第②章 集成运算放大器 及典应用
第四章 集成运算放大器 及其应用
§1集成运算放大器 集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数，高输入 电阻，低输出电阻的多级直接耦合放大电路。 1集成运算放大器的特点 集成运算放大器的特点与其制造工艺有关，主要有以下几点： (1)在集成电路工艺中还难于制造电感线圈；制造容量大于 200F的电容器也比较困难，而且性能很不稳定，所以在集成电路 中要尽量避免使用电容器。而运算放大器各级之间都采用直接耦合 方式，基本上不采用电容元件，因此适合于集成化的要求。必须使 用电容器的场合，也大多采用外接方式
§1 集成运算放大器 集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数，高输入 电阻，低输出电阻的多级直接耦合放大电路。 1 集成运算放大器的特点 集成运算放大器的特点与其制造工艺有关，主要有以下几点： （1）在集成电路工艺中还难于制造电感线圈；制造容量大于 200pF的电容器也比较困难，而且性能很不稳定，所以在集成电路 中要尽量避免使用电容器。而运算放大器各级之间都采用直接耦合 方式，基本上不采用电容元件，因此适合于集成化的要求。必须使 用电容器的场合，也大多采用外接方式
(2)运算放大器的输入级都采用差动放大电路，它要求两管 的性能应该相同。而集成电路中的各个晶体管是通过同一工艺制作 在同一硅片上的，容易获得特性相近的差动对管。又由于管子在同 一硅片上，温度性能基本保持一致，因此，容易制成温度漂移很小 的运算放大器。 (3)在集成电路中，比较合适的阻值大致为1002~30kΩ。 制作高阻值的电阻成本高，占用面积大，且阻值偏差大(10%~ 20%)。因此，在集成运算放大器中往往用晶体管恒流源代替电阻。 必须用直流高阻值电阻时，也常采用外接方式。 (4)在集成电路中，二极管都采用晶体管构成，把发射极、 基极、集电极适当组配使用
（2）运算放大器的输入级都采用差动放大电路，它要求两管 的性能应该相同。而集成电路中的各个晶体管是通过同一工艺制作 在同一硅片上的，容易获得特性相近的差动对管。又由于管子在同 一硅片上，温度性能基本保持一致，因此，容易制成温度漂移很小 的运算放大器。 （3）在集成电路中，比较合适的阻值大致为100～30k 。 制作高阻值的电阻成本高，占用面积大，且阻值偏差大（10%～ 20%）。因此，在集成运算放大器中往往用晶体管恒流源代替电阻。 必须用直流高阻值电阻时，也常采用外接方式。 （4）在集成电路中，二极管都采用晶体管构成，把发射极、 基极、集电极适当组配使用
2集成运算放大器的电路组成 输入端 输入级 中间级 输出级 输出端 偏置电路 输入级是提高运算放大器质量的关键部分，要求其输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信 号。输入级都采用差动放大电路，它有同相和反相两个输入端。 中间级主要进行电压放大，要求它的电压放大倍数高，一般由共发射极放大电路构成。 输出级与负载相接，要求其输出电阻低，带负载能力强，能够输出足够大的电压和电流，一般 由互补对称电路或射级输出器构成。 偏置电路的作用是为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点，一般 由各种恒流源电路构成
2 集成运算放大器的电路组成 输入级 偏置电路 输入端 中间级 输出级 输出端 输入级是提高运算放大器质量的关键部分，要求其输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信 号。输入级都采用差动放大电路，它有同相和反相两个输入端。 中间级主要进行电压放大，要求它的电压放大倍数高，一般由共发射极放大电路构成。 输出级与负载相接，要求其输出电阻低，带负载能力强，能够输出足够大的电压和电流，一般 由互补对称电路或射级输出器构成。 偏置电路的作用是为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点，一般 由各种恒流源电路构成
