医用物理学11集成运放课件

信息工程学院物理教研室 张延芳,2012-09,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,4.,差模电压放大倍数,A,u,d,、,输入电阻、输出电阻,输入输出,均不接地,双端输入双端输出,差动放大器双入,双出微变等效电路,R,e,对交流信号相当接地,输,出,负,载,不,接,地,单端输入双端输出,单端输入双端输出,双端输入单端输出,双入单出因只利用了一个集电极输出的变化量，,所以它的差模电压放大倍数是双出的二分之一。,将差分信号转换为单端输出信号,双端输入单端输出,r,od,=,R,c,C,1,输出,，,A,ud,为负；,C,2,输出，,A,ud,为正,单端输入单端输出,C,1,输出,，,A,ud,为负；,C,2,输出，,A,ud,为正,5.,共模电压放大倍数,A,uc,双入双出,A,uc,=0,6.,共模电压放大倍数,A,uc,双入,单出,与差模信号不同，共模信号,R,e,用,2,R,e,等效，双端输出,A,uc=0,，单端输出,A,uc,0,。,共模微变等效电路,单端输出（,C,1,或,C,2,） ，可以得到输出与输入之间的不同电位关系（反相或同相）。,从,B,1,输入信号，,C,1,输出为反相；,C,2,输出为同相。,差模电压放大倍数,共模电压放大倍数,电压放大倍数是一个纯数，无量纲。,电压放大倍数用增益表示，单位是分贝。,增益,7.,共模抑制比,共模抑制比是衡量放大电路抑制零点漂移能力的重要指标,。,差模电压放大倍数,A,ud,;,共模电压放大倍数,A,uc,共模抑制比,K,CMR,;,电路的动态指标,4-2,集成运算放大器简介,一、 集成电路与集成运算放大器,把晶体管、二极管、电阻以及连接导线等集中制造在一小块半导体基片上,构成一个具有一定功能的完整电路的器件。,1.,集成电路,(,Integrated circuit, IC),：,集成电路中元器件的特点,单个的精度不是很高,但由于是在同一硅片上、用相同工艺生产出来的，性能比较一致,元器件相互离得很近,温度特性较一致,电阻一般在几十欧至几十千欧、太高或太低都不易制造,电感难于制造,电容一般不超过,200pF,大电容不易制造,集成电路的优点,集成电路的类型,体积小、重量轻、安装方便、功耗小、工作可靠等。,小规模集成电路,(SSI):,一百以下,中规模集成电路,(MSI):,大规模集成电路,(LSI):,超大规模集成电路,(VLSI):,一百至一千个之间,一千至十万个之间,十万以上,2.,集成运算放大器,具有一定功能的完整电路,高放大倍数的直接耦合放大器。,集成运算放大器,integrated operational amplifier,运算放大器,operational amplifier,简称集成运放,integrated amplifier,集成运放是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的多级直接耦合放大电路。,二、集成运算放大器的组成与分类,1.,四大组成部分,常采用,差分放大电路,。,目的是为了减小放大电路的零点漂移。,中间级：,采用,有源负载的,共发射极电路,，增益大、较高的电压放大倍数。,输入级：,输出级：,一般由,电压跟随器或互补电压跟随器,所组成，,目的是为了,降低输出电阻，提高带负载能力,给出足够的输出电流,i,o,。,偏置电路,：,为各级放大电路设置合适的静态工作点，采用,电流源电路。,。,2,、集成运算放大器的外形,国家标准（,GB3430-82,）规定，由字母和阿拉伯数字表示，例如,CF741,、,CF124,等，其中,C,表示国家标准，,F,表示运算放大器，阿拉伯数字表示品种。,封装形式,:,金属圆形、双列直插式、扁平式,封装材料,:,陶瓷、金属、塑料,2,个输入端，,1,个输出端，输入端标,“,+,”,号表示同相输入端，标,“,-,”,号表示反相输入端。,3,、集成运放的图形符号,4.,集成运放的分类,按所用器件又可分为双极型器件组成的双极型集成电路；单极型器件组成的单极型集成电路；双极型器件和单极型器件兼容组成的集成器件。