第8章集成运算放大器 学习要点 集成运算放大器在线性和非线性应用 时的基本概念和分析依据 集成运算放大器应用电路的分析方法 负反馈的概念、反馈极性及类型的判 别。负反馈对放大电路性能的影响 ·梟成运算放大器在线性和非线性应用 方面常用电路的组成、工作原理和电 路功能
第8章 集成运算放大器 • 集成运算放大器在线性和非线性应用 时的基本概念和分析依据 • 集成运算放大器应用电路的分析方法 • 负反馈的概念、反馈极性及类型的判 别，负反馈对放大电路性能的影响。 • 集成运算放大器在线性和非线性应用 方面常用电路的组成、工作原理和电 路功能 学习要点
8.1集成运算放大器简介 8.2模拟运算电 8.3放大电路中的负反馈 8.4信号处理电路 8.5正弦波振荡器
• 8.1 集成运算放大器简介 • 8.2 模拟运算电路 • 8.3 放大电路中的负反馈 • 8.4 信号处理电路 • 8.5 正弦波振荡器 第8章 集成运算放大器
81集成运算放大器简介 811集成运算放大器的组成 通常由共发射极放大电路构成,目的 是为了获得较高的电压放大倍数 -x输入级}中间级}丬输出级} 通常由差动放 偏置电路 通常由互补对 大电路构成, 称电路构成, 目的是为了减一般由各种恒流源电路构成,作目的是为了减 小放大电路的用是为上述各级电路提供稳定、小输出电阻, 零点漂移、提合适的偏置电流,决定各级的静提高电路的带 高输入阻抗。 态工作点 负载能力
8.1 集成运算放大器简介 8.1.1 集成运算放大器的组成 输入级 中间级 输出级 偏置电路 通常由差动放 大电路构成， 目的是为了减 小放大电路的 零点漂移、提 高输入阻抗。 通常由共发射极放大电路构成，目的 是为了获得较高的电压放大倍数。 通常由互补对 称电路构成， 目的是为了减 小输出电阻， 提高电路的带 负载能力。 一般由各种恒流源电路构成，作 用是为上述各级电路提供稳定、 合适的偏置电流，决定各级的静 态工作点
集成运放的电路符号如图所示。它有两个输入端,断 “+”的输入端称为同相输入端,输入信号由此端输入 时,输出信号与输入信号相位相同;标“一”的输入 端称为反相输入端,输入信号由此端输入时,输出信 号与输入信号相位相反。 反相输入端 同相输入端
A － + Δ + 同相输入端 反相输入端 u － uo u+ 集成运放的电路符号如图所示。它有两个输入端，标 “+”的输入端称为同相输入端，输入信号由此端输入 时，输出信号与输入信号相位相同；标“－”的输入 端称为反相输入端，输入信号由此端输入时，输出信 号与输入信号相位相反
812集成运算放大器的主要参数及种类 、集成运放的主要参数 1)差模开环电压放大倍数A。。指集成运放本身(无外加反馈回路)的 差模电压放大倍数,即A。o 它体现了集成运放的电压放大能力, 般在10-4~107之间。越大,电路越稳定,运算精度也越高。 (2)共模开环电压放大倍数A。指集成运放本身的共模电压放大倍数, 它反映集成运放抗温漂、抗共模干扰的能力,优质的集成运放A灬应接近于零。 (3)共模抑制比Kc。用来综合衡量集成运放的放大能力和抗温漂、抗共 模干扰的能力,一般应大于80dB (4)差模输入电阻r。指差模信号作用下集成运放的输入电阻。 (5)输入失调电压U。指为使输出电压为零,在输入级所加的补偿电压 值。它反映差动放大部分参数的不对称程度,显然越小越好,一般为毫伏级。 (6)失调电压温度系数△U/△T。是指温度变化ΔT时所产生的失调电 压变化ΔU的大小,它直接影响集成运放的精确度,一般为几十μV/℃。 (7)转换速率S。衡量集成运放对高速变化信号的适应能力,一般为几V μs,若输入信号变化速率大于此值,输出波形会严重失真
8.1.2 集成运算放大器的主要参数及种类 （1）差模开环电压放大倍数 Ad o。指集成运放本身（无外加反馈回路）的 差模电压放大倍数，即 + − − = u u u A o d o 。它体现了集成运放的电压放大能力，一 般在 104～107 之间。Ado 越大，电路越稳定，运算精度也越高。 （2）共模开环电压放大倍数 Aco。指集成运放本身的共模电压放大倍数， 它反映集成运放抗温漂、抗共模干扰的能力，优质的集成运放 Aco 应接近于零。 （3）共模抑制比 KCMR。用来综合衡量集成运放的放大能力和抗温漂、抗共 模干扰的能力，一般应大于 80dB。 （4）差模输入电阻 ri d。指差模信号作用下集成运放的输入电阻。 （5）输入失调电压 Uio。指为使输出电压为零，在输入级所加的补偿电压 值。它反映差动放大部分参数的不对称程度，显然越小越好，一般为毫伏级。 （6）失调电压温度系数ΔUio／ ΔT。是指温度变化ΔT 时所产生的失调电 压变化ΔUio 的大小，它直接影响集成运放的精确度，一般为几十μV／℃。 （7）转换速率 SR。衡量集成运放对高速变化信号的适应能力，一般为几 V ／μs，若输入信号变化速率大于此值，输出波形会严重失真。 1、集成运放的主要参数
