5.2集成运放组成及主要参数

标“+”同相输入端 与输出信号Uo 输入信号U-与输出信号
的相位相同
(2).集成运放电路国内习惯符号与外形
集成运放电路符号也 常用国内应用标准
集成运放外观有的是扁平双 列直插式,有的是圆壳封装 图为国产F007,(µ741)
5.2.2．集成运放的主要参数 ．
（1）输入失调电压 io ）输入失调电压U Uio的定义 的定义: 实际运放u 实际运放 i=0,则u0≠0.为了使 则 为了使 u0=0, 在输入端需要加补偿电压 iO才能使 0=0, 在输入端需要加补偿电压 才能使u 补偿电压U 这个补偿电压就称为输入失调电压 输入失调电压U 愈小, 这个补偿电压就称为输入失调电压 iO。UIO愈小 表明电路匹配愈好。 表明电路匹配愈好。 理想运放:输入 理想运放 输入
2).运放线性区差模输入电流同相I+与反相 －相等 运放线性区差模输入电流同相 与反相I 运放线性区差模输入电流同相
Iid= I
+
≈ I –=0
I－
rid ≈∞ 称输入端 虚断” “虚断”。
I+
(无电流 无电流) ∵ 理想运放 rid→∞ ∴I + ≈ I –=0 (无电流) Iid = I + - I又 ∵ ∴I + ≈ I – 结论:该式说明运放线性区同相端 与反相端I-电流相 该式说明运放线性区同相端I+与反相端 结论 该式说明运放线性区同相端 与反相端 电流相 差模输入I 则可看成是输入端断路 则可看成是输入端断路,不是真正 等, 差模输入 id ≈0,则可看成是输入端断路 不是真正 断路，所以称为虚假断路,简称 虚断” 称为虚假断路 简称“ 断路，所以称为虚假断路 简称“虚断”。 集成运放在线性工作区将应用用“虚短” 虚断” 集成运放在线性工作区将应用用“虚短”和“虚断” 理论,形成工作在线性区的集成运放实电路如比例求和等 理论 形成工作在线性区的集成运放实电路如比例求和等
5.2.4 集成运放应用简介
1.内部结构电路 1.内部结构电路 国产集成运放F007 国产集成运放F007是一类应用比较广泛的通用型集 F007是一类应用比较广泛的通用型集
成运放(国际同类µ741)。 成运放(国际同类µ741)。
VT8 VT9 VT12
7
VT13 VT14 R7
3
VT1 VT3
VT2
输出端没有外接电阻 输出端没有外接电阻 没有外接 到输入端的集成运放 器称为开环电路 若有 器称为开环电路,若有 外接电阻 闭环电路. 外接电阻为闭环电路
5.2.3
集成运放的应用基础 集成运放的应用基础
一、集成运放的特点 集成运放的特点
1.集成运放的电压传输特性 集成运放的电压传输特性
差模输 入Uid 差模输 出Uod
Uid与Uod 之间是线 性放大关 系,为线性 为线性 工作区. 工作区 Uid与Uod之间 变化非线性,为 变化非线性 为 非线性工作区
定义： 定义：差模输入 与输出U Uid与输出 od之 间变化绘成曲线, 间变化绘成曲线 可表达U0d与Uid 可表达 之间的变化特性, 之间的变化特性 称为集成运放的 电压传输特性曲 线.
。 集成运放在 计算机应用 系统及自动 控制系统中 控制系统中 有着广泛的 应用
能将电信号进行数学运算的并能放大信号的 放大器为运算放大器，简称运放。将运放作成 集成电路就称为集成运算放大器.
