集成运算放大器的组成
电工 单元九 集成运放
实际特性
饱和区
（l）开环电压放大倍数为无穷大，A0→∞ （2）运算放大器差模输入电阻，rid→∞ （3）输出电阻为零，r0几乎为零
（1） 线性区的特点
理想运放工作在线性区时有两个重要的特点：“虚短”
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
集成运放开环时输出级的输出电阻，称为开环输出电阻。r0愈小， 集成运放带负载的能力就愈强。由于集成运放采用互补对称式 射极输出电路，其r0较低，一般为几十到几百欧。
（4）最大输出电压UOM
在标称电源电压和额定负载电阻的情况下，能使集成运放 输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输出电压，称 为集成运放的最大输出电压。一般为电源电压的70%左右
对于单级运放电路，反馈元件（例如Rf)接到同相输入端是正反馈，接到 反相输入端是负反馈。
反馈的其他分类
1.直流反馈和交流反馈——反馈的信号 直流反馈：反馈信号是直流分量的称为直流反馈，直流反馈 用于稳定静态工作点。 交流反馈：反馈信号是交流分量的称为交流反馈。 有时反馈信号中既含有直流分量又含有交流分量。
一、开环、闭环、反馈ห้องสมุดไป่ตู้概念
1、定义
集成运放有两个输入端，一个输出端。当输出端和输入端之间 不外接电路，即两者之间在外部是断开的，这称为开环状态 当用一定形式的网络（如R、C等）在外部将它们连接起来，这称 为闭环状态，又称为反馈状态。
反馈在电和非电领域都得到了广泛的应用。通常自动控制和自动调节 系统都是基于反馈原理构成的；在放大电路中适当引入反馈、可以改善放 大电路的性能
简单的集成电路运算放大器
第21讲6.3 简单的集成电路运算放大器主要内容:本节主要介绍了集成电路运算放大器。
基本要求：了解集成运放的内部结构及各部分功能、特点。
教学要点：1．集成电路运算放大器的组成集成电路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，它的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，一般由四部分组成。
（1）输入级一般是由BJT、JFET或MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。
（2）.电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成（3）.输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。
（4）偏置电路是为各级提供合适的工作电流。
此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节等2．简单的运算放大器简单运算放大器的原理电路如图所示。
（1）T1,T2对管组成差分式放大电路，信号双端输入、单端输出。
（2）复合管T3,T4组成共射极电路，形成电压放大级，以提高整个电路的电压增益。
（3）T5,T6组成两级电压跟随器，构成电路的输出级，它不仅可以提高带负载的能力，而且可进一步使直流电位下降，以达到输入信号电压v id=v i1-v i2为零时，输出电压v O=0的目的。
（4）R7和D组成低电压稳压电路以供给的基准电压，它与T9一起构成电流源电路以提高T5的电压跟随能力。
（5）电路符号：由此可见，运算放大器有两个输入端（即反相输入端1和同相输入端2）,与一个输出端3。
在运算放大器的代表符号中，反相输入端用"-"号表示，同相输入端用"+"表示。
器件外端输入、输出相应地用N,P和O表示。
（6）输入和输出的相位：利用瞬时极性法分析可知，当输入信号电压v i1从反相输入端输入时（v i2=0），如v i1的瞬时变化极性为(+)时，各级输出端的瞬时电位极性为：v C2（+）→v O2（–）→v B6（–）→v O（–）则输出信号电压v o 与v i1反相；同时，当输入信号电压从同相端输入v i2(v i1=0)时，可以检验，输出电压v o与v i2同相。
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
集成运算放大器的分类和组成
《集成运算放大器的分类和组成》摘要：集成运算放大器简称集成运放，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。
它是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻、集成化了的直接耦合多级放大器。
它在自动控制、测量设备、计算技术和电信等几乎一切电子技术领域中获得了日益广泛的应用。
关键词：集成运算放大器封装样式使用注意事项一、集成运算放大器的分类集成运算放大器可以按照人们的不同需求进行多种划分，具体有以下几种类别。
