集成运算放大器的六个特性
第11章 集成运算放大器及其应用
上式表明，差动放大电路的差模电压放大倍数和 单管放大电路的电压放大倍数相同。多用一个放大管 后，虽然电压放大倍数没有增加，但是换来了对零漂 的抑制。这正是差动放大电路的优点。
差动放大电路对共模输入信号的放大倍数叫做共 模电压放大倍数，用Auc表示，可以推出，当输入共 模信号时，Auc为
Au c u o u C1 u C 2 0 0 ui c ui1 ui1
由于集成运放的电压放大倍数Ao d和输入电阻Ri d 都非常大（理想情况下，两者约等于∞），于是可以 推得 u u
i i 0
注意：“虚短”和“虚断”是理想运放工作在线 性区时的两个重要特点。这两个特点常常作为今后分 析运放应用电路的出发点，因此必须牢固掌握。
（2）集成运放工作在非线性区的特性 如果运放的工作信号超出了线性放大范围，则输 出电压与输入电压不再满足式（11-1），即uo不再随 差模输入电压（u+ - u -）线性增长，uo将达到饱和。 此时集成运放的输出电压uo只有两种取值：或等于运 放的正向最大输出电压+UOM，或等于其负向最大输 出电压-UOM，具体为 当u + ＞u - 时，uo = +UOM 当u + ＜u - 时，uo = -UOM 另外，因为集成运放的输入电阻Ri d很大，故在 非线性区仍满足输入电流等于零，即式（11-3）对非 线性工作区仍然成立。
有时，为了简化起见，常常不把恒流源式差动放 大电路中恒流管T3的具体电路画出，而采用一个简化 的恒流源符号来表示，如图11-7所示。
二、输出级——功率放大电路 集成运放的输出级是向负载提供一定的功率，属 于功率放大，一般采用互补对称的功率放大电路。 1. 功率放大电路的特点 （1）因为信号的幅度放大在前置电路中已经完成， 所以功率放大电路对电压放大倍数并无要求。由于射 极输出器的输出电流较大，能使负载获得较大输出功 率，并且它的输出电阻小，带负载能力强，因此通常 采用射极输出器作为基本的功率放大电路。不过单个 的射极输出器对信号正负半周的跟随能力不同，在实 用的功率放大电路中大多采用双管的互补对称电路形 式。
集成运算放大器的特性及应用
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集成运放作为通用性很强 的有源器件 ， 可用来
⑤
一
④ 【 ， ２⑨ Nhomakorabea图 ７ 电 压 传 输 特 性
实现信号的运算 、 交换 、 处理、 产生等 ， 还可用于产生 正弦或非正弦信号 ， 不仅在模拟 电路 中得到广泛 的 应用 ， 而且在脉冲数字 电路中也 日益得到广泛 的应 用 ， 为组 成 电子 系统 的基 本 功 能 单元 。随着 科 技 成
放大 电路 的频率特性由电阻 Ｒ和电容 Ｃ决定 ， 起 负反馈的作用 。
ｊ
—
｜ “ｕ ｉ ＋ — 【 ｎ ，
Ｃ ’＿
Ｕｏ Ｍ
图 ３ 电压 传 输 特性
此 时分析 电路 时应遵 循两 个法 则 Ｈ ： ］
①“ 虚短” 法则 ：由于理想运放开 环差模增益
Ａ ∞ ， 以有 ： 所
摘
要 ：集成运算放大器是放 大电路 中非常重要 的元 器件 ，可靠性 高，使用方便 ，随着技 术指
标的不断提 高，它可当作理想器件来处理．不会造成不 可允许的误 差。在 学习时应熟练掌握 它 的线性与非线性特性以及其在信号的运算、处理和电路 的比较分析等方面的相关应用。
关 键词 ：集 成运放 ；线性非 线性 特性 ；应 用
图 １ 集 成 运 放 组 成 框 图
１ 示 。一般 输入 级采 用差 分 放大 电路使 得 输 入 电 所 阻大 、 失调 和零 漂小 ； 中间级采 用 电压放 大倍 数大 的
共射放大电路 ， 输出级为使输出电阻小 、 带负载能力 强， 常采用互补推挽乙类放大电路 ； 偏置 电路为各级 提供稳 定 的 静 态 工 作 电 流 ， 般 采 用 电 流 源 电路 。 一 理想集成运放 的工作区域分为线性和非线性两部分 ， 其参数应满足条件 ： Ｊ①开环差模电压增益 Ａ 一∞， ②差模输入电阻 一 ∞， ③输出电阻 尺 ， 。 ④共模
