集成运算放大器知识介绍

对零点漂移的抑制水平。
2020/7/14
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2. 信号输入 RB
+
RC + uo – RC T1 RP T2
RB
+UCC +
差模信号ui1 是有用信–号
RE
ui2
+–EE
–
(2) 差模信号 ui1 = – ui2 大小相等、极性相反
uid = ui1 – ui2 两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，
9.1.1 集成运放的组成
1. 元器件参数的一致性和对称性好； 2. 电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流 源代替，电位器需外接；
3. 电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电 容、电感 和变压器均需外接；
4. 二极管多用三极管的发射结代替。
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各类型号集成芯片
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如果反馈信号取自输出电压，叫电压反馈。 如果反馈信号取自输出电流，叫电流反馈。
(4)根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式 的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。
反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入信 号以电压形式作比较，称为串联反馈。
反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信 号以电流形式作比较，称为并联反馈。
输入信号 输出信号 反馈信号
X d — 净输入信号
净输入信号：X d X i X f
若三者同相，则Xd = Xi - Xf , 即Xd < Xi , 此时,反
馈信号削弱了净输入信号, 电路为负反馈。
若 Xd > Xi ，即反馈信号起了增强净输入信号的 作用则为正反馈。
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输入级 中间级 输出级
偏置 电路
运算放大器方框图
输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干
扰信号，都采用带恒流源的差分放大器 。
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。
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。
偏置电路: 由镜像恒流源等电路组成
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2. 电压传输特性 uo= f (ui)
+Uo(sat) uo
实际特性
线性区
u+– u–
O
饱和区
–Uo(sat)
线性区： uo = Auo(u+– u–)
非线性区：
u+> u– 时， uo = Uo+ u+< u– 时， uo = Uo-
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2. 信号输入
RB +
RC + uo – RC T1 RP T2
RB
+UCC +
共模信号ui1 需要抑制–
RE
ui2
+–EE
–
(1) 共模信号 ui1 = ui2 = uic 大小相等、极性相同 两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出
电压为零，即对共模信号没有放大能力。 差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它
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（2）交流反馈与直流反馈
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引入直 引入交
反馈只对交流信号起作用流，负称反为交流流负反反 馈。反馈只对直流起作用，称馈为的直目流反馈馈的。目
有的反馈对交直流均起作用。的：
的：
稳定静 改善放
在反馈网络中串接隔直电态容工，作可以大隔电断路 直流，此时反馈只对交流起作点用。。 的性能
用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化, 为此,后
面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。
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电压传输特性 uo= f (ui) +Uo(sat) uo
理想特性
线性区
u+– u–
O
饱和区
u–
–+
uo
u+
+
理想运算放大器图形符号
–Uo(sat)
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9. 1. 2 差动放大电路
1、电路组成
RB +
RC + uo – RC T1 RP T2
RB
+UCC +
ui1
RE
ui2
–
+–EE
–
RE的作用：稳定静态工作点，限制每个管子的漂移。 EE：用于补偿RE上的压降，以获得合适的工作点。 电位器 RP : 起调零作用。
线性区： uo = Auo(u+– u–)
非线性区：
u+> u– 时， uo = +Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat)
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理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– – i+
+
∞ +
因为 uo = Auo(u+– u– ) uo 所以(1) 差模输入电压约等于 0
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5. 共模抑制比 (Common Mode Rejection Ratio) 全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模 信号的能力。
共模抑制比 差模放大倍数
K CMR
Ad AC
K CMR
(dB)
20lg
Ad AC
(分贝 )
共模放大倍数
KCMR越大，说明差放分辨 差模信号的能力越强，而抑制
uoRS
– es+–
+ ui
–
通过R+EUCC
将输出电压
反+馈C2到输入
+
RE
RL uo
–
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1. 反馈的定义
X i
A
X o
比较环节 基本放大电路
X i + X di
A
–
X f
F
反馈电路 (b) 带反馈
X o
(a)不带反馈
XXX oif
— — —
集成电路 是把整个电路的各个元件以及相互之 间的联接同时制造在一块半导体芯片上, 组成一个不 可分的整体。
集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可 靠性高、价格低。
按集成度 小、中、大和超大规模 集成电路分类 按导电类型 双、单极性和两种兼容
按功能 数字和模拟
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运算放大器并掌握其基本分析方法； 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和
积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器 的工作原理； 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。
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9.1 集成运算放大器概述
集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多 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。
例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV 可分解成: ui1 = 18 mV + 2 mV
