1 5.1 运算放大器的工作原理 5.2 集成运算放大器的主要参数 5.3 运算电路的三种输入方式 5.4 加减运算电路 5.5 积分电路和微分电路 2 集成运算放大器简介 将整个电路的各个元件做在一 个半导体基片上。 集成电路: 优点: 工作稳定、使用方便、体积小 、重量轻、功耗小。 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 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 运算放大器外形图 5 运算放大器外形图 6 7 集成运算放大器结构 （1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级 一般采用差分式放大器。 （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。 8 集成运放的结构、分类和参数集成运放的结构、分类和参数 集成运放的内部电路结构框图集成运放的内部电路结构框图 输入级输入级 偏置电路偏置电路 输出级输出级中间级中间级 输入级 差动放大器 输出级 射极输出器或互补对称功率放大器 中间级 电压放大器 偏置电路 由镜像恒流源等电路组成 9 1.输入级要使用高性能的差分放大电路，它 必须对共模信号有很强的抑制力。 4.偏置电流源可提供稳定的几乎不随温度而 变化的偏置电流，以稳定工作点。 3.互补输出级由PNP和NPN两种极性的三极 管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电 压或电流。具体电路参阅功率放大器。 2.中间放大级要提供高的电压增益，以保证 运放的运算精度。中间级的电路形式多为差分电 路和带有源负载的高增益放大器。 10 例如 若第一级漂了100 VV， 则输出漂移 1 V。 若第二级也漂 了100 VV， 则输出漂移 10 mV。 假设 F 第一级是关键 3. 减小零漂的措施 F 用非线性元件进行温度补偿 F 调制解调方式。如“斩波稳零放大器” F 采用差分式放大电路 漂了 100 VV 漂移 10 mV+100 VV 漂移 1 V+ 10 mV 漂移 1 V+ 10 mV 11 输入级偏置电路中间级输出级 输出 2. 2. 集成运放集成运放 741741的的电路原理图电路原理图 +VCC V o + 反相 输入 -VEE 同相 输入 T12 T1T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8T9 T10 T11 T13 T14 T16 T18 T17 T20 T15 T19 R1R2R3R4 R5 R7 R8 R9 R10 R11 R12 C 12 通用集成运放的基本结构 输入级中间级 输出级 -VEE +VCC V Vo V 反相端 同相端 T3 T4 T5 T1T2 IS 基本原 理框图 13 T3 T4 T5 T1T2 IS V V 反相端 同相端 Vo 与Vo反相 与Vo同相 14 -VEE +VCC V Vo V 反相端 同相端 T3 T4 T5 T1T2 IS 要求： 输入级 尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri尽可能大。 15 -VEE +VCC V Vo V 反相端 同相端 T3 T4 T5 T1T2 IS 输入级 中间级 足够大的电压放大倍数 16 -VEE +VCC V Vo V 反相端 同相端 T3 T4 T5 T1T2 IS 输入级中间级 输出级 主要提高带负载能力，给出足够的输出电流 io ，输出阻抗 ro小。 17 V V+ Vo 集成运算放大器符号 反相输入端 V 同相输入端 V+ 输出端 Vo 国际符号： 国内符号： 18 运算放大器的引线 运算放大器的符号中有三个引线端，两个输 入端，一个输出端。一个称为同相输入端，即该端 输入信号变化的极性与输出端相同，用符号 +或 IN +表示；另一个称为反相输入端，即该端输入 信号变化的极性与输出端相异，用符号“ -”或IN “ -”表示。输出端一般画在输入端的另一侧，在符号 边框内标有 +号。实际的运算放大器通常必须有正 、负电源端，有的品种还有补偿端和调零端。 19 集成运算放大器的技术指标 (1) 开环差模电压放大倍数(开环增益)大 Ao(Ad)=Vo/(V+-V-)=107-1012倍; (2) 共模抑制比高 KCMRR=100db以上; (3) 输入电阻大 ri1M, 有的可达100M以上; (4) 输出电阻小 ro =几-几十 20 理想运放： 集成运算放大器的分析方法 理想化 Ao = KCMRR= ri = ro = 0 21 Vo =Ao (V+ V) Ao V+ V0 V+ V Vo V V+ ib- ib+ V+ =V ib-= ib+ =0 ri ib- 0 ib+ 0 集成运算放大器的分析方法集成运算放大器的分析方法 输出电压变化范围: 最大+VCC -VEE 22 集成运算放大器的分析方法: 放大倍数与负载无关， Vo V V+ ib- ib+ RL 因为ro = 0 所以放大倍数与负载 无关，放大倍数可以 独立计算。 ro 23 通用型集成电路运算放大器 24 end 简化电路 25 5.2 集成电路运算放大器的主要参数 1. 输入失调电压VIO 2. 输入偏置电流IIB 3. 输入失调电流IIO 4. 温度漂移 （1）输入失调电压温漂VIO / T （2）输入失调电流温漂IIO / T 5. 最大差模输入电压Vidmax 6. 