电子技术基础 刘继承第2章.ppt
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第2章 集成运算放大电路第1节 集成运算放大器结构特点和理想运算放大器 第2节 集成运算放大器的三种输入组态 第3节 运算放大器的线性应用 第4节 集成运算放大器在算术运算电路应用中需注意的问题主菜单回 退 前 进 最 后 返 回退 出第2章 集成运算放大器开 始作 ？业本章主要介绍集成运算放大器的构成本章主要介绍集成运算放大器的构成特点、伏安特性和主要参数，分析基本特点、伏安特性和主要参数，分析基本 运算电路的工作原理、分析方法和性能运算电路的工作原理、分析方法和性能 指标以及集成运算放大器的一些典型的指标以及集成运算放大器的一些典型的 线性应用线性应用集成电路是20世纪60年代初期发展起来 的一种半导体器件常见的集成电路的外形 有：双列直插式、圆壳式河扁平式，如图：主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始第2章 集成运算放大器第2章 集成运算放大器集成运算放大电路实物图集成运算放大电路实物图主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出集成运算放大器中的单元电路包括输入级、集成运算放大器中的单元电路包括输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分构成。
中间级、输出级和偏置电路四部分构成2.1.1集成运算放大器结构特点• • 输输输输入入级级级级：差分放大器；：差分放大器； • • 中中间级间级间级间级 ：：电压电压电压电压 放大器；放大器； • • 输输输输出出级级级级：功率放大器；：功率放大器； • • 偏置偏置电电电电路：采用恒流源路：采用恒流源电电电电路退 出作 ？业主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回电路结构方框图如图2.1.1（a）；作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回2.1.1集成运算放大器结构特点集成运算放大器电路符号如图2.1.1 (b)作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回2.1.1集成运算放大器结构特点主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回退 出集成运算放大的器的一些特点与其制 造工艺紧密相连，主要有以下几点：①由于构成运放的元器件处在一个硅片上 ，距离近，对称性好。
适于构成差分放大电 路，有效的抑制运算放大电路的零点漂移 作 ？业2.1.1集成运算放大器结构特点② ②集成运放内部一般用恒流源提供各级集成运放内部一般用恒流源提供各级 放大电路的直流偏置，放大电路的直流偏置，或或用于有源负载用于有源负载③ 受集成电路体积的限制，电容和电感 难于被集成，因此内部采用直接耦合电 容和电感必须用时大都采用外接的办法作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回2.1.1集成运算放大器结构特点④ ④ 由于集成运放具有很高由于集成运放具有很高的的开开环环放大倍放大倍 数，线性应用时需要加入深度负反馈，构数，线性应用时需要加入深度负反馈，构 成一个闭环放大电路成一个闭环放大电路图2.1.2（a）为集成运算放大器的基 本电路，+U和-U为直流电源，u1和u2是 输入信号，uO是输出信号由于通常只关心电路的功能，所以直流电源通常并 不画出如图（b）所示作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回2.1.1集成运算放大器结构特点作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回2.1.1集成运算放大器结构特点作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回2.1.1集成运算放大器结构特点作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回2.1.1集成运算放大器结构特点图图2.1.3 2.1.3 集成运算放大器小信号模型集成运算放大器小信号模型上图中，u i=u 1-u 2称为差模输入，uO与（ u 1-u 2)的比值称为差模放大倍数，记作：Aud 。
即：信号：u 1=u 2 称为共模信号； u 1=-u 2称 为差模信号一般情况，任意两个信号u 1 和u 2可以写成共模分量u iC和差模分量u id 的叠加作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回2.1集成运算放大器结构特点A Audud= =u uo o____________u u 1 1-u-u2 2共模分量 u iC=差模分量 u id=作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回2.1.1集成运算放大器结构特点____________u u 1 1+u+u2 2 2 2u u 1 1-u-u2 2 2 2____________即：即： u u1 1=u=u iCiC+u+u id id ; u; u2 2=u =u iCiC –u–u id id集成运算放大器的性能指标在实际应用 中十分重要，直接关系到所组成的应用电 路的性能但在不同应用电路中各项指标 有所侧重。