+15V 反向 集成运放是通 输入端 2 DA 过其各个管脚与外 输出端 电路相联的， F007 6 3 以F007为例： 同向 输入端 4 其中Rp为外接调零 电位器，8为空脚。 Rp 10k2 1k2 -15V
2 3 +15V -15V 7 4 1 5 F007 6 A 1k 10k RP 反向 输入端 同向 输入端 输出端 集成运放是通 过其各个管脚与外 电路相联的， 以F007为例： 其中RP为外接调零 电位器，8为空脚
3主要参数 (1)差模开环电压放大倍数A@：指运放本身（没加反 馈回路)的差模电压放大倍数，A很高，一般约为 104≈107，即80140dB。 (2)差模输入电阻ra:指差模信号作用下，运放的输 入电阻。 (3)共模开环电压放大倍数Ao：指运放本身（没加反 馈回路)的共模电压放大倍数，它反映运放抗温漂、抗 共模干扰能力的大小。理想的运放，A应接近于0。 (4)共模抑制比KCMRR:用来综合衡量运放的放大和抗 温漂、抗共模干扰的能力。一般应大于80B
3 主要参数 （1）差模开环电压放大倍数Auo ：指运放本身（没加反 馈回路）的差模电压放大倍数， Ado很高，一般约为 104～107，即80～140dB。 （3）共模开环电压放大倍数Aco ：指运放本身（没加反 馈回路）的共模电压放大倍数， 它反映运放抗温漂、抗 共模干扰能力的大小。理想的运放，Aco应接近于0。 （2）差模输入电阻rid ：指差模信号作用下，运放的输 入电阻。 （4）共模抑制比KCMRR：用来综合衡量运放的放大和抗 温漂、抗共模干扰的能力。一般应大于80dB
4理想运算放大器 在分析运算放大器时，一般可将其看成是一个理想 运算放大器。理想化的条件是： 差模开环电压放大倍数：Ao→0 差模输入电阻：ra→oo 开环输出电阻：r。→0 理想运算放大器 共模抑制比：KCMRR→o 的图形符号
4 理想运算放大器 在分析运算放大器时，一般可将其看成是一个理想 运算放大器。理想化的条件是： 差模开环电压放大倍数：Auo→∞ 差模输入电阻：rid→∞ 开环输出电阻：ro→0 共模抑制比：KCMRR→ ∞ - + + ∞ u- u+ uo 理想运算放大器 的图形符号
运算放大器可 ↑uo 通过其电压传输特 性进行分析，传输 +UoM 特性分一个线性区 和两个饱和区。 0 ufu-u. uf 在线性区： 。=Ao4,=Ao(u-u) 这时运算放大器是一个线性放大元件。由于A很高，所以只 有在很小时，运算放大器才能工作于线性区；另外，由于干扰， 这时工作很难稳定。为了使运算放大器工作于线性区，就必须引入 深度负反馈
在线性区： 这时运算放大器是一个线性放大元件。由于Auo很高，所以只 有在ui很小时，运算放大器才能工作于线性区；另外，由于干扰， 这时工作很难稳定。为了使运算放大器工作于线性区，就必须引入 深度负反馈。 运算放大器可 通过其电压传输特 性进行分析，传输 特性分一个线性区 和两个饱和区。 uo ui=u+ -u- +UOM -UOM ( ) uo = Auoui = Auo u+ −u− - + + ∞ u- u+ uo
+UoM -Wo uf-u-u. -UOM 运算放大器工作于线性区时， 分析依据有两条： （1)由于ra→o0,所以可以认为两个输入端的输入 电流为0。这时两个输入端没有断开，但像断开一样，所 以称为“虚断
uo ui=u+ -u- +UOM -UOM （1）由于rid→∞，所以可以认为两个输入端的输入 电流为0。这时两个输入端没有断开，但像断开一样，所 以称为“虚断”。 运算放大器工作于线性区时， 分析依据有两条： - + + ∞ u- u+ uo
↑uo (2)由于 +UoM A40→00，而uo 是一个有限值， 10 ufu-u. 依据 uf 。=Auo4=Ao(ut-u) UOM 得u-u= l。≈0 .∴.u≈u 显然同向输入端和反向输入端没有接在一起，但像接在 起，称为“虚短
uo ui=u+ -u- +UOM -UOM （2）由于 Auo→∞，而uo 是一个有限值， 依据 ( ) uo = Auoui = Auo u+ −u− + − − = 0 u o o A u 得u u u+ u− 显然同向输入端和反向输入端没有接在一起,但像接在 一起，称为“虚短”。 - + + ∞ u- u+ uo