第9章集成运算放大器.ppt

2017-4-11 大连理工大学出版社第9章集成运算放大器 集成运算放大器简介 集成运算放大器的基本运算电路 集成运算放大电路的反馈分析 集成运算放大器的应用 集成运放构成的信号发生器 1 集成运算放大器简介所谓集成电路,是相对于分立电路而言的,就是把整个电路的各个元器件以及相互之间的连接同时制作在一块半导体芯片上,组成一个不可分割的整体。集成运算放大器是一种集成化的半导体器件,它实质上是一个具有很高放大倍数的直接耦合的多级放大电路,可以简称为集成运放组件。集成运算放大器的类型很多,电路也各不相同,但从电路的角度上看,基本上都由输入级、中间级、输出级和偏置电路四个部分组成,如图 9-1 所示。一、集成运算放大器的基本组成 2 输入级一般采用具有恒流源的双输入端的差分放大电路,其目的就是减小放大电路的零点漂移、提高输入阻抗。中间级的主要作用是电压放大,使整个集成运算放大器有足够的电压放大倍数。输出级一般采用射极输出器,其目的是实现与负载的匹配,使电路有较大的功率输出和较强的带负载能力。图 9-1 集成运算放大器的基本放大电路 3 偏置电路的作用是为上述各级电路提供稳定合适的偏置电流,稳定各级的静态工作点,一般由各种恒流源电路构成。图 9-2 所示为 LM 741 集成运算放大器的外形和管脚图。它有 8个管脚,各管脚的用途如下: (1) 输入端和输出端图 9-2 LM741 集成运算放大器的外形和管脚图 4 LM 741 的管脚 6为功放级的输出端,管脚 2和3为差分输入级的两个输入端。管脚 2为运放反相输入端,输入信号由此端与参考端接入时, 6端的输出信号与输入信号反相(或极性相反)。管脚 3为运放同相输入端,输入信号由此端与参考端接入时, 6端的输出信号与输入信号同相(或极性相同)。(2)电源端管脚 7与4为外接电源端,为集成运算放大器提供直流电源。集成运算放大器通常采用双电源供电方式,管脚4接负电源组的负极,管脚 7接正电源组的正极,使用时不能接错。(3)调零端管脚 1和5为外接调零电位器端。 5 管脚 1和5为外接调零电位器端。集成运算放大器的输入级虽为差分电路,但电路参数和三极管特性不可能完全对称,因而当输入信号为零时,输出一般不为零。调节调零电位器 RP ,可使输入信号为零时,输出信号为零。二、集成运算放大器的主要参数 1. 最大输出电压 UOPP 能使输出电压和输出电流保持不失真关系的最大输出电压称为集成运算放大器的最大输出电压。 F007 的最大输出电压约为± 12 V 。 Auo 在没有外接反馈电路时所测出的差模电压放大倍数,即为开环电压放大倍数。 Auo 越高,所构成的运算电路越稳定,精度也越高。 6 3. 输入失调电压 UIO 在理想情况下,当输入信号为零时,输出电压 uo=0 。实际上,当输入信号为零时,输出 uo ≠0,在输入端加上相应的补偿电压使其输出电压为零,该补偿电压称为输入失调电压 UIO 。 UIO 一般为毫伏级。 IIO 当输入信号为零时,输入级两个差分端的静态电流之差称为输入失调电流 IIO 。 IIO 的存在,将在输入回路电阻上产生一个附加电压,使输入信号为零时,输出电压 uo ≠0,所以 IIO 越小越好,其值一般为几十至几百纳安( nA )。 ri和输出电阻 ro 运放组件两个输入端之间的电阻,叫做差模输入电阻。 7 ro 是集成运放开环工作时,从输出端向里看进去的等效电阻,其值越小,说明集成运放带负载的能力越强。 KCMR 共模抑制比是衡量输入级各参数对称程度的标志, 它的大小反映了集成运算放大器抑制共模信号的能力, 其定义为差模电压放大倍数与共模电压放大倍数的比值, 表示为 u CMR c duAKA ? 7. 最大共模输入电压 UiCM UiCM 是指集成运算放大器在线性工作范围内所能承受的最大共模输入电压。 8 理想集成运算放大器应当满足下列条件: 开环电压放大倍数 Auo →∞; 开环差模输入电阻 ri→∞; 开环差模输出电阻 ro→ 0; 共模抑制比 KCMR →∞。理想集成运算放大器的符号如图 9-3 所示,把集成运算放大器作为一个线性放大元件应用。集成运算放大器的电压传输特性如图 9-4 所示。理想集成运算放大器的 Auo →∞,输出电压 uo 又是一个有限值,所以有 ui= ≈0 即三、集成运算放大器的基本分析方法) u u ? ?? 9 (2)集成运算