第四章 集成运算放大电路-lm2.ppt

(4-1) 第四章 集成运算放大器 (4-2) 集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。 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；   集成运放的简单介绍 (4-3) 集成电路内部结构的特点 1. 电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。 2. 电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。 3. 几十 pF 以下的小电容用PN结的结电容构成、大电容要外接。 4. 二极管一般用三极管的发射结构成。 (4-4) UEE +UCC u+ uo u– 反相 输入端 同相 输入端 原理框图 输入级 中间级 输出级 与uo反相 与uo同相 (4-5) 对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri 尽可能大。 对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。 对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io 。即输出阻抗 ro小。 （1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。 （2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。 （3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。 (4-6) 一、开环电压放大倍数Auo 无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105  107之间。理想运放的Auo为。 二、共模抑制比KCMMR 常用分贝作单位，一般100dB以上。 主要参数 三、差模输入电阻rid 两个输入端之间的动态电阻，愈大愈好。 四、开环输出电阻ro 开环工作时，从输出端向里看进去的等效电阻，愈小愈好。 五、输入失调电压Uio 在输入端加补偿电压，使得输出电压为零。 六、最大输出电压Uo(sat) 在标准电源电压和额定负载电阻下所能输出的、不产生明显失真的最大峰值电压。 (4-7) Auo越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。 例：若UOM=12V，Auo=106，则|ui|12V时，运放处于线性区。 线性放大区 集成运算放大器的电压传输特性 负饱和区 正饱和区 (4-8) 运算放大电路中的负反馈 并联电压负反馈 削弱净输入为负反馈 反馈取自输出电压,为电压反馈 反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式做比较,为并联反馈 电压并联负反馈 (4-9) 串联电压负反馈 削弱净输入为负反馈 反馈取自输出电压,为电压反馈 反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式做比较,为串联反馈 电压串联负反馈 (4-10) 串联电流负反馈 为负反馈 反馈取自输出电流为电流反馈 反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式做比较为串联反馈 电流串联负反馈 (4-11) 并联电流负反馈 为负反馈 反馈取自输出电流,为电流反馈 反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式做比较,为并联反馈 电流并联负反馈 (4-12) ri 大: 几十k  几百 k 运放的特点 KCMRR 很大 ro 小：几十  几百 A uo很大: 104  107 运放符号： 理想运算放大器及其分析依据 (4-13) 由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放。 放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。 运放工作在线性区的特点 (4-14) 理想运放的符号 (4-15) 运算放大器在信号运算方面的应用 (4-16) 比例运算电路 作用：将信号按比例放大。 类型：同相比例放大和反相比例放大。 方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。 (4-17) i1= i2 虚短路 虚开路 1、反相输入 结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。 (4-18) RP =R1 // R2 uo (4-19) 2、同相输入 u-= u+= ui 反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高 虚短路 虚开路 结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。 (4-20) 此电路是电压并联负反馈，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。 3、电压跟随器 结构特点：输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入。电压跟随器是同相比例运算放大器的特例。 (4-21) 加法运算 作用：将若干个输入信号之和按比例放大。 类型：同相求和和反相求和。 方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。 (4-22) 1、反相求和运算