1.按照集成运算放大器的参数分类（1）通用型运算放大器通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。
这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大、面广，其性能指标适合一般性的使用。
如mA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356。
它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。
（2）高阻型运算放大器这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高，输入偏置电流非常小，一般rid>（109～1012）W，IIB为几皮安到几十皮安。
实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点，用场效应管组成运算放大器的差分输入级。
用FET作输入级，不仅输入阻抗高，输入偏置电流低，而且具有高速、宽带和低噪声等优点，但输入失调电压较大。
常见的集成器件有LF356、LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。
（3）低温漂型运算放大器在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中，总希望运算放大器的失调电压较小且不随温度的变化而变化。
低温漂型运算放大器就是为此而设计的。
目前常用的高精度、低温漂运算放大器有OP-07、OP-27、AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件ICL7650等。
（4）高速型运算放大器在快速A/D和D/A转换器中，要求集成运算放大器的转换速率SR一定要高，单位增益带宽BWG一定要足够大，像通用型集成运放是不适合高速应用的场合的。
第9章 集成运算放大器
输入级一般采用具有恒流源的双输入端的差分放大 电路，其目的就是减小放大电路的零点漂移、提高输入 阻抗。 中间级的主要作用是电压放大，使整个集成运算放 大器有足够的电压放大倍数。 输出级一般采用射极输出器，其目的是实现与负载 的匹配，使电路有较大的功率输出和较强的带负载能力。
偏置电路的作用是为上述各级电路提供稳定合适的偏 置电流，稳定各级的静态工作点，一般由各种恒流源电路 构成。 图9-2所示为 LM 741集成运算放大器的外形和管脚图。 它有8个管脚，各管脚的用途如下: (1)输入端和输出端
第二级为反相电路，则有 R21= RF =100 kΩ 平衡电阻为 Rb2= RF∥R21 =100∥100=50 kΩ
三、减法运算电路
如果两个输入端都有信号输入，则为差分输入。差 分运算在测量和控制系统中应用很多，其放大电路如图 9-12所示。 根据叠加原理可知，uo为ui1和ui2分别单独在反相 比例运算电路和同相比例运算电路上产生的响应之和， 即
四、微分运算电路和积分运算电路
1.微分运算电路 微分运算电路如图9-13（ a）所示。依据 u u ≈0，可得 iR=iC 所以
d(ui u ) u uo C dt，因此称为微分运算电路。 在自动控制电路中，微分运算电路不仅可实现数学 微分运算，还可用于延时、定时以及波形变换。如图913（ b）所示，当ui为矩形脉冲时，则uo为尖脉冲。
（2）集成运算放大器同相输入端和反相输入端的输 入电流等于零（虚断）因为理想集成运算放大器的 rid→∞，所以由同相输入端和反相输入端流入集成运算 放 大器的信号电流为零，即 i i ≈0
u u
图9-3 理想集成运算放大器 的符号
图9-4 集成运算放大器的电 压传输特性
集成电路运算放大器36页
01
02
03
04
信号放大
将传感器输出的微弱信号进行 放大，提高信号的幅度。
信号滤波
对传感器输出的信号进行滤波 处理，消除噪声和干扰。
信号线性化
将传感器输出的非线性信号通 过集成电路运算放大器进行线 性化处理，提高测量精度。
信号比较
将传感器输出的模拟信号与预 设阈值进行比较，输出相应的
开关信号。
在音频信号处理中的应用
集成电路运算放大器
02
的工作原理
输入级
01
02
03
差分输入
运算放大器采用差分输入 方式，将两个输入信号进 行减法运算，提高了抗干 扰能力和共模抑制比。
放大器
输入级通常包含一个三极 管或场效应管组成的放大 器，对差分输入信号进行 放大。
射极跟随器
输入级通常采用射极跟随 器作为输出级，以减小信 号的输出阻抗，提高信号 的驱动能力。
时序控制
在数字电路中，集成电路运算放大 器可以用于产生各种时序控制信号， 如时钟信号、复位信号等。
电压偏置
为数字电路中的逻辑门提供适 当的偏置电压，以调整逻辑门 的阈值电压和性能参数。
电流源和电压源
利用集成电路运算放大器可以 构成各种电流源和电压源，为
数字电路提供稳定的电源。
在传感器信号处理中的应用
THANKS.
