集成运放的结构、工作原理和主要参数.ppt

7 1集成运放的特点和电路结构 7 2集成运放的特性参数 7 3理想的集成运放 第七章集成运算放大器 7 4集成运放的线性应用 7 5集成运放的非线性应用 集成运算放大器 简称集成运放 是一个高性能的直接耦合多级放大电路 因首先用于运放 故而得名 1 采用直接耦合方式 充分利用管子性能良好的一致性 采用差分放大电路和电流源电路 通用型集成运放 单运放LM741 四运放LM324 专用型集成运放 高精度型 AD797 7 1集成运放的特点和电路结构 2 用有源器件代替无源元件 如用晶体管代替占面积大的大电阻 三极管当二极管用等 3 利用纵向NPN管 值较大 横向PNP管的耐压比较高的特点 接成复合管的组态 形成性能优良的各种放大电路 一 集成运放的特点 集成运放的分类 4 体积小 可靠性高 功耗低 成本低 使用方便 二 集成运放的一般构成 通用型 偏置电路 由恒流源电路组成 向各放大级提供合适的偏置电流 输入级 大多采用差动放大电路 要求输入电阻大 共模抑制比高 耐压高 中间级 输出级 主放大器 多采用共射放大电路 要求有足够大的放大能力 一般为互补推挽功率放大器 要求输出电阻小 输出电压尽可能大 通常含有保护电路 三 集成运放的符号和封装 若将集成运放看成一个黑盒子 则可等效为一个双端输入单端输出的高性能差分放大电路 1 电路符号 同相输入端 反相输入端 同相输入端 信号从该端输入时 输出与输入同相 反相输入端 信号从该端输入时 输出与输入反相 2 封装 金属圆壳式 双列直插式 扁平式 四 通用型集成运放LM741 对于集成运放电路 应首先找出偏置电路 然后根据信号流通顺序 将其分为输入级 中间级和输出级 四 通用型集成运放LM741 双入单出的共集 共基差分放大电路 复合管为放大管 恒流源作负载的共射放大电路 用UBE倍增电路消除交越失真的互补推挽输出级 四 通用型集成运放LM741 T1 T6组成差分式放大电路 T1 T3和T2 T4组成复合差分电路 采用共集形式可以提高输入阻抗 共基形式频带宽 T3 T4为横向PNP管 耐压高 因此允许的共模输入电压大 T5 T6 T7组成精密镜像电流源作为T3 T4的有源负载 能有效地提高共模抑制比 Rp为外接的调零电位器 通过调节Rp可以保证静态时输出为零 四 通用型集成运放LM741 T16 T17组成复合管共射放大电路 T13B作为有源负载 交流电阻很大 所以本级可以获得很高的电压增益 同时具有较高的输入电阻 电容CC用于相位补偿 密勒 补偿 避免电路产生自激振荡 四 通用型集成运放LM741 T14 T20组成互补推挽输出电路 T19作二极管用 与T14 R8组成UBE倍增电路 使电路工作在甲乙类状态 消除交越失真 T24为射极跟随器 起隔离作用 减小输出级对中间级的负载影响 四 通用型集成运放LM741 正常工作时 T15 T21处于截止状态 当电流过大时 R9 R10的压降增大 T15 T21导通 T15导通后 对T14的基极产生分流作用 限制T14的电流 保护T14 T21导通后 使T23 T22导通 使T16的基极电位降低 使T24的基极电位升高 导致T20趋于截止 因而限制T20的电流 保护T20 1 开环差模电压增益AOd 集成运放在无外加反馈情况下的差模电压增益 AOd越大越好 一般在70 120dB范围内 2 差模输入电阻rid rid 几兆欧 若以场效应管作为输入级可达106M 3 输出电阻rO 集成运放输出端的对地等效电阻 反映了集成运放的带负载能力 rO 100 1000欧姆 7 2集成运放的主要技术参数 4 共模抑制比KCMR 开环差模电压增益与开环共模电压增益之比 KCMR越大越好 一般在80 160dB范围内 5 3dB带宽BW AOd由直流增益下降3dB时所对应的信号频率 6 单位增益带宽BG AOd下降到1 0dB 时对应的频率 BW 几Hz 几千Hz BG 0 4 5MHz 7 2集成运放的主要技术参数 7 输入失调电压UI0及其温漂 UI0 静态时为使输出电压为0 需要在输入端所加的补偿电压 其值表征了运放输入级的对称性 在一定程度上也反映了温漂的大小 输入失调电压UI0的温度变化率 UI0 1 10mV UI0 5 10 V C 8 最大共模输入电压UICm 表示集成运放所能承受的最大共模电压 若超过此值 运放的共模抑制比将显著恶化 9 最大差模输入电压UIdm 表示集成运放两输入端之间所能承受的最大电压 若超过此值 运放输入级中差分对管中的一个管子的发射结可能被反向击穿 7 2集成运放的主要技术参数 10 输入偏置电流IIB 输出电压为0时 两个输入端偏置电流的平均值 典型值 10 几千nA 11 输入失调电流II0及其温漂 II0 输入失调电压II0的温度变化率 输出电压为0时 两个输入端的偏置电流之差 II0 几十 一百nA II0 0 01II0 C 7 2集成运放的主要技术参数 7 2集成运放的特性指标 7 3理想运算放大器 一 理想运放的技术指标 二 集成运放的传输特性 三 理想运放工作在线性区的特点 四 理想运放工作在非线性区的特点 一 理想运放的技术指标 理想运放 将各项技术指标理想化的集成运放 开环差模电压增益 差模输入电阻 输出电阻 共模抑制比 二 集成运放的电压传输特性 1 线性区 当差模输入信号较小时 输出与输入是线性的关系 由于运放的开环差模电压增益很高 所以线性范围很小 一般不超过0 1mV 2 非线性区 若差模输入信号过大 超出其线性范围时 会导致运放内部的某些晶体管饱和或截止 此时运放的输出电压只有两种情况 要么为正向饱和值 要么为负向饱和值 三 理想运放工作在线性区时的特点 因理想运放AOd 运放工作在线性区时 1 理想运放的差模输入电压等于零 虚短 运放的两输入端电位相等 如同将两点短路一样 但实际上并未真正被短路 将这种现象称为 虚短 实际运放AOd越大 将输入端视为 虚短 带来的误差越小 由于理想运放rid 因此两输入端均没有电流 2 理想运放的输入电流等于零 虚断 运放的输入电流等于0 如同将两点断开 但实际上并未真正被断开 将这种现象称为 虚断 实际运放rid越大 将输入端视为 虚断 带来的误差越小 虚短 和 虚断 是理想运放工作在线性区时的两个重要结论 常作为分析运放应用电路的出发点 必须牢牢掌握 三 理想运放工作在线性区时的特点 四 理想运放工作在非线性区时的特点 1 输出电压的值只有两种可能 或等于正向饱和值 或等于负向饱和值 理想特性 注意 运放工作在非线性区时 差模输入电压可以较大 所以 虚短 现象不复存在 2 理想运放的输入电流等于零 虚断 理想运放rid 时 发生状态的转换 注意问题 理想运放工作在线性区和非线性区时 各有不同的特点 在分析运放的各种应用电路时 首先必须判断其中的运放工作在哪个区域 线性区 虚短 虚断 非线性区 有虚断无虚短 输出为正向 负向 饱和值 线性区 非线性区 必须要在电路中引入深度负反馈 运放工作在开环状态