5.2、集成运算放大器的组成和电路符号
1. 集成运放的基本组成部分
由差动放大电路， 由差动放大电路， 克服零点漂移 零点漂移. 克服零点漂移. 提供负载所 需功率及效 率
理想运放输出电阻 rOd=⊿U0d/⊿IOd→0 ⊿ ⊿
KCMR→∞
(2). 线性工作区的特点 线性工作区的特点
U+≈U–
I－
Uid = ≈0 称输入端 虚短” “虚短”。
I+
1).运放线性区差模输入电压同相U 与反相U 1).运放线性区差模输入电压同相U+与反相U－等电位 运放线性区差模输入电压同相 Uid=U0d/A0d, ∵ A0d→∞ ∴Uid = ≈0 Uid = U + (- U- ) ∵ ∴U + ≈ U – 同相端U 与反相端U 结论:该式说明线性工作区同相端 +与反相端 －等电 差模输入U 则可看成是输入端短路 则可看成是输入端短路,不是真正短 位, 差模输入 id ≈0,则可看成是输入端短路 不是真正短 所以称为虚假短路,简称 虚短” 称为虚假短路 简称“ 路，所以称为虚假短路 简称“虚短”。
KCMR=Aud/Auc
Ui输入电压 含有用差模 Uid和干扰无 用Uic
放大后输出电压 UO含有用差模 UOd和干扰无用 共模U 共模 Oc
差模U 差模U 差模 od与差模 id 为差模电压放大倍 共模U 数Aud,共模 Oc与共 共模 模Uic为共模电压放 KCMR值愈大愈好 理想值为无穷大。 大倍数 uc 值愈大愈好,理想值为无穷大 理想值为无穷大。 大倍数A
2.集成运放的线性应用特点 集成运放的线性应用特点 集成运放的
(1). 线性工作区的技术参数 线性工作区的技术参数
线性区运放可视为理想运算放 线性区运放可视为理想运算放 大器即U 大器即 i=Uid,则Uo=U0d 则
I－
理想运算放大器, 理想运算放大器 放大倍数为 AOd →∞
I+
理想运放输入电阻 rid=⊿UId/⊿Iid→∞ ⊿ ⊿
输入级
中间级
输出级
提供足够大 的电压放大 倍数
偏置电路
集成运放的基本组成 向各放大级提供 合适的偏置电流 和工作电压
2、 集成运放的符号
由于集成运放的输入级通常由差分放大电路组成， 由于集成运放的输入级通常由差分放大电路组成， 因此一般具有两个输入端和一个输出端。下图是国内 因此一般具有两个输入端和一个输出端。 常用习惯符号
5.2 集成运算放大器的组成和主要参数 集成运算放大器的组成和主要参数
本节要点: 本节要点 1.集成运算放大器概念及组成原理 集成运算放大器概念及组成原理 2.集成运算放大器应用中的主要参数指标 集成运算放大器应用中的主要参数指标
将三极管、二极管和电阻连接线等电子元件组 成的放大电路封装在一块0.5mm2的硅片上， 用 塑料或金属封装就组成集成电路,体积小，工作 可靠，价廉物美.
Ui0加入到 输入端， 输入端， 使ui=0时 时 uO=0
ui=0, 输出u0=0, 输出u 无零点漂移 .
一般运放U 的值为1~10 mV，高质量的在1 mV以下 一般运放UIO的值为1~10 mV，高质量的在1 mV以下。 以下。
（2） 输入偏置电流 iB与输入失调电流 io ） 输入偏置电流I 与输入失调电流I
(6） 最大输出电压 0M ） 最大输出电压U
输出开路时集成运放能输出的最大输出电压峰值。 输出开路时集成运放能输出的最大输出电压峰值。
（7） 最大输出电流 0M ） 最大输出电流I
集成运放在不失真条件下的最大输出电流。 集成运放在不失真条件下的最大输出电流。
(8) .