2、集成运放的种类 (1)通用型。性能指标适合一般性使用,其特点是电 源电压适应范围广,允许有较大的输入电压等,如CF741 等。 (2)低功耗型。静态功耗≤2mW,如XF253等。 (3)高精度型。失调电压温度系数在1μV/℃左 右,能保证组成的电路对微弱信号检测的准确性,如 CF75、CF7650等。 (4)高阻型。输入电阻可达1012g,如F55系列等。 还有宽带型、高压型等等。使用时须查阅集成运放手 册,详细了解它们的各种参数,作为使用和选择的依据
2、集成运放的种类 （1）通用型。性能指标适合一般性使用，其特点是电 源电压适应范围广，允许有较大的输入电压等，如 CF741 等。 （2）低功耗型。静态功耗≤2mW，如 XF253 等。 （3）高精度型。失调电压温度系数在 1μV／℃左 右，能保证组成的电路对微弱信号检测的准确性，如 CF75、CF7650 等。 （4）高阻型。输入电阻可达 1012Ω，如 F55系列等。 还有宽带型、高压型等等。使用时须查阅集成运放手 册，详细了解它们的各种参数，作为使用和选择的依据
813集成运算放大器的理想模型 集成运放的理想化参数: 0、R 00 CMR oM[想特性 实际特性 l一l OM 理想运放符号 运放电压传输特性 非线性区分析依据: 非线性区(饱和区) 当u≥>0,即 ,L=+ 当a<0,即a+< 时时
8.1.3 集成运算放大器的理想模型 集成运放的理想化参数： Ado=∞、 rid=∞、 ro=0 、KCMR=∞、等 uo u － u+ ∞ － + Δ + 实际特性 理想运放符号 运放电压传输特性 理想特性 uo u+ －u － －UO M UO M 0 非线性区分析依据： 非线性区（饱和区） 当ｕi>0，即ｕ＋>ｕ－时，ｕo＝＋ｕOM 当ｕi<0，即ｕ＋<ｕ－时，ｕo ＝－ｕOM
集成运放的理想化参数:4=、n=、,50、EmR=、等 OM 理想特性 实际特性 OM 理想运放符号 运放电压传输特性 线性区(放大区) 线性区分析依据: (1)虚断。由r=∞,得t+=-=0,即理想运放两个输入端 的输入电流为零 (2)虚短。由A4=∞,得u4=l-,即理想运放两个输入端的 电位相等。若信号从反相输入端输入,而同相输入端接地,贝 l4-=4=0,即反相输入端的电位为地电位,通常称为虚地
集成运放的理想化参数：Ado=∞、 rid=∞、 ro=0 、KCMR=∞、等 uo u － u+ ∞ － + Δ + 实际特性 理想运放符号 运放电压传输特性 理想特性 uo u+ －u － －UO M UO M 0 线性区（放大区） 线性区分析依据： （1）虚断。由rid=∞，得i＋＝i－＝0，即理想运放两个输入端 的输入电流为零。 （2）虚短。由Ado=∞，得u＋＝u－，即理想运放两个输入端的 电位相等。若信号从反相输入端输入，而同相输入端接地，则 u－＝u＋=0，即反相输入端的电位为地电位，通常称为虚地
82模拟运算电路 8.21比例运算电路 1、反相输入比例运算电路 根据运放工作在线性区的两条 分析依据可知:i1=ir,u=l 而 uiu li R R RI R R R 由此可得:“o=R 式中的负号表示输出电压与输 入电压的相位相反
8.2 模拟运算电路 8.2.1 比例运算电路 1、反相输入比例运算电路 Rp ∞ － + Δ + uo ui RF R1 i 1 i f 根据运放工作在线性区的两条 分析依据可知： 1 f i = i ， = = 0 − + u u 而 F o F o f 1 1 1 R u R u u i R u R u u i i i = − − = = − = − − 由此可得： i u R R u 1 F o = − 式中的负号表示输出电压与输 入电压的相位相反
闭环电压放大倍数为: R R 当Rn=R1时, RI 即A=-1,该电路就成了反 相器。 图中电阻R称为平衡电 阻,通常取R。=R1∥RF,以 保证其输入端的电阻平衡,从 而提高差动电路的对称性
Rp ∞ － + Δ + uo ui RF R1 i 1 i f 闭环电压放大倍数为： 1 o F R R u u A i u f = = − 当 RF = R1 时， uo = −ui ， 即 Au f = −1，该电路就成了反 相器。 图中电阻 Rp 称为平衡电 阻，通常取 p 1 F R = R // R ， 以 保证其输入端的电阻平衡，从 而提高差动电路的对称性