第9章 理想运算放大器的分析与应用

输出
输入 电压比较器
二、理想运放模型
1. 理想运放的性能
1) 开环电压增益Aud=∞; 2) 输入电阻Rid=∞; 3)输出电阻Ro=0; 4)频带宽度F=∞;
5)共模抑制比CMRR=∞;
6)失调、漂移和内部噪声为零。
主要条件
条件较难满足， 可采用专用运放 来近似满足。
二、理想运放模型（续）
2.理想运放模型
用电路等。 5）测试系统专用集成电路，ATE电路、信号变换和处理电路等。 6）仪器专用电路等。
9.1 集成运算放大器的组成及基本特性
一、 概述(续）
按照电路的功能进行分类 1）运算放大器 2）模拟乘法器（除法器） 3）对数放大器 4）函数发生器 5）滤波器 6）压控振荡器 7）集成功率放大器 8）集成 稳压电源
中间
低阻
输入级 放大级 输出级
恒流源 偏置
运放组成
2.中间放大级：提供高的电压增益，以保证运放的运算精度 。多为差动电路和带有源负载的高增益放大器。
3.低阻输出级：由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组 成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅 功率放大器。
பைடு நூலகம்
4.恒流源偏置：可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电 流，以稳定工作点。
小结
9.1 集成运算放的组成及基本特性
一、 概述 二、集成电路的基本结构 三、 模拟集成运放的典型电路
9.1 集成运算放大器的组成及基本特性
一、 概述
1. 模拟集成电路分类 按照应用领域进行分类：
1）通用集成电路 2）模拟信号处理电路 3）控制系统专用集成电路，如电机控制电路、可控硅控制电路等. 4）通信系统专用集成电路，如电话电路、无线通信电路、交换专
第9章 集成运算放大器的分析及应用
问题： 1.集成运算放大器的由来？ 2.如何判断电路是否是运算电路？有哪
些基本运算电路？怎样分析运算电路 的运算关系？ 3.如何分析集成运算放大器？ 4.集成运算放大器有哪些应用？
第9章 集成运放的分析及应用
9.1 集成运算放的组成及基本特性 9.2 运放的线性应用及理想运放模型 9.3 基本运算电路 9.4 电压比较器 9.5 波形发生器(略) 9.6 集成运放的其他应用电路（略）
I-
U-
-
U+
+
I+
Uo
+
AUd(U+-U-) -
1） 同相端与反相端呈开路状态。
2）输出回路为一受控电压源AUd(U+-U-) ， 由于输出电阻ro=0,所以Uo=AUd(U+-U-)。
集成运算放大器的线性应用
1、集成运算放大器的转移特性: 正饱和
uo
u-
∞
uo u+
线性工作范围 u- - u+
U+
差放
U- 输入级
中间 放大级
恒流源 偏置
运放组成
低阻 Uo 输出级
运放旧符号
运放国标符号
1.输入级:高性能的差动放大电 路。运放有两个输入端，一个 U称为同相输入端，即输出与该 U+ 端输入信号相位相同，用符号
U＋ 表示；另一个称为反相输 入端，即输出与该端输入信号
相位相反，用符号U－表示。
差放
模拟集成运放芯片
9.1.2 集成运算放大器的主要参数
集成运放的性能指标-主要参数如下：
1电源电压 2开环差模电压增益AUd 3共模抑制比KCMR 4差模输入电阻rid 5输入失调电压Uos 6输入失调电压的温漂dUos/dT 7输入失调电流Ios
8输入失调电流的温漂dIos/dT 9输入偏置电流IB 10最大共摸输入电压Uic,max 11最大差模输入电压Uid,max 12-3dB带宽 13单位增益带宽BWG----fT 14转换速率SR(摆率) |duo/dt|max
•集成运放F007的电路原理
T8 T9
+
T1
T2
Ui
_ T3
T4
T7
T5
T6
T12
T13
R5 39k
C
30pF
R7 4.5k
R8 7.5k
T10
T11
T16 T17
T15 D1
T14 R9 25
R10
D2
50
T18 T19
+UCC Uo
R1 R2
R3
1k 50k 1k
RW 外接调零电位器
输入级
R4 3k
•运放的输0 出幅度有限（比
•输入十差几模毫电伏压）的，线所性以工常作将范特围性很理小想（化一•运般电放仅源的般低开>环21V0电0负左0压0饱右;增和）益; 一
2、运放线性工作的保障:
•两输入端的电压必须非常接近，才能保障运放工作在
线性范围内，否则，运放将进入饱和状态。
•运放应用电路中，负反馈是判断是否线性应用的主要
……
按照集成电路分类
通用型 集成电路
专用型
二 集成电路的基本结构
1． 集成电路的基本结构
输入模块
功能模块
输出模块
电源模块
控制/补偿 模块
图 6—1 集成电路的基本组成结构
保护模块
二 集成电路的基本结构(续）
2． 模拟集成电路组成
输入级
中间级
输出级
偏置 电路
三、 模拟集成运放的典型电路
组成：运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造的 高增益放大器，它的组成框图如图所示。
偏置电路
中间级
F007 的电路原理图
-UCC 输出级
2．单极型集成运放
+UDD
T1
T2
T7
UI T3
R
T5
T4
C
T6
UO T8
-USS
C14573 的电路原理图
第一级是以P沟道管T3和T4为放大管、以N沟道管T5和T6管构成的 电流源为有源负载。 第二级是共源放大电路，以N沟道管T8为放大管，漏极带有源负载。
电路标志。
IU-
-
3. 线性运用状态时主要特征 U+ I+ +
+
Uo
- AUd(U+-U-)
Rid≈∞
1. 理想运放的同相和反相输入端电流近似为零 I+=I-≈0 ，称虚断。
2. 理想运放的同相和反相输入端电位近似相等 U+=U- ，称虚短。
9.1.3 线性应用及理想运放模型
一、 线性应用和非线性应用 二、理想运放模型
9.1.3 线性应用及理想运放模型
运放模型分类
按精度分类
理想模型 非理想模型 运放宏模型
按功能分类
直流模型 交流小信号模型 大信号模型 噪声模型
9.1.3 线性应用及理想运放模型（续）
运放分析特点：芯片内部分析复杂、外部特征特征分析简单。
运放分析内容
传输特性(输入与输出信号关系特性)
频域特性 时域特性 温度特性 噪声特性
主要分析 内容
……
一、 线性应用和非线性应用
1. 线性应用：运放输入输出 成线性关系的应用。闭环应 用，如“运算电路”、“有 源滤波电路”等。
输出
输入 电压放大器
2. 非线性应用：运放输入输 出成非线性关系的应用。开 环应用，如比较器。