《电工电子技术基础》第8章 集成运算放大器

KCMRR
20 lg
AUd AUc
（dB）
运算放大器的其它参数还有：输入偏置电流IB、输入失 调电压温漂、输入失调电流温漂、最大差模输入电压、最大 共模输入电压、差模输入电阻、单位增益带宽、转换速率、 等效输入噪声电压等。
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第8章 集成运算放大器——集成运算放大器概述
第8章 集成运算放大器
第一节 集成运算放大器概述 第二节 放大电路中的负反馈 第三节 基本运算电路 第四节 正反馈振荡电路
第7章 基本放大电路
思政引例
博观而约取， 厚积而簿发。
——苏轼
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第7章 基本放大电路
思政引例
世界上第一台电子计算机占据167m2的大厅，如今 手提式计算机可以用手提，手掌式计算机放在手心里。 1958年，在美国德州仪器公司工作Jack Killby发明了世 界上第一个集成电路。集成电路有小规模（SSI）、中规 模（MSI）、大规模（LSI）和超大规模（VLSI）。
这也是放大电路的不稳定状态。
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第8章 集成运算放大器——放大电路中的负反馈
二、反馈电路的类型 （1）瞬时极性法判正、负反馈 瞬时极性法应用步骤 1）首先确定电路有无反馈，如果有反馈，找出放大电路和
反馈网络构成的整个信号途径;（注意该途径中必须没有接信号 地的点，否则电路就没有反馈了）
第8章 集成运算放大器
教学目标
1 理解集成运算放大器的电压传输特性，理解集成理想 运算放大的基本分析方法。 2 理解基本运算电路（比例、加减、微分和积分电路） 的工作原理并掌握其分析方法。 3 了解集成运算放大器基本组成及主要参数。 4 了解集成运算放大使用要点及注意问题。 5 理解负反馈基本概念和分类及负反馈类型判别方法。 6 理解负反馈对放大电路性能影响。
由基本放大电路和反馈网络组成的一个闭合路径，称为环， 有反馈的电路又称为闭环电路，无反馈时的电路称为开环电路。
X o AX id X f FX o Xid X i X f
AF
Xo Xi
A 1 AF
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第8章 集成运算放大器——放大电路中的负反馈
AF
Xo Xi
A 1 AF
该反馈过程的变化路线图
u1 uo u2 uo2
u1
该电路是负反馈
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第8章 集成运算放大器——放大电路中的负反馈
[例题] 判断图示两级晶体管反馈放大电路的反馈正负。
该电路的反馈途径
B1 E1 B2 C（2 T2管集电极） RF B1
该电路是负反馈
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以半导体芯片为代表“核心技术”竞争成为大国科技 竞争制高点。2018年中兴通讯公司被美国制裁事件，引 起了举国上下对半导体技术关注。集成电路华为海思麒 麟980手机芯片，该芯片创造六个世界第一，全球领先， 实现从追赶到超越美国高通公司。海思自主研发了包括 麒麟手机5大类芯片，芯片制造上，中微半导体7nm蚀 刻机已经商用，打破国际巨头垄断，增强学生的民族自 尊心、自信心和自豪感，增强爱国热情。
特征判别，若反馈信号与原输入信号接到放大器的同一输入端进
入放大器则必然是以电流加减的形式进行合成，是并联反馈，反
之是串联反馈。
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第8章 集成运算放大器——放大电路中的负反馈
[例题] 分别判断图示电路的串并联反馈。 if
iI iID
uID
uF
uF
R2 Rf R2
uo
2）设定放大电路输入点信号的瞬时极性; 3）沿输入→放大→输出→反馈→输入的路径，依次确定各 点的瞬时极性，如果为正极性，标上⊕号，为负极性，标 号。
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第8章 集成运算放大器——放大电路中的负反馈
在一般情况下，经过无源器件时极性不改变；经 过运算放大器时，从同相端进入到输出端不改变极性， 反相端输入到输出端要改变极性；经过晶体管时，从 基极进入集电极输出时要改变极性，从基极到发射极 输出不改变极性。
讨论
（1）若 1 AF 1 ，则 AF A ，即是引入反馈后，放大
倍数减小了，这种反馈称为负反馈。
（2）若 1 AF 1 ，则 AF A ，即是引入反馈后，放大倍 数增加了，这种反馈称为正反馈。
（3）若 1 AF 0 ，则 AF ，这就是说，放大电路在没 有输入信号时，也会有输出信号，称作放大电路的自激振荡，
VB不变
