 -u+ u-uOAOd越大越好，一般在70~120dB范围内2、差模输入电阻ridrid：几兆欧； 若以场效应管作为 输入级可达106M3、输出电阻rO 集成运放输出端的对地等效电阻, 反映了集成运放的带负载能力。

rO：100~1000欧姆§7-2 集成运放的主要技术参数4、共模抑制比KCMR 开环差模电压增益与开环共模电压增益之比KCMR越大越好，一般在80~160dB范围内5、-3dB带宽BW AOd由直流增益下降3dB时所对应的信号频率6、单位增益带宽BGAOd下降到1（0dB）时对应的频率BW：几Hz ~几千Hz；BG：0.4~5MHz；§7-2 集成运放的主要技术参数7、输入失调电压 UI0及其温漂UI0静态时为使输出电压为0，需要在输入端所加的补偿电 压，其值表征了运放输入级的对称性，在一定程度上也 反映了温漂的大小输入失调电压 UI0的温度变化率UI0：1~10mV；UI0：5~10V/ºC； 8、最大共模输入电压UICm 表示集成运放所能承受的最大共模电压若超过此值 ，运放的共模抑制比将显著恶化 9、最大差模输入电压UIdm 表示集成运放两输入端之间所能承受的最大电压若 超过此值，运放输入级中差分对管中的一个管子的发 射结可能被反向击穿§7-2 集成运放的主要技术参数10、输入偏置电流 IIB输出电压为0时，两个输入端偏置电流的平均值典型值：10~几千nA11、输入失调电流 II0及其温漂II0输入失调电压 II0的温度变化率。

输出电压为0时，两个输入端的偏置电流之差II0：几十~一百nA；II0：0.01 II0 /ºC；§7-2 集成运放的主要技术参数§7-2 集成运放的特性指标指标参数741典型值理想值 开环差模增益Aod:106dB差模输入电阻rid:2M 差模输出电阻ro:100 0 共模抑制比KCMR：90dB 输入失调电压UIO:1mV0 uIO的温漂dUIO/dTµV/ºC0 输入失调电流IIO:20nA0 IIO的温漂dIIO/dT :nA /ºC0 最大共模输入电压：±13V 最大差模输入电压：±30V －3dB带宽：10Hz 转换速率：0.5V/ µs§7-3 理想运算放大器一、理想运放的技术指标二、集成运放的传输特性三、理想运放工作性区的特点四、理想运放工作在非线性区的特点一、 理想运放的技术指标理想运放——将各项技术指标理想化的集成运放开环差模电压增益：差 模 输 入 电 阻：输 出 电 阻：共 模 抑 制 比：AOdridrOKCMRIIBIIOUIOBW零点漂移00000uOu+- u-0UOHUOL二、 集成运放的电压传输特性线 性 区非线 性区非线 性区1、线性区 当差模输入信号较小时，输 出与输入是线性的关系。

由于运放的开环差模电压增 益很高，所以线性范围很小 ，一般不超过0.1mV.2、非线性区若差模输入信号过大，超出其线性范围时，会导致运放内 部的某些晶体管饱和或截止，此时运放的输出电压只有两 种情况，要么为正向饱和值，要么为负向饱和值三、 理想运放工作性区时的特点因理想运放AOd=；运放工作性区时：+ -u+ u-uO1、理想运放的差模输入电压等于零——“虚短”运放的两输入端电位相等，如同将两点短路一样，但实 际上并未真正被短路，将这种现象称为“虚短”实际运放AOd越大，将输入端视为“虚短” 带来的误差越小由于理想运放rid=，因此两输入端均没有电流2、理想运放的输入电流等于零——“虚断”运放的输入电流等于0，如同将两点断开，但实际上并 未真正被断开，将这种现象称为“虚断”实际运放rid越大，将输入端视为“虚断” 带来的误差越小虚短” 和“虚断”是理想运放工作性区时的两个重要结论，常作为分析运放应用电路的出发点，必须牢牢掌握 -u+ u-uOi+i-三、 理想运放工作性区时的特点四、 理想运放工作在非线性区时的特点1、输出电压的值只有两种可能：或等 于正向饱和值；或等于负向饱和值。

uOu+- u-0UOHUOL非线 性区非线 性区理想特性※注意：运放工作在非线性区时， 差模输入电压可以较大，所以“虚短”现象不复存在2、理想运放的输入电流等于零——“虚断”理想运放rid=，时，发生状态的转换注意问题理想运放工作性区和非线性区时，各有不同的特点在分析运放的各种应用电路时，首先必须判断其中的运放 工作在哪个区域线性区：虚短、虚断非线性区：有虚断无虚短；输出为正向（负向）饱和值线性区：非线性区：必须要在电路中引入深度负反馈运放工作在开环状态。