确保信号的质量和稳定性。
集成电路运算放大器的历史与发展
历史
集成电路运算放大器的概念最早由美国科学家在20世纪60年 代提出，随着半导体技术和集成电路工艺的发展，集成电路 运算放大器逐渐成为电子工程领域的重要器件。
发展
随着技术的不断进步，集成电路运算放大器的性能不断提高 ，功耗不断降低，集成度不断提高，应用领域不断扩大。目 前，集成电路运算放大器已经广泛应用于信号处理、通信、 音频、医疗、工业控制等领域。
7 集成运算放大器
型取决于第一级管子的型号。在集
成运放中，复合管不仅用于中间级， 也常用于输入级和输出级。
7.1.4输出级电路
集成运放的输出级直接与负载相连 接,为了提高它的带负载能力,要求输出 电阻较低。此外,输出级的交流电压和 电流和幅度都比较大,故还要求它有较 大的输出功率。显然,在放大器的3种组 态中,具有低输出电阻的共集(或共漏)放 大器最适合作为输出级的电路。但是, 一般的射级输出器因为功耗大、效率低， 输出电压范围不够大，还不能直接作为 输出级电路，而必须加以改进。
(1) 开环差模电压放大倍数Aod (2) 输入失调电压UIO (3) 输入失调电压温漂αUIO (4) 输入偏置电流IIb和输入失调电流IIO (5) 输入失调电流温漂αIIO
(6) 差模输入电阻rId (7) 共模抑制比KCMR (8) 最大共模输入电压UICM (9) 最大差模输入电压UIDM (10) -3 dB带宽fH
该电路的特点是用很小的Re就可以获
得很弱的输出电流，一般在毫安级，适
合用于小电流场合。
7.1.2输入级
输入级的好坏对提高集成运放的整 体质量至关重要，如输入电阻、共模抑 制比、输入电压范围以及电压放大倍数 等许多性能指标的优劣，输入级都起决 定性作用。 输入级大都采用差分放大电路的形 式，最常见的有3种：基本形式、长尾 式和恒流源式。
7.1.1偏置电路
集成运放为设置合适、稳定的直流偏 置电路以保证其正常工作中，常采用恒 流源电路。
1. 基本镜像电流源电路
基本镜像电流源电路如图7.4所示，它 是由两个特性对称的三极管VT1和VT2及一 个电阻R构成的。
集成运算放大器
31
一、 镜像电流源电路
1、基本镜像电流源
设T1、T2的参数完全相同。
UBE1 = UBE2 = UBE，
IB1= IB2、IC1= IC2
基准电流
I REF
VCC
UBE R
IREF IC1 2IB IC（1 1 2 ）
IC2= IC1≈ IREF
1 >>2 /β
1）输出电流IC2与基准电流 IREF相等。把IC2看作是 IREF的镜像——镜像电流源。
2） IC2的大小仅取决于VCC和R，与温度无关。 32
2、精密镜象电流源
精密镜象电流源和普通镜象电流源相比，其
精度提高了 倍。
由于有T3存在，IB3将 比镜象电流源的2IB小β3倍。 因此IC2和IREF更加接近。
ro Rc 10k
uo与ui同相位。
2）求KCMR 10 0.5 2 5.1
KCMR
Aud Auc
50 100 0.5
28
3）改接后，电路由单端输 入变成任意输入。
uid uA uB 8 2 sint mV
uic 12（uA uB）
504 2 sin t mV
Chapter 3 集成运算放大器
集成运放简介 集成运放的单元电路 通用型集成运算放大器 集成运放的主要参数 集成运算放大器的电压传输特性
和理想模型 专用型集成运算放大器
1
3.1 集成运放简介
3.1.1 简介
集成电路是60年代初期发展起来的。 采用半导体制造工艺，在一小块硅单晶片上制作 具有特定功能的电子线路。 集成电路分为：模拟集成电路与数字集成电路。 在模拟集成电路中，运算放大器（早期用于模 拟计算机的数学运算）发展最早，应用最广泛。随 着集成技术与集成工艺的迅速发展，其他类型的模 拟集成电路也取得了非常大的进展，如混频器、调 制器、宽带放大器、高频放大器、功率放大器、电 压比较器、A/D或D/A转换器等