my第16章 集成运算放大器

Auo
rid ro 0
KCMRR
由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，
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。
16.1.4 理想运算放大器及其分析依据
2. 电压传输特性 uo= f (ui)
+Uo(sat) uo
四运放
双极型
按性能指标分 CMOS型
通用型(参看p415)
特殊型(高阻型、高速型、 高精度型、大功率型、 低能耗型等)
集成运放的选择
信号源的性质； 负载的性质； 精度要求； 环境条件；
第16章 集成运算放大器
16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用 16.3 运算放大器在信号处理方面的应用
16.1 集成运算放大器的简单介绍
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。
集成电路 是采用微电子技术将由二极管、晶体管、场效 应管、电阻、电容等器件组成的具有特定功能的电路都集成 在一小块半导体晶片上，封装上外壳，向外引出若干个管脚， 构成一个完整的、具有一定功能的电路。这个电路是一个不 可分割的固体块，所以又称固体组件。
输入级 偏置电路
同相输入 T8
T9 T12
T1
+ T3
T2
–
T4
同相输入 C
R5
中间级
T13
R7 T18
R8
输出级

+UCC
T14
输出
T15 R9 uo
T7
T5
T6 T10
T16 T17
T11 T19
R10
T20ห้องสมุดไป่ตู้
R1
R3 R2 R4
R12
R11
集成运放 741的电路原理图
-UEE
模信号的能力，引入共模抑制比。
共模抑制比
差模放大倍数
K CMRR

Ad Ac
K CMR

20lg
Ad Ac
(dB )
共模放大倍数
KCMR越大, 说明差分放大电 路分辨差模信号的能力越强，
而抑制共模信号的能力越强。
对于双端输出差分放大电路，若电路完全对称, 理想情况下共模放大倍数
输出电压
Ac = 0，KCMRR
u– u+
i– – i+
+

∞ +
uo
电压传输特性
uo +Uo(sat)
因为 uo = Auo(u+– u– ) 由Auo 得出：(1) 差模输入电 压约等于 0，即 u+= u– ,称“虚 短” 由rid 得出：(2) 输入电流约 等于 0，即 i+= i– 0 ,称“虚断”
线性区
O
集成运算放大器：是一种电压放大倍数高、输入电阻大、 输出电阻小、共模抑制比高、抗干扰能力强、可靠性高、体 积小、耗电少的通用电子器件。
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
16.1.2 电路的简单说明
两个输 入端
输入级 中间级 输出级
Uo
偏置 电路
u+– u–
Auo越大，运放的线性 范围越小，理想运放的
线性区几乎没有，必须
–Uo(sat)
理想运放工作在线
加负反馈才能使其工作 于线性区。
性和饱和时！
集成运放的种类
种类：
双电源供电 按供电方式分
单电源供电
正、负电源对称型 正、负电源不对称型
单运放
按集成度（即一个芯片上运放个数）分 双运放
按制造工艺分
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 。
16.1.4 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
运算放大器方框图 输入级：前置级，多采用差分放大电路，要求输入电阻高，
能减小零点漂移和抑制干扰信号，Ad大，Ac小，输入端耐压高。 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: 由恒流源等电路组成，用来设置合适静态工作 点。
3. 差模输入电阻 rid 4. 输出电阻 rO
输入失调电压 UIO 输入失调电流 IIO
愈 小 愈
5. 共模抑制比KCMRR 输入偏置电流 IIB 好
6. 共模输入电压范围 UICM 差模输入电压范围 UIDM
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。
15.7.3 共模抑制比 为全面衡量差分放大电路放大差模信号和抑制共
Uo = Auo(U+ U-) 运放输入输出关系
Auo：开环电压放大倍数；
运算放大器输入、输出关系（电 压传输特性） Uo = f(U+ - U-)
Uo = Auo(U+ - U-); Auo开环电压放大倍数；
线性区
非线性区
（饱和）
Uo
+Uom
U+-U-的数值大于一定值 时，集成运放的输出为 +Uom或-Uom，即集成 Ui =U+-U- 运放工作在非线性区。


理想特性
线性区
u–
u+– u– u+
–+
uo
+
O
实际特性
饱和区
理想运算放大器图形符号
–Uo(sat)
线性区： uo = Auo(u+– u–)
非线性区：
u+> u– 时， uo = +Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat)
只适用于理想运放
3. 理想运放工作在线性区的特点 闭环线性应用时！
-Uom
16.1.3 主要参数
1. 最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。
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。
一般为104 ~ 107，20lg| Auo | = 80 ~ 140 dB

信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数
输入端
u–
Auo
–
uo
+
+UCC输出 调零电位器 87 6 5
u+
同相 输入端
+ –UEE
输出端
F007 12 3 4
调零电位器 U- U+ -UCC
(a)
(b)
集成运算放大器的管脚和符号
(a) 符号; (b)引脚
集成运算放大器的等效
可等效为一个双端输入、单端输出的差分 放大电路；