电流串联负反馈
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第8章 集成运算放大器——放大电路中的负反馈
三、负反馈对放大电路性能的影响 负反馈使放大电路的增益下降，但能从多方面改善放大电
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第8章 集成运算放大器——集成运算放大器概述
8.1 集成运算放大器概述
集成电路 把整个电路的元器件制作在一块基片上，构成的 特定功能电路。
特 点 体积小、性能好、成本低、易于软硬件结合 工 艺 目前以硅材料器件为主，不能直接制成电感器，
也难以生成大电容和大电阻，而易于生成晶体 管、小电容和一般的电阻。
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第8章 集成运算放大器——集成运算放大器概述
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第8章 集成运算放大器——集成运算放大器概述
一、集成运算放大器的组成 集成运算放大器是模拟集成电路,基本组成部分如图：
（1）输入级采用差分放大电路，对共模信号有很强的抑制能力。 （2）中间级采用有源负载，提供高电压增益，保证运算精度。 （3）输出级采用互补对称功率放大电路，以提高带负载能力。 （4）偏置电路可提供稳定的偏置电流，以稳定各部分的工作点。
uF
Rf
R2 R2
uo
uF
电压反馈
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第8章 集成运算放大器——放大电路中的负反馈
if
uo
ioBaidu Nhomakorabea
if
io
R2 Rf R2
电流反馈
从定义判别电压或电流反馈，常采用负载短路法，即把负 载电阻短路，如果反馈依然存在，则为电流反馈，反之为电压 反馈在。放大器件是运算放大器的情况下，反馈路径中包含负载电 阻或其一部分为电流反馈，反之为电压反馈。
开环差模电压放大倍数AUd(Open Loop Voltage Gain)
运算放大器无外加反馈条件下，输出电压与输入电压差值之比
AUd
uo u u
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第8章 集成运算放大器——集成运算放大器概述
共模抑制比KCMRR(Common Mode Rejection Ratio)
63 MHz
1 MHz
126dB
>6MΩ
0.2μV /°C
140dB
>45M Ω
30nV /°C
1.5pA /°C
50mW
>2000G Ω
5μV /°C
OP290 低功耗
型 50μ V 0.1 nA
20KHZ 100dB
>50MΩ 0.3μV /°C
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第8章 集成运算放大器——集成运算放大器概述
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第8章 集成运算放大器——集成运算放大器概述
理想运算放大器 （1）理想运算放大器的条件 3 个”∞”，1 个”0” 差模电压放大倍数AUd→∞ 差模输入电阻rid→∞ 输出电阻ro→0 共模抑制比KCMRR→∞ 目前的运算放大器产品都可视为理想运算放大器。
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uID uS uF
串联反馈
if
uo Rf
iID iI if
并联反馈
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第8章 集成运算放大器——放大电路中的负反馈
（3）电压反馈和电流反馈 电压反馈 取出的反馈电压是正比于输出电压 电压负反馈可以稳定输出电压 电流反馈 取出的反馈电流是正比于输出电流 电流负反馈可以稳定输出电流
第8章 集成运算放大器——集成运算放大器概述
（2）理想运算放大器的传输特性
实际 特性
uO
UOM+
0
理想 特性
ui
U OM-
（3）理想运算放大器的重要结论
id
虚断 虚短
id 0 u u
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第8章 集成运算放大器——集成运算放大器概述
三、运算放大器的类型
型号
类型
失调电压 失调电流 开环增益 单位增益
第8章 集成运算放大器——集成运算放大器概述
二、集成运算放大器的主要参数及传输特性
输入失调电压UIO(Input Offset Voltage) 表征运算放大器差分输入级电压不对称的程度。输入电压为零
时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。
输入失调电流IIO(Input Offset Current) 表征运算放大器差分输入级输入电流不对称的程度。是两输入 端电流之差。