16集成运算放大器
IIB=(IB1+IB2)/2
输入信号为零时，两个输入端的静态基极电流 的平均值。 愈小愈好。 6. 差模输入电阻rid
rid= Uid /△Ii
7. 共模抑制比
Ad AC
K CMR
K CMR (dB) 20lg
Ad AC
( 分贝 )
KCMR越大，说明差放分辨 差模信号的能力越强，而抑制 共模信号的能力越强。 8. 最大共模输入电压UICM 是指运放输入级正常工作时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（更准确的说，应该是不能正 常放大）。
二、集成电路的分类
大类分： 模拟集成电路 数字集成电路
模拟集成电路： 集成运算放大器， 集成功放， 集成稳压电源， 集成模数A/D转换, 数模D/A转换及各种专用的模拟集成电路。 数字集成电路： 门电路，触发器，计数器，存贮器，微处理器等电路。 而集成运放只是集成电路中的一种，但却是应用最 为广泛的一种。由于最初用于作运算用，所以称为集成 运算放大器，而现在的功能已经远远超过了当时的功能，
从而得到了广泛的应用。
三、集成电路的特点：
1、制造容量大于2000PF的电容元件很困难， 如需大电容必须外接，所以集成运放都采用直接 耦合放大电路。 2、制造太大和太小的电阻不经济，占用硅 面积大。一般R的范围为100Ω ～30KΩ ，大电阻 用恒流源代替。 3、集成工艺是做的元件愈单纯愈好做。 4、元件的精度低，但对称性好，温度特性好。
17.1.4 理想运算放大器及其分析依据 u– 1. 理想运算放大器 2. 电压传输特性 uo= f (ui) u+ 3. 理想运放工作 在线性区的两个特点
– +
电工学II——集成运放电路(10章)
结论：
(1) Auf为负值，即 uo与 ui 极性相反。因为 ui 加在反相输入 端。
(2) Auf 只与外部电阻 R1、RF 有关, 与运算放大器本身参数 无关。 (3) | Auf | 可大于 1，也可等于 1 或小于 1 。
(4) 因u–= u+= 0 ， 所以反相输入端“虚地”。 (5) 输入电阻 ri = R1；输出电阻ro=0.
例：电路如下图所示，已知 R1= 10 k ，RF = 50 k 。
求：1. Auf 、R2 ；
2. 若 R1不变，要求Auf为 – 10，则RF 、 R2 应为 多少？
RF
+ ui – R1 R2 – +
D
解：1. Auf = – RF R1
+
+ uo –
= –50 10 = –5 R2 = R1 RF
uo=(VC1+DVC1)-(VC2+DVC2)=0 注意：单端输出，无法抑制零点漂移
动态分析 1.共模信号 u11=u12 大小相等、极性相同 输出电压恒为零（不具备放 大能力）
u11 + 差分放大原理电路 R2
+UCC
R1 RC + T1 RC uo T2 R1 + R2 u 12 -
2.差模信号
输出端与运放电路 反相输入端的关系
平衡电阻 R2 = R1 // RF
输入电压加在了同相输入端，输出 电压对地为正
输出电压作用到该连接地的电路上， 在R1右端产生电压u-， 构成电压串联负反馈
uo RF Auf =1+ ui R1
uo RF 同相比例运算放大系数 Auf =1+ ui R1
集成运算放大器
A/D转换方法
– 计数法 速度慢 – 双积分式A/D转换器 精度高、干扰小 速度慢 – 逐次逼近式A/D转换器 原理同计数式相似，只是从最高位开始，通过试探值来计数。
例1：ADC0804 （8位,100us,转换精度 ±1LSB,内带可控三态门）。
例2：ADC570 (输入电压：0~10V 或 -5V~+5V）
例3. 8位以上A/D转换器和系统连接。 ADC1210：12位，100us，启动端SC，结束转换CC。