ui2 = 18 mV － 2 mV
放大器只 放大两个 输入信号 的差值信 号—差动 放大电路。
这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制
系统中是常见的。
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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。
3. 输入失调电压 UIO 4. 输入失调电流 IIO 愈小愈好 5. 输入偏置电流 IIB 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。
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2. 反馈的分类 （1） 正反馈与负反馈
负反馈：反馈信号削弱净输入信号， 使放大倍数降低。
正反馈：反馈信号增强净输入信号， 使放大倍数提高。
在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。
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在放大电路中，出现正反馈将使放大器 产生自激振荡，使放大器不能正常工作。
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uo= (VC1－VC1 )－(VC2 + VC１ ) =－2 VC1 即对差模信号有放大能力。
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(3) 比较输入 ui1 、ui2 大小和极性是任意的。 例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV
可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV ui2 = 8 mV － 2 mV
对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有 抑制作用。
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4. 输入和输出方式
RB +
RC + uo – RC T1 RP T2
RB
+UCC +
ui1
RE
ui2
–
+–EE
–
双端输入双端输出
双端输入单端输出 单端输入双端输出 单端输入单端输出
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3. 零点漂移的抑制
RB +
RC + uo – RC T1 RP T2
RB
+UCC +
ui1
RE
ui2
–
+–EE
–
静态时，ui1 = ui2 = 0 uo= VC1 － VC2 = 0 当温度升高时ICVC （两管变化量相等） uo= (VC1 + VC1 ) － (VC2 + VC2 ) = 0
输入端
u–
u+
同相 输入端
Auo
– +
+
–UEE
uo 输出端
(a)
+UCC输出
87 6 5 F007
12 3 4 U- U+ -UCC
(b)
集成运算放大器的管脚和符号 (a) 符号; (b)引脚
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9.1.3 集成运放的特性
1. 主要参数 1. 最大输出电压 UOM 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。
第9章 集成运算放大器
9.1 集成运算放大器概述 9.2 放大电路中的负反馈 9.3 运算放大器在信号运算方面的应用 9.4 运算放大器在信号处理方面的应用 9.5 运算放大器在信号产生方面的应用
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第9章 集成运算放大器
本章要求
1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义； 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想
即 u+= u– ,称“虚短”
电压传输特性
(2) 输入电流约等于 0
uo +Uo(sat)
即 i+= i– 0 ,称“虚断”
线性区
O
u+– u–
Auo越大，运放的 线性范围越小，必
–Uo(sat)
须加负反馈才能使 其工作于线性区。
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理想运放工作在饱和区的特点
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9.2 放大电路中的负反馈
9.2.1 反馈的基本概念
反馈：将放大电路输出端的信号(电压或电流)的 一部分或全部通过某种电路引回到输入端。
RB1 C1+ + ui RB2
–
RC 将+C通输2过出+UR电EC流C
反馈到输入
+
RB C1 +
RE
RL
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9.1.3 集成运放的工作原理
反相 输入端
T3
1
ui+
T1
T2
2
同相 输入端
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IS 输入级
中间级
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+UCC
T4 输出端
T5
3
+uo
输出级 -UEE
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信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数
共模信号的能力越强。
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若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数
输出电压
Ac = 0 uo = Ad （ui1 － ui2 ） = Ad uid
若电路不完全对称，则 Ac 0， 实际输出电压 uo = Ac uic + Ad uid
即共模信号对输出有影响 。
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3. 负反馈放大电路的一般表达式
X i + X d
A
X o
–
X f
F
开环
闭环
放大倍数 反馈放大电路的基本方程 放大倍数
A
X o X d
F
X f X o
X d X i X f
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4. 理想运算放大器及其分析依据
在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理 想的运算放大器。理想化的主要条件：
1) 开环电压放大倍数 2) 开环输入电阻 3) 开环输出电阻 4) 共模抑制比
Auo
rid ro 0
K CMRR
由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，
在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容， 可以使其只对直流起作用。
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+UCC
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+UCC
+
U i
+
U o
–
RE
–
RE直流反馈
+
+
U i
RE
–
U o
–
RE交直流反馈
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(3)根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压 反馈和电流反馈。
电压传输特性
uo +Uo(sat)
饱和区
O
u+– u–
–Uo(sat)
(1) 输出只有两种可能, +Uo(sat) 或–Uo(sat) 当 u+> u– 时， uo = + Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat) 不存在 “虚短”现象
(2) i+= i– 0,仍存在“虚断”现象