最大共模输入电压Vicmax 7. 最大输出电流Iomax 26 1. 静态功耗PC PC=VCCIC+ VEEIE 2. 电源电压抑制比KSVR 5.2.5 电源特性参数 5.2 集成运算放大器的主要参数 一个理想的集成运放（简称理想运放一个理想的集成运放（简称理想运放 ）应当是：）应当是： A Aod od, , r rid id, , r r o o 0, 0, f fH H, ,S S R R , , I IIB IB、 、V VIO IO、 、 I I IOIO及其温漂为零，当 及其温漂为零，当v v P P= =v vN N 时，时，v v o o = 0 = 0等。等。 27 运放线 性运用 信号的放大、运算 恒压源、恒流源电路 有源滤波电路 在运放的线性应用中，运放的输出与输入之 间加负反馈，使运放工作于线性状态。 (4-28) 运算放大器运算放大器线性应用线性应用时的分析依据时的分析依据 1. 差模输入电阻 ,两个输入端的输入电流 可认为是零，即虚断虚断。 2. 开环电压放大倍数 输出电压是一个 有限值， 即虚短。虚短。 3.如果信号从反向端输入，同相端接地 反相端近于“地”电位，即虚地。虚地。 返回目录 (4-29) 运算放大器在饱和区时的情况 当 时， 例题 当 V V+ + V V - - 注意：此时输入端的输入电流也等于零 返回目录 (4-30) 例例 F007F007运算放大器的正、负电源电压为运算放大器的正、负电源电压为 15V15V，开环电压放大倍数，开环电压放大倍数A AV0 V0= =2 2 10 10 5 5 , ,输出最输出最 大电压（即大电压（即 V V o o(sat)(sat) )为 为13V13V。在下图电路中。在下图电路中 分别加如下电压，求输出电压及其极性：分别加如下电压，求输出电压及其极性： V V+ Vo (4-31) 解 只要两个输入端之间的电压绝对值超过65V， 输出电压就达到正或负的饱和值。 输出电压 输出电压输出电压 输出电压 返回 (4-32) 每两个 运放共 用一个 偏置 电阻 四个 运放 共用 VDD、VSS 端 C14578外引线排列图 返回目录 (4-33) 5.3 信号的运算电路信号的运算电路 Vi Vo Vi Vo +VOM -VOM Ao越大，运放的线性范围越小，必须加 负反馈才能使其工作于线性区。 _ + + A0 5. 1.1 概述 (4-34) 运放线 性运用 信号的放大、运算信号的放大、运算 恒压源、恒流源电路恒压源、恒流源电路 有源滤波电路有源滤波电路 在运放的线性应用中，运放的输在运放的线性应用中，运放的输 出与输入之间加了负反馈，运放工出与输入之间加了负反馈，运放工 作于线性状态。作于线性状态。 (4-35) F007（5G24）外引线图 反相 输入端 同相 输入端 输出端 接 线 图 顶 视 图 (4-36) 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。 理想运放的条件： 放大倍数与负载无关，放大倍数与负载无关， 可以分开分析可以分开分析。 虚短路 虚开路 (4-37) 理想运放的符号 _ + + V+ V- V0 (4-38) 5. 3 5. 3 信号的运算电路信号的运算电路 (1) (1) 反相比例运算放大器反相比例运算放大器 _ + + R2 R1 RP ViVo i1 i2 i1=i2 (4-39) _ + + R2 R1 RP ViVo 电路的输入电阻：电路的输入电阻： Ri=R1 反馈方式：反馈方式： 电压并联负反馈电压并联负反馈 输出电阻很小！输出电阻很小！ 平衡电阻，使输入端对平衡电阻，使输入端对 地的静态电阻相等。地的静态电阻相等。 R RP P =R=R 1 1 /R/R 2 2 (4-40) _ + + R2 R1 RP ViVo 共模电压：共模电压： 电位为电位为0 0，虚地。，虚地。 输入电阻小、共模电输入电阻小、共模电 压为压为0 0以及以及“ “虚地虚地” ”是反是反 相输入的特点。相输入的特点。 (4-41) R R2 R1 F Vi Vo 电位为零，虚地 电位为零 注意 虽然 但不能将反相输但不能将反相输 入端和同相输入入端和同相输入 端直接相联或者端直接相联或者 直接接地直接接地 返回目录 (4-42) (2) (2) 同相比例运算放大器同相比例运算放大器 _ + + R2 R1 RP Vi Vo V-= V+= Vi 电压串联负反馈 输入电阻高。 共模电压：Vi 没有虚地概念。 例：图中同相比例运算电路图中同相比例运算电路 求： (4-44) 解：此电路为同相比例运算电路， 于是 式 中的是指加在同相 输入端的输入电压 (4-45) (3) 差动放大器 _ + + R2 R1 R1 Vi2 Vo R2 Vi1 解出： (4-46) _ + + R2 R1 R1 Vi2 Vo R2 Vi1 差动信号放大差动信号放大 了两个信号的了两个信号的 差，但是它的差，但是它的 输入电阻不高输入电阻不高 （2R2R 1 1 ）, , 这是这是 由于反相输入由于反相输入 造成的。造成的。 (4-47) (4) (4) 电压跟随器电压跟随器 _ + + R2 Vi Vo 此电路是电压此电路是电压 串联负反馈，输串联负反馈，输 入电阻大，输出入电阻大，输出 电阻小，在电路电阻小，在电路 中作用与分立元中作用与分立元 件的射极输出器件的射极输出器 相同，但是电压相同，但是电压 跟随性能好。跟随性能好。 当 R1= 且 RF = 0 时， uo = ui ， Auf = 1， 称电压跟随器。 uo RF uiR2