例4. ADC0809: 逐次逼近式8通道8位ADC。
同时有模拟电路和数字电路的系统中地 线的连接
模拟电路 ADC DAC 数字电路
模拟电路 AGND
数字电路 DGND
模拟地
公共接地点
if RF
R1 R2
R3 RP
－ ＋
u0
ui 1 ui 2 ui 3 uo R1 R2 R3 Rf 可得： uo R f ( ui 1 ui 2 ui 3 ) R1 R2 R3 若R1=R2=R3=R，则 u R f ( u u u ) o i1 i2 i3 R
集成运算放大器
1．集成运算放大器概述
集成运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出 电阻的多级直接耦合放大电路，一般由四部分组成：
输入级：一般是差动放大 器，利用其对称特性可以 提高整个电路的共模抑制 比和电路性能，输入级有 反相输入端“-”、同相 输入端“+”两个输入端； 中间级：的主要作用是
3、差动比例运算电路
R1=R2，R’=RF Uo=-RF/R1(Ui1-Ui2)
差动比例运算电路 又称减法运算电路
电子技术基础第五章集成运算放大器
2.差模交流信号分析 :
2.差模交流信号分析 : 画出对差模交流信号的交流通路
理想的直流电压源短路 关键是此处对Ree的处理。 在以前画交流通路时，线性电阻在交流通路中保留，阻值 为线性电阻的交流电阻，因为是线性的，所以交流电阻与 直流电阻相等。
A u c(单 u u o ic ） c 1 1 (b R rb )e 2 R c ()1 e R e2 -R R e ce
4 对任意信号的分析方法
ui1=uic+uid/2 ui2=uic-uid/2 uic = (ui1+ui2)/2 uid=ui1-ui2 uid1= -uid2= uid /2
差模信号和共模信号
• 差模信号：有用的信号，包含着信息，要进行 放大的。
• 共模信号：人为引入的一个信号，不是要放大 的，而是用来描述零漂的大小。直接描述、测 量零漂很麻烦，要先后测量两种不同的环境温 度下的静态工作点，求取它们的差值。从另外 一个角度：在同样的环境温度下，在输入端施 加共模信号，测量输出端的信号，求取共模放 大倍数。
2.1差模输入双端输出
某瞬间的真实方向
uid = uid1-uid2 uid1= -uid2
Ree上交流压降为0。 因此，画差模交流信号交流通路时，Ree可视为短路，
即两管的发射极直接接地。
由uc1= -uc2可知RL两端电位一端为正，一端为负，RL的中点应 是地电位，即每管对地的负载电阻为RL/2.
（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。
（6）一般无二极管，用三极管代替(B、C 极接在一起)。
集成运放的组成：输入级
集成运算放大器的典型结构及特点
集成运算放大器的典型结构及特点
一、集成运放的典型结构运放的典型电路通常有三级放大电路组成。
运放输入级：—差分放大(差动放大器)电路，该级要求有低温漂，高共模抑制比和高输入电阻特性。
中间放大级：通常采纳CE(CS)放大电路，运算放大器的增益主要由这一级担当，所以这一级要有很高的电压增益。
输出级：采纳互补对称式射极跟随器结构。
输出级要求能驱动较大的负载，有肯定的输出电流和输出电压，因此，对该级要求具有低输出电阻。
二、集成运放的主要特点
1. 它具有“二高一低”特性的线性组件。
即高增益、高输入电阻、低输出电阻的多级直接耦合放大器。
2. 为保证有合适的静态工作点，并低功耗，电路采纳微电流源作为偏置，放大电路负载采纳有源负载，以提高电压增益。
3. 在抱负条件下，集成运算放大器可以看成一个电压掌握电压源来等效(VCVS)。
集成运放的电路符号：
在低频小信号的条件下，运算放大器可用右边低频小信号模型等效。
在抱负条件下有：Rid→∞，Rod→0，Aod→∞。
1。
汽车电工电子技术第6章 集成运放
1.集成运算放大器特性与参数
