运算放大器 1.集成运算放大器 2.集成运算放大器的应用 电工与电子技术基础 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心
电工与电子技术基础 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心 运算放大器 1. 集成运算放大器 2. 集成运算放大器的应用
1.集成运算放大器 模拟集成电路：集成运算放大器、 集成电路分类 集成功率放大器、集成稳压电源、 集成A/DD/A等。 数字集成电路 集成运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电 阻的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种 模拟集成电路。 集成运算放大器的特点 (1)级间采用直接耦合方式 在集成电路工艺中难于制造电感元件；制造容量大于200pF的电容 也比较困难，因而放大器各级之间都采用直接耦合，必须使用电 容的场合，也大多采用外接的方法。 电工与电子技术基础 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心
电工与电子技术基础 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心 集成运算放大器是一种高电压增益 、高输入电阻 和低输出电 阻的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种 模拟集成电路。 集成电路分类 集成功率放大器、集成稳压电源、 模拟集成电路: 数字集成电路 集成运算放大器、 集成A/D D/A等。 在集成电路工艺中难于制造电感元件；制造容量大于200pF的电容 也比较困难，因而放大器各级之间都采用直接耦合，必须使用电 容的场合，也大多采用外接的方法。 （1）级间采用直接耦合方式 集成运算放大器的特点 1.集成运算放大器
1.集成运算放大器 (2)电路结构和参数具有对称性 由于集成电路中的各个元件是通过同一工艺过程制作在同一硅片 上，同一片内的元件参数绝对值有同向的偏差，温度均一性好 (3)用有源器件代替无源器件 集成电路中的电阻是由硅半导体的体电阻构成，阻值大约为 100Ω30K,且阻值精度不高，因此常常用晶体管恒流源代替 电阻（动态电阻)；必须使用直流高阻值的场合，也大多采用 外接的方法。 电工与电子技术基础 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心
电工与电子技术基础 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心 （2）电路结构和参数具有对称性 集成电路中的电阻是由硅半导体的体电阻构成，阻值大约为 100 Ω~30K，且阻值精度不高，因此常常用晶体管恒流源代替 电阻（动态电阻）；必须使用直流高阻值的场合，也大多采用 外接的方法。 由于集成电路中的各个元件是通过同一工艺过程制作在同一硅片 上，同一片内的元件参数绝对值有同向的偏差，温度均一性好 （3）用有源器件代替无源器件 1.集成运算放大器
1.集成运算放大器 电路的基本组成及作用 差分 中间级 输出级 输入级 偏置电路 输入级：要求输入电阻高，差模放大倍数高，抑制零点漂移 和共模千扰信号的能力强。都采用差分放大电路。 中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极 放大电路构成。 电工与电子技术基础 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心
电工与电子技术基础 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心 一、电路的基本组成及作用 一、电路的基本组成及作用 输入级：要求输入电阻高，差模放大倍数高，抑制零点漂移 和共模干扰信号的能力强。都采用差分放大电路 。 中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极 放大电路构成。 中间级 差分 输入级 输出级 偏置电路 1.集成运算放大器
1.集成运算放人器 一、 电路的基本组成及作用 偏置电路：为各级放大电路提供稳定和合适的偏置电流，决 定各级的静态工作，点，一般由恒流源电路构成。 输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一 般由互补对称电路或射极输出器构成。 o+Ucc 反相 输入端 同相 输出端 输入端 电 技术基础 输入级 中间级喜 输出级武汉)信息技术教学实验中心
电工与电子技术基础 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心 偏置电路：为各级放大电路提供稳定和合适的偏置电流，决 定各级的静态工作点，一般由恒流源电路构成。 输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一 般由互补对称电路或射极输出器构成。 + UCC – UEE u o u – u + 输入级 中间级 输出级 同相 输入端 输出端 反相 输入端 一、电路的基本组成及作用 一、电路的基本组成及作用 1.集成运算放大器
1.集成运算放大器 主要参 1. 最大输出电压吧 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。 2. 开环差模电压增益人。 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。A,愈高， 所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。 3. 输入失调电压 0 4. 输入失调电流I0 愈小愈好 5. 输入偏置电流Im 6. 共模输入电压范围Uw 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的 共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。 电工与电子技术基础 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心
