资源描述
,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,*,5.2,集成运算放大器,集成电路运算放大器是利用半导体集成工艺制作在一块硅片上的具有高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的,多级直接耦合放大电路,，由于它可用于信号运算，故称为集成电路运算放大器，简称,集成运放,或,运放,。,1.,集成运放的符号,反相输入端,N(,),：,该端输入信号的极性和输出信号相反,同相输入端,P(,),：,该端输入信号的极性和输出信号相同,输出端,O,5,V,-7,V,8,V,双端输入,反相端输入,8,V,同相端输入,5mV,-7mV,2.,集成运放外观形式,双列直插式,圆壳式,扁平式,国产运放,F004,管脚功能及电路使用,3.,集成运放的分类,1.,差模电压放大倍数,A,id,=,，,实际上,A,id,80dB,即可。,2.,差模输入电阻,R,id,=,，,实际上,R,id,比输入端外电路的电 阻大,2,3,个量级即可。,3.,输出电阻,R,io,=0,，,实际上,R,io,比输出端外电路的电阻小,2,3,个量级即可。,4.,带宽足够宽。,5.,共模抑制比足够大。,5.2.3,理想运算放大器的特性,1,理想运算放大器的条件,实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器都可以视为理想的。只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指标明显下降即可。,2,运算放大器的电压传输特性,在线性区,假设：,线性区很窄,1,集成运放两个输入端之间的电压通常接近于零，即,v,I,=v,+,-v,-,0,，,若把它理想化，则有,v,I,0,，,但不是短路，故称为,虚短,。,2,集成运放两输入端几乎不取用电流，即,i,I,0,，,如把它理想化，则有,i,I,=0,，,但不是断开，故称,虚断,。,3,理想运算放大器的特性,理想运算放大器具有“,虚短,”和“,虚断,”的特性，这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。,为了保证线性运用，运算放大器必须在闭环下工作,(,引入反馈,),。,线性应用特征：,集成运放带深度负反馈，或兼有正负反馈但以负反馈为主；集成运放输出量和,净输入量,成线性关系，其输入端既,虚短,又,虚断,。,5.3,集成运算放大器的基本运算电路,1.,比例运算电路,(1),反相输入的比例运算电路,P123,习题,5.12,电压并联负反馈,N,(2),同相输入的比例运算电路,R,f,电压串联负反馈,2.,加法电路,(1),反相输入的加法电路,方法,2,(1),反相输入的加法电路,P123,习题,5.13,(2),同相输入的加法电路,电路如图所示，求,v,O,的表达式。当,R,1,R,2,R,3,R,f,时，,v,O,？,P123,习题,5.15,3.,减法电路,(1),利用加法电路实现减法运算,(2),利用差动输入实现减法运算,P123,习题,5.15,思考题,:,电路如图所示,试计算,V,o,的值。,5.3.3,积分和微分电路,1.,积分电路,根据虚地有：,反相积分运算电路,当输入信号是阶跃直流电压,V,I,时,在给定输入波形作用下积分器的输出波形,注意：,当输入信号在某一个时间段等于零时，积分器的输出是不变的，保持前一个时间段的最终数值。因为虚地的原因，积分电阻,R,两端无电位差，因此,C,不能放电，故输出电压保持不变。,(a),阶跃输入信号,(b),方波输入信号,积分器的输入和输出波形,2,微分电路,思考题,：设,A1,、,A2,均为理想运放。试求电,路的输出电压,u,o,的表达式,。,1.,电压比较器,比较器的作用是比较输入电压,v,I,和参考电压,V,REF,的大小，并根据比较结果输出高电平或低电平。比较器可应用于越限报警、模数转换和波形变换,等场合。,非线性应用：,集成运放处于开环或带正反馈状态，,它的输出量和净输入量成非线性关系,，输出量为正饱和值或负饱和值，运放输入端,不具有虚,短或虚地特性,(,仍有虚断特性,),。,5.4,集成运放的非线性应用,运算放大器的电压传输特性,在线性区,在非线性区,(1),单门限电压比较器,(a),同相输入单门限电压比较器,比较器输出电压,v,O,发生电平跳变时相应的输入电压,v,I,值称为,门限电压,或,阈值电压,V,th,(b),反相输入单门限电压比较器,如果门限电压,V,th,0,，,这种比较器称为,过零比较器,。,(c),过零比较器,单门限电压比较器的缺点,V,o,V,oH,V,oL,V,T-,V,T+,V,i,0,双门限,(,滞回,),电压比较器的传输特性,V,T+,：,上限阈值,V,T-,：,下限阈值,V,T,=V,T+,V,T-,：,回差电压,(2),滞回比较器（施密特触发器）,电压串联,正反馈,(c),传输特性,v,I,上升，直到,v,I,V,T,，,v,O,由高电平跳变到低电平：,V,th,V,T,5V,1.04V,5V,0.94V,此后若,v,I,继续增大，,v,O,则维持低电平不变,v,O,为低电平，,V,th,V,T,5V,0.94V,若,v,I,下降，则当,v,I,V,T,时，,v,O,由低电平跳变到高电平，,V,th,V,T,5V,1.04V,此后若,v,I,继续减少，,v,O,则维持高电平不变,例 题,电路如图所示，试画出电路的传输特性,工作在开环或正反馈状态。,开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态。,非线性，因是大幅度工作，输出和输入不成线性关系。,比较器的基本特点：,4.,集成运放的主要参数,(1),静态参数,(a),输入失调电压,V,IO,(input offset voltage),是表征运放内部电路对称性的指标。,(1,10)mV,，,越小越好,(b),输入偏置电流,I,IB,(input bias current),输入电压为零时，运放两个输入端静态偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。,10,nA,1,A,，,越小越好,。,(c),输入失调电流,I,IO,(input offset current),在输入电压为零时，运放两个输入端静态偏置电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。,1,nA,0.1,A,，,越小越好,。,(d),输入失调电压温漂,V,IO,/,T,在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值，是衡量电路温漂的重要指标。,(10,20),V/,，,越小越好,。,(e),输入失调电流温漂,I,IO,/,T,在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值，是衡量电路温漂的重要指标。几个,pA,/,，,越小越好,。,(f),最大差模输入电压,V,idmax,(,maximum,differential mode input voltage,),运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压值，差分管的发射结将出现反向击穿。平面工艺的,BJT,5,V,，,横向,BJT,30V,以上,，,越大越好,。,(g),最大共模输入电压,V,icmax,(,maximum,common mode input voltage,),运放两输入端能承受的最大共模输入电压，超过此电压值，差分管将出现饱和或截止，共模抑制比明显下降。,13V,，,越大越好。,(2),动态参数,(a),开环差模电压增益,A,VO,(,open loop voltage gain,),运放在无反馈情况下的直流差模电压增益。,(b),开环带宽,BW(,f,H,),开环带宽,BW,又称,3dB,带宽,，是指开环差模电压增益,A,VO,下降,3dB,时的,f,H,。,(c),单位增益带宽,BW,G,(,f,T,),开环差模电压增益,A,VO,1,0dB,时的频率,f,T,。,(d),转换速率,S,R,(slew rate),运放在闭环状态下，输入为大信号时输出电压对时间的最大变化速率。它是运放在大信号和高频信号工作时的重要指标。,
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