理想集成运放的性能指标是： 理想集成运放的性能指标是： 开环电压放大倍数A 开环电压放大倍数 0d→∞ 输入电阻r 输出电阻r 输入电阻 id→∞,输出电阻 0d→0 输出电阻 KCMR→∞,此外没有失调、失调温漂等 此外没有失调、 此外没有失调 失调温漂等. 理想运放并不存在,但实际运放各项指标都接近 理想运放并不存在 但实际运放各项指标都接近 理想值,因此分析时可视为理想运放 因此分析时可视为理想运放。 理想值 因此分析时可视为理想运放。
差模输入 Uid
输出端没有外接 电阻到输入端的 集成运放器称为 开环电路, 开环电路 差模输出 Uod
A0d越大 运算精度越高 理想值为无穷大。 越大,运算精度越高 理想值为无穷大。 运算精度越高,理想值为无穷大
（5） 共模抑制比 CMR ） 共模抑制比K 集成运放差模电压放大倍数Aud与共模电压放 的比值称共模抑制比。 大倍数Auc的比值称共模抑制比。 KCMR表示集 成运放对共模信号的抑制能力
反相输入端 输入信号与输出信 号的相位相反 输出端 UU+ 同相输入端 输入信号与输出信 号的相位相同
+
A
Uo
下图集成运放电路国际标准符号 下图集成运放电路国际标准符号
标“-”为反相输入 为
端 输入信号U-与输出信 号Uo的相位相反 的相位相反
表示信号 传输方向,∞表 示理想运放。 (即ui=0,则 uo=0)
课堂练习与作业 1. 请画出集成运放的电压传输特性曲线图，在图 请画出集成运放的电压传输特性曲线图， 中标出发线性工作区和非线性工作区， 中标出发线性工作区和非线性工作区，并说明线 性工作区有哪些特点？ 性工作区有哪些特点？ 2. 理想运放主要技术指标有哪几项？请应用理想 理想运放主要技术指标有哪几项？ 运放的特点说明集成运放线性工作区的“虚短” 运放的特点说明集成运放线性工作区的“虚短” 虚断”的概念。 和“虚断”的概念。
IB1和IB2流入 两个输入端 电流. 电流 IB1
IB2
Iio定义:理想集成运放 B1=IB2. 定义 理想集成运放:I 理想集成运放
ui=0 则uo=0. 实际集成运放： 实际集成运放： 当u0=0, 而IB1≠IB2. 令Ii0=IB1-IB2 反映集成运放输入级电流不对称程度,定义为 定义为输入失调电 反映集成运放输入级电流不对称程度 定义为输入失调电 值愈小愈好。 流Iio值愈小愈好。
1 2 3 4
引脚
V＋
调零端 反相输入端 同相输入端
8
2 －
空
Biblioteka Baidu
A
3
＋
7 V＋ 6 5
输出端
5
7 6 4
1 V－
调零端
V－
连接示意图
• 3．主要参数性能指标 ．
• 各类集成运放电参数都有手册可查 有些性能指标大同 各类集成运放电参数都有手册可查,有些性能指标大同 小异,应用时 主要查以下性能指标,这里以 应用时,主要查以下性能指标 这里以F007为例说明： 为例说明： 小异 应用时 主要查以下性能指标 这里以 为例说明 • ①. 输入失调电压为 输入失调电压为0.5mv • ②. 差模开环增益 差模开环增益106 • ③. 共模抑制比 共模抑制比90 • ④. 差模输入电阻 差模输入电阻2M • ⑤. 最大输出电压 最大输出电压14v • ⑥. 电源电压±15v 电源电压± • ⑦. 输入共模电压范围±13v 输入共模电压范围± • 应用时,根据设计和分析电路需要从手册查阅相关参数 应用时 根据设计和分析电路需要从手册查阅相关参数
2
R5
C1
30pF
4.5k
VT15 VT19 R9
25
R8
7.5k
VT4 VT7
39k
R10 VT16 VT18 VT11 R12
50k 50
6
1
VT5 R1
1k
VT17 R11
50
VT20
50k
VT6 5 VT10 R2 R4 R3
1k 5k
4
图 5-10
2. F007外特性 外特性 引脚和连接方法
输入电阻r 与输出电阻r （3）差模 输入电阻 id与输出电阻 0d ）
rid的定义是rid = 的定义是r
∆ UId ∆ IId
差模输入电 愈大愈好. 阻, 愈大愈好 理想运放： 理想运放： rid= ∞
rid两输入端
⊿ i
I
rOd 是输出级 的开环差模 输出电阻,愈 输出电阻 愈 小带负载能 力愈强. 力愈强 理想运放 rod=0 .
d
rid 一般在 一般在20k ~2M 之间 理想运放可看为 之间, 理想运放可看为∞; rOd 一般在 一般在0.5 ~10 之间 理想运放可看为 之间, 理想运放可看为0;
（4） 开环电压放大倍数 0d ） 开环电压放大倍数A A0d指运放在开环电路时测出的差模电压放大
倍数。 倍数。
A0d =U0d/Uid