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文檔簡介
第四章集成運算放大器
第一節集成電路介紹第二節通用型集成運算放大器第三節集成運放的主要參數第四節理想運放及三種基本輸入方式本章教學主要內容集成電路的定義:采用專門的制造工藝,把電阻、電容、二極管、三極管、場效應管等元器件及它們之間的連線制作在一塊半導體基片上,完成特定功能的電子線路固體組件。是器件與電路的集合。第一節集成電路介紹集成電路的分類:數字集成電路模擬集成電路1、按所處理的信號2、按有源器件晶體管(雙極型)場效應管(單極型)集成運算放大器集成功率放大器集成電壓比較器集成模擬乘法器集成穩壓電源集成振蕩器1、元器件參數對稱性好,溫度均一性好2、不宜制造高阻值電阻,常用有源元件(晶體管或場效應管)取代電阻。3、不能制作大電容,所以集成運放均采用直接耦合方式。4、二極管多由集電極與基極短接的三極管構成5、采用復合管,改善性能6、電源電壓較低,目的為了減小功耗便于安全工作
集成電路的特點:集成電路與分立元件電路相比較集成電路體積小、重量輕,元件參數對稱性好功耗小功能強成本低可靠性高第二節通用型集成運算放大器集成運算放大器,簡稱集成運放。是模擬集成電路中應用最廣泛的一種,在發展初期,它主要用于模擬計算機的加、減、乘、除、積分、微分等數學運算電路中,故將“運算放大器”的名稱保留至今。一、定義集成運算放大器是高增益、高輸入阻抗、低輸出阻抗的多級直接耦合集成放大器。3、按功能分:高精度、高速度、高壓、高輸入阻抗、大功率、低噪聲、低漂移、低功耗等。
1、按集成度分:單運放、雙運放、四運放二、分類2、按制造工藝:雙極性、CMOS型按性能指標高阻型:rid,可高于1012Ω。用于測量放大器、信號發生器。高速型:
fH和SR高,-3dB帶寬fH可達1.7GHz,轉換速度
SR可達103V/μS。
用于A/D、D/A轉換電路、視頻放器。高精度型:低失調、低溫漂、低噪聲、高增益,Aod高105dB。用于微弱信號的測量與運算、高精度設備。低功耗型:工作電源電壓低、靜態功耗小,在100~200μW。用于空間技術、軍事科學和工業中的遙感遙測。通常情況下用通用型運放,特殊情況下才用專用型運放。大功率型、儀表用放大器、隔離放大器、緩沖放大器……討論一根據下列要求,將應優先考慮使用的集成運放填入空內。已知現有集成運放的類型是:①通用型②高阻型③高速型④低功耗型⑤高壓型⑥大功率型⑦高精度型1.作低頻放大器,應選用
。2.作寬頻帶放大器,應選用
。3.作幅值為1μV以下微弱信號的量測放大器,應選用
。4.作內阻為10MΩ信號源的放大器,應選用
。5.負載需5A電流驅動的放大器,應選用
。6.要求輸出電壓幅值為±80V的放大器,應選用
。7.宇航儀器中所用的放大器,應選用
。三、集成運放的組成方框圖
集成運放電路由四部分組成,包括輸入級、中間級、輸出級和偏置電路。集成運放結構方塊圖1、差動輸入級:抑制零點漂移,ri高,KCMR大,有一定的放大能力。
2、中間放大級:共射放大電路,常采用復合管提高放大倍數,采用恒流源作為負載。
3、功率輸出級:提供足夠的功率,輸出阻抗小,一般采用OCL或準互補對稱功率放大電路。
4、恒流源偏置電路:提供合適的靜態工作電流,并要求提供的電流穩定。偏置電路均為各種形式的電流源電路。鏡像電流源電路微電流源電路741型集成運放原理電路RPV8.V9V10.V11V12.V13V12.V13雙列直插式封裝圓殼式封裝四、集成運放的符號兩個輸入端和一個輸出端(a)理想運放(b)實際運放1、開環差模電壓增益Aod—集成運放工作在線性區,接入規定的負載,無負反饋情況下的直流差模電壓增益。
(a)無反饋(開環)(b)有反饋(閉環)第三節集成運放的主要參數4、輸入失調電壓UIO—在室溫下,輸入電壓為零時,為了使集成運放輸出電壓為零,在輸入端加的補償電壓稱為輸入失調電壓。越大,說明電路對稱度越差,一般為(0-10)mV。5、最大差模輸入電壓Uidmax—集成運放的反相和同相輸入端所能承受的最大電壓值。2、差模輸入電阻rid—差模輸入時的輸入電阻。值越大,對信號源的影響越小,所以越大愈好。3、差模輸出電阻rod—越小越好,越小帶載能力越強。9、共模抑制比—與差放的共模抑制比定義相同。越大越好。有的(60-70)dB,有的高達180dB。6、最大共模輸入電壓Uicmax—指運放所能承受的最大共模輸入電壓,超過這個值,,它的共模抑制比顯著下降。7、開環帶寬fbw
—指開環差模電壓增益下降3dB時所對應的上限頻率fH8、單位增益帶寬—開環電壓增益的頻率響應曲線下降到Aod=1時的頻率。即Aod=0dB時的頻率fT常見集成運放參數
輸入失調電壓(mV)輸入失調電流(nA)輸入電阻(MΩ)最大差模輸入電壓(V)共模抑制比(dB)轉換速率(V/μs)μA741620230900.5LF3577201.00E+074010050OP070.151.833301200.1一、理想運放模型:1、開環差模電壓增益Aod=∞2、差模輸入電阻rid=∞3、輸出電阻rod=04、輸入失調電壓UIO=05、共模抑制比KCMR=∞第四節理想運放及三種基本輸入方式理想運算放大器符號二、理想運放工作在線性區的結論
所謂工作在線性區是指集成運放內部電路中全部三極管均工作在放大狀態。
結論1兩個輸入端等電位。結論2兩個輸入端均不取電流
“虛短”“虛斷”引入深度負反饋集成運放就工作在線性區三、理想運放工作在非線性區時的結論在電路中,若集成運放處于開環狀態,甚至接入正反饋時,則表明集成運放工作在非線性區。對于理想運放,由于差模增益無窮大,只要同相輸入端與反相輸入端之間由無窮小的差值電壓,輸出電壓就將達到正的最大值或負的最大值,其電壓傳輸特性如下圖。
傳輸特性理想運放工作在非線性區的兩個特點是:(1)輸出電壓只有高、低兩種電平(或),而與也不一定相等。當時,則;當時,則;當時,則高、低電平發生轉換;(2)由于理想運放的差模輸入電阻無窮大,故輸入電流為零,
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