第二章 运算放大器综述

输入级 中间级 输出级 集成运放的基本结构
2.1 集成电路运算放大器
1. 集成电路运算放大器的内部组成单元
图2.1.1 集成运算放大器的内部结构框图
•一般采用三级以上多级放大器 •由正负两个电源供电 •两个输入端P、N，一个输出端O，以正、负电源中间点作 为参考电位点。
输入级
组成：差分式放大电路（第六章）
工作在线性区则 （vP－vN）0
4. 输入电阻ri的阻值很高 ∞ 使 iP≈ 0、iN≈ 0 5. 输出电阻很小， ro ≈ 0
理想：输入端开路ri≈∞ 输出端电阻ro≈0 开环增益Avo→∞ 输出电压vO＝Avo(vN－vP)
2.3 基本线性运放电路
2.3.1 同相放大电路
2.3.2 反相放大电路
通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器 件、电容和电阻等无源器件，按照一定的电路互连，“集成” 在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳 内，执行特定电路或系统功能。
集成电路的优点：
工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。
集成电路的分类：
模拟集成电路、数字集成电路； 小、中、大、超大规模集成电路；
vO＝Avo(vP－vN)
（ V－＜ vO ＜V＋ ）
注意输入输出的相位关系
2. 运算放大器的电路模型
vO＝Avo(vP－vN) （ V－＜ vO ＜V＋ ）正负饱和极限值
当Avo(vP－vN) ≥V＋ 时 vO＝ +Vom =V＋ 当Avo(vP－vN) ≤ V-时 vO＝-Vom= V当V-< Avo(vP－vN) <V+时
•同相输入端P：当P端加入电压信号 vP(vN=0)时，输出O端的电压vo与vp相位相 同。 •反相输入端N：当N端加入电压信号 vN(vP=0)时，输出O端的电压vo与vN相位 相反。
输入：vN、vP
输出：vo1=Av1(vP-vN)
其中：Av1是输入级电压增益
对输入级的要求： 输入阻抗 Ri 尽可能大。(为什么？)
输入级 中间级 输出级
偏置电路
偏置电路可提供稳定的偏置电流，以 输出级主要提高带负载能力，给出 中间级应有足够大的电压放大倍数 尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri尽可能大 足够的输出电流 稳定各部分的工作点。 i ，输出阻抗 r 小。
o o
电路的简单说明
输入级 中间级 偏置 电路 输出级
表示信号从左（输入端）向右（输出端）传输的方向
2. 运Fra Baidu bibliotek放大器的电路模型
包含：输入端口、输出 端口和供电电源 开环电压增益 Avo的≥105 （很高） 输入端口：输入电阻 ri ≥ 106Ω （很大） 输出端口：输出电阻ro与 受控电压源Avo(vP-vN)串联 ro ≤100Ω （很小）
图2.1.3 运算放大器的电路模型
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，一般由互补功率放大电路或射极输出器构成。 偏置电路: 一般由各种恒流源等电路组成。
2.3.1 同相放大电路
1. 基本电路 输入vi：同相输入端P
输出vo经反馈元件R1、R2分压，得到 vn=vf=R1vo/(R1+R2)作用于反相输入端 “-”
图2.1.1 集成运算放大器的内部结构框图
•运放的输出电压vo=Avo(vP-vN)
•Avo=Av1Av2 运放的开环电压增益——运放由输出端到输入 端无外接反馈元件时的电压增益。
2.1 集成电路运算放大器
运算放大器的引线 运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一 个输出端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变 化的极性与输出端相同，用符号‘+’表示；另一个称 图2.1.2 运算放大器的代表符号 为反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端 （a）国家标准规定的符号 （b）国内外常用符号 相反，用符号“-”表示。输出端在输入端的另一侧。
vO＝Avo(vP－vN)
2. 运算放大器的电路模型
电压传输特性 vO＝ f (vP－vN)
线性区： ab 几乎垂直，斜率Avo 很大 线性范围内： vO＝Avo(vP－vN) 非线性区：上下两条水平线，正 负饱和极限值 又称限幅区 Avo值很高—>性能不稳定—>解决 办法？ 引入负反馈 （后面会讨 论） 书P85例2.1.1 关于运放电压传输特性 自己看
2.1 集成电路运算放大器
2.2 理想运算放大器
2.3 基本线性运放电路
2.4 同相输入和反相输入放大电 路的其他应用
1. 掌握基本运算电路的构成及其
信号运算关系； 2. 掌握运算放大器线性应用与非
线性应用的特点。
2.1 集成电路运算放大器
集成电路：
Integrated Circuit，缩写IC
中间级
组成：由一级或多级电压放大电路 作用：提高电压增益
前一级的输出vo1在该级进行电压放大，输出电压 vo2=Av1Av2(vP-vN), 其中Av2为中间级的电压放大倍数。
对中间级的要求?
足够大的电压放大倍数。
输出级
组成：功率放大电路 作用：为负载提供一定的功率。
输出级无电压放大功能，电压增益Av3=1 能利用输入电压vo2的控制作用，给外接低阻值负载提供 一定的功率。 主要提高带负载能力，给出足够的 对输出级的要求? 输出电流io，即输出阻抗ro小。
2.2 理想运算放大器
1. vO的饱和极限值等于运放的电源 电压V＋和V－
2. 运放的开环电压增益很高，很小的差 分输入电压就可驱使运放进入饱和区 若（vP－vN）＞0 则 vO= +Vom=V＋ 若（vP－vN）＜0
则 vO= –Vom=V－ 3. 若V－< vO <V＋
图2.2.1 理想运放的电路模型

集成运算放大器
是一种电子器件，采用一定制造工艺将大量半导 体三极管、电阻、电容等元件及它们之间的连线 制作在同一小块单晶硅的芯片上，并具有一定功 能的电子电路。 完成信号的运算、处理、变换、测量和信号产生 电路。 求差（减法）、求和（加法）、积分、微分
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： 电路方框图