作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回2.1.2集成运算放大器的主要性能指标一般可以把集成运算放大器的指标分一般可以把集成运算放大器的指标分 为三类：直流指标、小信号指标和大信为三类：直流指标、小信号指标和大信 号指标见下表：号指标见下表：表2.1.1 集成运算放大器指标分类作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回2.1.2集成运算放大器的主要性能指标指标分类指标名称直流 指标输入失调电压UIO、输入失调电流IIO、输入偏置电流II 输入失调电压温漂△UIO/△T、输入失调电流温漂△IIO/△T小信号 指标开环电压放大倍数Auo、差模输入电阻ri d、输出电阻ro 共模抑制比KCMR -3dB带宽fH、单位增益带宽fC大信号 指标最大输出电压Uopp、最大输出电流Iomax 最大差模输入电压Uid(max)、最大共模输入电压UiC(max) 转换速率SR作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回主要性能指标的图示I IBNBN+I+I BP BPI IIB IB= =____________2 22.1.2集成运算放大器的主要性能指标作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回主要性能指标的图示2.1.2集成运算放大器的主要性能指标作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回2.1.3 理想运算放大器由于运算放大器性能优良，将实际运由于运算放大器性能优良，将实际运 放看成理想运放差别并不大。
理想化后放看成理想运放差别并不大理想化后 对分析和应用都十分便利对分析和应用都十分便利理想运放的理想化指标：理想运放的理想化指标： 1. 1. 输入阻抗无限大：输入阻抗无限大：r r id id= =∞ ∞；； 2. 2. 开环差模增益无限大：开环差模增益无限大：A A udud= =∞ ∞；； 3. 3. 共模信号增益等于零共模信号增益等于零: : A A ucuc=0;=0;4. 4. 频带宽度无限大：频带宽度无限大：f f h h= =∞ ∞作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回2.1.3 理想运算放大器由此可得理想运放等效模型，如图由此可得理想运放等效模型，如图2.1.82.1.8作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回2.1.3 理想运算放大器由理想运放的理想参数，可得理想运放由理想运放的理想参数，可得理想运放 的两个理想化条件：的两个理想化条件： 因为：因为：A A uouo= =∞ ∞，，所以：所以：U U+ +=U=U－－，，称称为为为为“ “虚短虚短” ” ；；因因为为为为：：r r id id=∞=∞，， 所以：所以：i i + += i= i －－ ，，称称为为为为“ “虚断虚断” ” 。
以上两个理想化条件，又称作以上两个理想化条件，又称作“ “强制零输强制零输 入入” ”，是分析运算放大器线性应用的理论依，是分析运算放大器线性应用的理论依 据作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回2.1.3 理想运算放大器我们可以通过动画演示理解一下理想运算放大器的工作特性理想运算放大器的工作特性2.2 集成运算放大器的 三种输入组态集成运算放大器应用电路中, 根据信号的输入端不同，可以分为反相输入、 同相输入和差分输入三种输入方式作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回我们可以通过动画演示理解一下反相比例电路反相比例电路2.2.1 反相输入组态2.2.1 反相输入组态图2.2.1 反相输入比例运算电路作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回反馈电阻平衡电阻输入回路电阻R RP P=R=R1 1//R//R F F作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回2.2.1 反相输入组态根据根据“ “虚短虚短” ”和和“ “虚断虚断” ”两个理想化条件两个理想化条件, ,由由 图图2.2.12.2.1可得：可得：式中：式中：- - R R F F ／／R R1 1为比例系数为比例系数; ; 或称电压放大倍数或称电压放大倍数A A ufuf。
图图2.2.2 2.2.2 为电压传输特性为电压传输特性作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回2.2.1 反相输入组态例例2.2.1 2.2.1 在高增益反相放大电路中为了避免在高增益反相放大电路中为了避免 使用过大的电阻，常采用图使用过大的电阻，常采用图2.2.32.2.3所示电路所示电路1)(1)导出输出电压导出输出电压u uo o与输入电压与输入电压u ui i的关系；的关系；(2)(2)若若R R1 1=1M=1MΩΩ,R,R2 2= R= R4 4= 500K = 500KΩΩ,R,R3 3=2K=2KΩΩ，， 电压电压电压电压 增益增益为为为为多大？多大？此电路相当于接多大的此电路相当于接多大的 单反馈电阻单反馈电阻R R F F？？(3)R(3)R P P应如何选取？应如何选取？作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回2。