,线性集成电路,:,输出对于输入信号的变化成线性关系,.,例如，直流放大器,差分放大器,运算放大器。,通用型集成运放特点：最大差模输入电压和最大共模输入电压大；输出有短路保护功能；电源电压适用范围宽；不需外接补偿电容。如性能较好的,CF741,等,非线性集成电路,:,输出对于输入信号的变化成非线性关系,.,例如，振荡器,调制器,集成稳压电源。,特殊型集成运放的特点是突出某项性能指标。如：,(4),低功耗型,:,当电源电压,15 V,时，,最大功耗,不大于,6mW,。,(5),高速型,:,转换速率大于,30 V/,s,。,(6),高压型,:,输出电压较高,(1),高输入阻抗型,(,差模输入电阻不小于,109,),(2),高精度型,:,V,IO/,T,小于,2,V/,C,。,(3),宽带型,:,增益带宽大。,三、集成运算放大器的主要技术指标,1.,开环差模电压放大倍数,A,ud,无反馈时差模信号的放大倍数,A,ud,= U,od,/ U,i,d,增益（,gain,）,G,ud,=20lg,A,ud,(dB),=20,U,od,/,U,i,d,(dB),2.,输入偏置电流,I,IB,3,输入失调电流,I,IO,常温下输入信号为零，两输入端偏置电流的平均值。,I,IB,=(,I,IB,+,I,IB,)/2,常温下输入电压为零时，两输入端偏置电流之差。,I,IB,=,I,IB,-,I,IB,。,A741,：,50-100nA.,4,输入失调电压,U,IO,输入电压为零时，为了使放大器输出电压为零，在输入端外加的补偿电压。一般为毫伏级。它表征电路输入部分不对称的程度，,U,IO,越小，运放性能越好。,5,输入失调电流温漂,d,I,IO,/ dT,在规定的工作温度范围内，输入失调电流对温度的变化率。即温度每改变,1,时所造成的失调电流增益。,在规定的工作温度范围内，输入失调电压对温度的变化率。即温度每改变,1,时所造成的失调电压增益。,6,输入失调电压温漂,d,U,IO,/ d,T,7.,共模抑制比,K,CMR,CMR Common Mode Rejection Ratio,电路开环情况下，差模放大倍数,A,ud,与共模放大倍数,A,cd,之比。,K,CMR,=,A,ud,/,A,cd,或,K,CMR,=20lg,A,ud,/A,cd,(dB),8.,带宽,BW,放大倍数,A,ud,下降,3dB,所对应的频宽,四、理想集成运算放大器,1,集成运放的理想特性,输入信号为零时，输出端应恒定为零；,输入阻抗,r,id,=,；,输出阻抗,r,o,=0,；,频带宽度,BW,应从,0,；,开环电压放大倍数,A,ud,=,。,输入为零时输出为零，而且无失调，温 漂和噪声,。,2.,理想运算放大器,ideal operational amplifier,A,ud, ,r,id, ,r,o, 0,K,CMR, ,线性区：,u,o,=,A,ud,(,u,+,u,),非线性区：,u,+, u,时，,u,o,=,+,U,OM,u,+, u,时，,u,o,=,+,U,OM,当,u,+, u,时，,u,o,=,U,OM,u,+,u,u,o,U,OM,+,U,OM,O,饱和区,不存在,“,虚短,”,现象,i,+,= i, 0,运算放大器在信号运算方面的运用,集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、乘法和除法等运算。,运算放大器工作在线性区时通常要引入深度负反馈。输出电压和输入电压的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构和参数，而与运算放大器本身的参数关系不大。,R,R,2,R,1,F,u,i,u,o,电位为零，虚地,电位为零,但不能将反相输入端和同相输入端直接相联或者直接接地,5,、,长尾电路如图所示，设,U,BE,=0.7V,=100,试求,三极管的静态工作点,I,CQ,、,U,CEQ,；,放大器的差模电压放大倍,A,ud,，,差模输入电阻,r,id,和输出电阻,r,od,当,u,1,=,u,2,=0,，,并忽略,I,BQ,时，,U,E,-0.7V,(2),