电工与电子技术基础 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心 主要参数 1. 最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。 2. 开环差模电压增益 Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo 愈高， 所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。 6. 共模输入电压范围 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的 共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。 愈小愈好 3. 输入失调电压 UIO 4. 输入失调电流 IIO 5. 输入偏置电流 IIB 1.集成运算放大器
1.集成运算放大器 理想运算放大器及其分析依据 Auo高：80dB~140dB ria高：10s~1012 0∞ r,低：几十2~几百2 u o KcMR高：70dB~l30dB +Uo(sat) 线性区 理想特性 线性区 u。=Ao(u,u） +-儿 非线性区： 实际特性 饱和区 u,>u时，4。=+U%(8at u<山时，u。=-U (sat) 电工与电子技术基础 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心
电工与电子技术基础 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心 1. 理想运算放大器 A uo → ∞ ， rid → ∞ ， ro → 0 ， KCMR → ∞ 2. 电压传输特性 uo = f ( ui ) 线性区： uo = Auo ( u+ – u– ) 非线性区： u+ > u – 时， uo = + Uo(sat) u+ < u – 时， uo = – Uo(sat) +Uo(sat) u+ – u – u o – Uo(sat) 理想特性 线性区 实际特性 u o + + ∞ u + u – + UCC – UEE – Δ 饱和区 O A uo 高: 80dB~140dB rid 高: 105 ~ 1011 Ω ro 低: 几十 Ω ~ 几百 Ω KCMR 高: 70dB~130dB 理想运算放大器及其分析依据 1.集成运算放大器
1.集成运算放大器 集成运算放大器的等效电路模型(1) 线性工作区 线性工作受控源， 0 An(u,u四 + 集成运算放大器的等效电路模型(2) 饱和工作区（非线性) 饱和工作恒压源 负饱和 一一一电工与电子技术基础 正饱和 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心
电工与电子技术基础 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心 集成运算放大器的等效电路模型（ 1 ） 线性工作区 A uo u- u+ uo u- u+ uo Auo ( u+ - u- ) 线性工作 −受控源, 集成运算放大器的等效电路模型(2) 饱和工作区（非线性） u- u+ uo UOM 正饱和 u- u+ uo - UOM 负饱和 饱和工作 −恒压源 1.集成运算放大器
1.集成运算放大器 3.理想运放工作在线性区的特点因为U。=An（u,u) 所以(1)差模输入电压约等于0 即u,=u,称“虚短” 电压传输特性 (2)输入电流约等于0 即i=i≈0，称“虚断" +o(sat) 线性区 A越大，运放的 线性范围越小，必 须加负反馈才能使 o(sat) 其工作于线性区。 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心
电工与电子技术基础 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心 3. 理想运放工作在线性区的特点 理想运放工作在线性区的特点 因为 uo = Auo ( u+ – u – ) 所以(1) 差模输入电压约等于 0 即 u+ = u – ,称 “虚短 ” (2) 输入电流约等于 0 即 i+ = i – ≈ 0 ,称 “虚断 ” 电压传输特性 Auo 越大，运放的 线性范围越小，必 须加负反馈才能使 其工作于线性区。 + + ∞ u o u – u + i + i– – Δ u+ – u – u o 线性区 – Uo(sat) + Uo(sat) O 1.集成运算放大器
1.集成运算放大器 4.理想运放工作在饱和区的特点 电压传输特性 +Uo(sat) 饱和区 (1) 输出只有两种可能，十塑an 不再满足u。=A0(u-U) 因而不存在“虚短”现象 当u,〉u时，4。=+g(sat) u,<1时，4。=-( (sat) (2) 1,=1≈0，仍存在“虚断”现象 电工与电子技术基础 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心
电工与电子技术基础 中国地质大学（武汉）信息技术教学实验中心 4. 理想运放工作在饱和区的特点 理想运放工作在饱和区的特点 (1) 输出只有两种可能 输出只有两种可能, + U o(sat) 或 – U o(sat) (2) i + = i – – ≈ 0,仍存在 “虚断 ”现象 电压传输特性 不再满足 uo = Auo ( u+ – u – ) 因而不存在 “虚短 ”现象 当 u+ > u – 时， uo = + Uo(sat) u+ < u – 时， uo = – Uo(sat) u+ – u – u o – Uo(sat) + Uo(sat) 饱和区 O 1.集成运算放大器