2）主要特性
（2） 饱和区的特点 理想运放工作在饱和区时，“虚断”的概念依然成立，但
“虚短”的概念不再成立。这时
当u+>u－时，uO=+UOM 当u+<u－时，uO=－UOM
分析运放的应用电路时，首先将集成运放当作理想运 算放大器；然后判断其中的集成运放工作在线性区还是非 线性区。在此基础上分析具体电路的工作原理。
1）基本结构
集成运放的输入级有两 个输入端，其中一个输 入端的信号与输出信号 之间为反相关系，称为
反相输入端
u－
u+
同相输入端
_ ∞Ao 输出端
+
uO
+
反相输入端，另一个输入端的信号与输出信号之间为同相
关系，称为同相输入端，在图中用符号“+”标注。运放有 一个输出端。
1.集成运算放大器结构 2）封装形式
和“虚断”。即
u+≈u－ i+= i－≈0 “虚短”表示集成运放的同相输入端与反相输入端的电 压近似相等，如同将该两点虚假短路一样。若运放其中一个 输入端接“地”，则有u+≈u－=0，这时称“虚地”。 “虚断”表示没有电流流入运放（因为理想运放的差模 输入电阻Rid→∞），如同运放的两个输入端被断开一样。
（7）电源电压UCC 一般都用对称的正、负电源同时供电
1.集成运算放大器特性与参数
2）主要特性
电压传输特性是指表示集成运放输出电压u0与输入电压ui之间关 系的特性曲线
线性区
饱和区
饱和区
1.集成运算放大器特性与参数
2）主线要特性性区
u0＝ A0 (u+-u-)= A0ui
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集成运算放大器简称运算放大器，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。
与分离元件构成的电路相比，运算放大器具有稳定性好、电路计算容易、成本低等优点，因此得到广泛应用。
其可完成信号放大、信号运算、信号处理、波形变换等功能。
按性能可分为通用型、高阻型、高速型、低温漂型、低功耗、高压大功率型等多种产品。
1、最基本的运算放大器电路
典型的运算放大器是反相放大器，如图1所示。
输入信号V i是由“-”号端加入的，其输出电压V0和输入电压反相，电压增益为：G=V0÷V i=R2÷R1，故输出电压为：V0=-(R2÷R1)×V i
图1 反相放大器电路原理图
同相放大器，如图2所示。
输入信号Vi是由“-”号端加入的，其输出电压V0和输入电压同相，电压增益为：G=V0÷V i=1 (R2÷R1)，故其输出电压为:V0=[1-(R2÷R1)]×V i。
所谓“同
相”和“反相”是指输入信号的极性相对于由它引起的输出信号的极性而言的。
图2 同相放大器电路原理图
2、运算放大器的特性
充分认识和理解运算放大器的特性，认为对学习和应用运算放大器以及仪表维修工作将是很有帮助的。
现简述如下：
①运算放大器两个输入端之间的电压总为零，这是运算放大器最重要的特性。
由于两个输入端之间的“虚短路”以及“输入阻抗非常大”，意味着运算放大器不需要输入电流，也可认为运算放大器的输入电流等于零。
②运算放大器的同相端电位等于反相端电位，即运算放大器工作正常时，两输入端有相同的直流电位。
前提是输出电压在直流电源的正电压和负电压之间，且输出电流小于运算放大器额定输出电流时。
③运算放大器的电压增益等于无限大，即可用很小的输入电压获得非常大的输出电压。
运算放大器通电后，只需在输入端两端加上毫伏级的电位，就可以很容易地使输出进入正的或负的饱和状态。
④运算放大器的输出阻抗Z=0，即在电路设计和电源所允许的范围内，可以从运算放大器输出端拉出电流，且在输出端不会出现明显的电压降。
⑤运算放大器可把输出电压的波动范围限制在直流电源的正电压和负电压之间，即运算放大
器具有电压限幅能力。
其输出电压的波动幅度取决于运算放大器的正直流电源电压值和负直流电源电压值。
⑥标准运算放大器的输出电流通常限制在10mA以内，运算放大器能自动把输出电流限制在安全工作区。