第9章 集成运算放大器及其应用

7—负电源端 1、5—接调零电位器
8—闲置端（NC）
反相输入端：由此端接输入信号，则输入输出
信号反相。
同相输入端：由此端接输入信号，则输入输出
信号同相。
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9.1.3 主要参数
为了合理的选用和正确的使用运算放大器，必须了解 集成运算放大器的各主要参数的意义。 1．最大输出电压Uopp
能使输出电压与输入电压保持不失真关系的最 大输出电压。F007的Uopp约为±12～±13V。
(2) 输入电流约等于 0
uo +Uo(sat)
即 i+= i– 0 ,称“虚断”
线性区
O
u+– u–
Auo越大，运放的 线性范围越小，必
–Uo(sat)
须加负反馈才能使 其工作于线性区。
4. 理想运放工作在饱和区的特点
电压传输特性
uo +Uo(sat)
饱和区
O
u+– u–
–Uo(sat)
(1) 输出只有两种可能, +Uo(sat) 或–Uo(sat) 当 u+> u– 时， uo = + Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat) 不存在 “虚短”现象
(2) i+= i– 0,仍存在“虚断”现象
9.2 运算放大器在信号运算方面的运用
集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体器 件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进行比 例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、 乘法和除法等运算。
运算放大器工作在线性区时，通常要引入深度负 反馈。所以，它的输出电压和输入电压的关系基本 决定于反馈电路和输入电路的结构和参数，而与运 算放大器本身的参数关系不大。改变输入电路和反 馈电路的结构形式，就可以实现不同的运算。
5．输入失调电流IIO 输入失调电流是指输入信号为零时，两个输入端静态基 极电流之差，即IIO =︱IB1-IB2︱， IIO一般在零点零几 微安级，其值越小越好。 6．输入偏置电流IIB 输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的平均值， 即IIB =（IB1+IB2）/2 。这个电流也是越小越好，一般在 零点几微安级。 7.最大共模输入电压UICM 集成运放对共模信号具有抑制作用，但这种抑制作用要 在规定的共模输入电压范围内才起作用。
运放各级之间均采用直接耦合的方式。集成电 路中的各个晶体管是通过同一工艺过程制作在同一 硅片上的，温度性能基本保持一致，因此易制成温 度漂移很小的差动放大器。
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9.1.2 电路的简单说明
集成运算放大器由输入级、中间级、输出级和 偏置电路四个部分组成。
输
输入级
中间级
输出级
输
入
出
端
偏置电路
端
输入级：由差放构成。减小零漂和抑制干扰。
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9.1.3 主要参数
8．共模抑制比KCMR F007型晶体管的KCMR约为80dB，目前有的晶体管的 KCMR已高达160dB，KCMR越大，说明集成运算放大器的 共模抑制性能越好
集成运算放大器的其它参数的意义是可以理解的，就不 一一说明了。总之，集成运算放大器具有开环电压放大 倍数高、输入电阻高（约几兆欧）、输出电阻低（约几 百欧）、零点漂移小、体积小、可靠性高等优点，因此 它被广泛地应用于各个技术领域，已成为一种通用器件。
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9.1.4 理想运算放大器及其分析依据 1. 理想运算放大器
+UCC
Auo ， rid ， ro 0 ， KCMR
u–
2. 电压传输特性 uo= f (ui)
u+
–+ +
uo
+Uo(sat) uo
线性区：
–UEE
理想特性
线性区
uo = Auo(u+– u–)
实际特性
O
u+– u– 非线性区：
9.2.1 比例运算
1. 反相输入比例运算
RF —反馈电阻；
虚断 if RF
R2 —平衡电阻，保持两个输入端外 i1 R1 接电阻相等，保证运算放大器工作
-∞
在对称平衡状态。 R2= R1∥RF
第9章 集成运算放大器及其应用
分立电路：由各种单个元件联接起来的电子电路 集成电路：把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同 时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的整体。 优点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格便宜 分类：集 成 度——SSI（小规模)、MSI、LSI、VLSI
导电类型——双极型、单极型、兼容型 功 能——数字、模拟、混合
模拟 集成运算放大器 集成 集成功率放大器 电路 集成稳压电源
集成数模转换电路 ‹#›
9.1 简介
9.1.1 集成运算放大器的特点
在制造工艺上，集成运放很难制造电感、电容 大电阻元件，需要时一般都采取外接的方法。
由于制造晶体管最容易，一般采用晶体管恒流 源代替电阻；把晶体管的三极适当组配作二极管用。
饱和区
u+> u– 时， uo = +Uo(sat)
–Uo(sat)
u+< u– 时， uo = – Uo(sat)
3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– –
i+ +
∞ +
因为 uo = Auo(u+– u– ,称“虚短”
电压传输特性
2．开环电压放大倍数AUO 在没有外接反馈电路时所测出的差模电压放大倍数。 AUO越高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高， 一般约为104 ～ 107。
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9.1.3 主要参数
3．开环（差模）输入电阻rid 运算放大器开环时，从两输入端看进去的等效动态电阻 称为开环输入电阻。rid越大说明集成运算放大器由差模 信号源输入的电流就越小，F007的rid约为1~2MΩ。 4．输入失调电压UIO
中间级：共射放大电路。用于电压放大。
输出级：互补对称电路。
降低输出电阻，提高带载能力。
偏置电路：由恒流源电路构成。
确定运放各级的静态工作点。
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9.1.2 电路的简单说明 运放举例：F007
78
2 ∞6
F007
3
4
15
876 5
F007
1234
2—反相输入端 3—同相输入端 6—输出端 4—正电源端
理想的运算放大器，当输入电压为零时，即ui1=ui2=0， 输出电压uo=0。但在实际的运算放大器中，由于制造中
也很难做到参数完全对称，因此当输入电压为零时， uo≠0 。反过来说，如果要，必须在输入端加一个很小的 补偿电压，它就是输入失调电压。 UIO一般为几毫伏， 显然它越小越好。
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9.1.3 主要参数