第8章 集成运算放大器——放大电路中的负反馈
（2）串联反馈和并联反馈 串联反馈 在输入回路以电压相减（或加）得到净输入电压
的反馈。
并联反馈 在同一个输入端以电流相减（或加）得到净输入 电流的反馈。
判别方法 可以从定义出发，根据反馈信号与原输入信号在输入端是以
电压或电流合成的形式进行判别。另外可以直接根据电路的结构
通用型
10m V 0.4 nA 120dB
0.6 MHz
126dB
>200GΩ
0.2μV /°C 8pA /°C
AD9618 高速宽
带 0.5 mV
8000 MHz 48dB
OP37
高速 宽带 10μ V 7 nA
OP177 高精度
4μ V 0.3 nA
AD549
高输入 阻抗
0.25 mV 150pA 120dB
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第8章 集成运算放大器——集成运算放大器概述
分类
按集成度 按导电类型 按信号
小(SSI)、中(MSI)、大(LSI)和超大规模 双极（TTL）、单极（MOS）和混合型 数字、模拟和混合
外形及封装
双列直插DIP 扁平式FP
金属管型T-
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第8章 集成运算放大器——集成运算放大器概述
特别提示 只有当集成运放工作于线性区时，才同时具有“虚 短”和“虚断”的特点。当集成运放工作于非线性区 时，“虚短”不再成立，而只有“虚断”的特点。 分析和计算理想集成运放输出和输入之间运算关系 的一般方法：利用“虚短”和“虚断”的特点，根据 KCL列出输出电压与输入电压之间的关系式。有时借 助于叠加定理进行分析和计算。
带宽 共模抑制比
输入电阻
失调电压 漂移
失调电流 漂移
功率损耗
A741
通用型
1 mV 20 nA 100dB
1 MHz
120dB
>2MΩ
10μV /°C 0.5nA /°C
LM324 通用型 四运放 2 mV 20 nA 100dB
0.1 MHz
120dB
>2MΩ
7μV /°C 0.5nA /°C
OP07
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第8章 集成运算放大器——放大电路中的负反馈
8.2 放大电路中的负反馈
一、反馈的基本概念 反馈 系统的输出量重新回到（或称馈入）输入端的现象。 输出电压信号或电流信号的部分或全部重新进入到 输入回路就是电子电路中的反馈现象。
正反馈 引入反馈后使得原输入信号的效果增强的一类反馈。
反馈组态： 电压串联负反馈、电压并联负反馈 电流串联负反馈、电流并联负反馈
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第8章 集成运算放大器——放大电路中的负反馈
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第8章 集成运算放大器——放大电路中的负反馈
[例题] 判别图示整体反馈的正负。 [解]
该电路的整体反馈途径
u1 A1 R4 A2 R3 u1
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第8章 集成运算放大器——集成运算放大器概述
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第8章 集成运算放大器——集成运算放大器概述
集成运算放大器英文称为operational amplifier，常常 记为OP-AMP。
反相输入端 同相输入端
输出端
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负反馈 引入反馈后使得原输入信号的效果减弱的一类反馈。
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第8章 集成运算放大器——放大电路中的负反馈
反馈放大电路方框图
净输入量
原输入量
输出量
反馈量
表示对信号的处理过程 表示信号的内容和流向
表示信号的求和点
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第8章 集成运算放大器——放大电路中的负反馈
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第8章 集成运算放大器——放大电路中的负反馈
[例题] 分析判别反馈电路的反馈类型。 反馈电阻
反馈电阻
电压串联负反馈
电压并联负反馈
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第8章 集成运算放大器——放大电路中的负反馈
[例题] 分析判别图示分压式偏置电路中的反馈过程。
温度T I（E ICEO ， ） VE UBE IB I（E IC）