集成運算放大器課件.ppt

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電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,5.2 集成運算放大器,5.2.1 集成運算放大器的外形和符號,5.2.2 集成運算放大器的放大倍數(shù)和參數(shù),5.2.3 集成運算放大器的理想特性,5.2.4 放大器的集成運算應(yīng)用舉例,5.2.5 集成運放使用常識, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,5.2 集成運算放大器,集成電路的類型：以集成度即管子和元件數(shù)量可分為一百以下的小規(guī)模集成電路；一百至一千個之間的中規(guī)模集成電路；一千至十萬個之間的大規(guī)模集成電路；十萬以上的超大規(guī)模集成電路。按所用器件又可分為雙極型器件組成的雙極型集成電路；單極型器件組成的單極型集成電路；雙極型器件和單極型器件兼容組成的集成器件。此外，還有線性集成電路和數(shù)字集成電路等。,集成電路：把晶體管、電阻、電容以及連接導(dǎo)線等集中制造在一小塊半導(dǎo)體基片上而形成具有電路功能的器件。,集成電路的優(yōu)點：體積小、重量輕、安裝方便、功耗小、工作可靠等。,集成運算放大器（簡稱集成運放）：直接耦合的高放大倍數(shù)的線性集成電路。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,1. 集成電路的外形： 國產(chǎn)集成運放的封裝外形主要采用圓殼式和雙列直插式。,5.2.1 集成運算放大器的外形和符號,2. 集成運放的型號 國家標準（GB3430-82）規(guī)定，由字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示，例如CF741、CF124等，其中C表示國家標準，F(xiàn)表示運算放大器，阿拉伯?dāng)?shù)字表示品種。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,國產(chǎn)第二代集成運放CF741接線如圖所示。雙列直插式集成運放的管腳順序是，管腳向下，標志于左，序號自下而上逆時針方向排列。管腳功能如下：,3. 集成運放的管腳順序及功能,CF741外接線圖,接正電源(+9+18)V,接負電源（-9-18）V,為同相輸入端（輸出信號與輸入信號同相位）,為反相輸入端（輸出信號與輸入信號反相位）,為空腳,為輸出端,腳1、4、5外接調(diào)零電位器, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,國產(chǎn)第一代集成運放F004接線如圖所示。圓殼式集成運放的管腳順序是，管腳向上，序號自標志起從小到大按順時針方向排列。管腳功能如下：,不同類型運放的管腳排列和管腳功能是不同的，應(yīng)用時可查閱產(chǎn)品手冊來確定。,腳7接正電源（+15）V，腳4接負電源（-15）V，腳6為輸出端，,腳1、4、8接調(diào)零電位器，腳3為同相輸入端，腳2為反相輸入端，腳5、6之間的300k電阻及RP、CP的作用是消除自激，可通過調(diào)試決定數(shù)值。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,圖（a）是國家新標準（GB47281385）規(guī)定的符號；圖（b）是曾用過的符號。畫電路時，通常只畫出輸入和輸出端，輸入端標“+”號表示同相輸入端，標“-”號表示反相輸入端。,4. 集成運放的圖形符號, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,閉環(huán)放大倍數(shù) ：有反饋時集成運放的放大倍數(shù)稱為閉環(huán)放大倍數(shù)。其數(shù)值根據(jù)具體電路的反饋情況來計算。,5.2.2 集成運算放大器的放大倍數(shù)和參數(shù),一、兩種放大倍數(shù),1. 開環(huán)放大倍數(shù)AVO,開環(huán)放大倍數(shù)AVO：無反饋時集成運放的放大倍數(shù)。 （5.2.1）,2. 閉環(huán)放大倍數(shù)AVF, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,輸入電壓為零時，兩個輸入端靜態(tài)基極電流的平均值。一般為微安數(shù)量級，IIB越小越好。,二、主要參數(shù),1. 輸入失調(diào)電壓VIO,輸入電壓為零時，為了使放大器輸出電壓為零，在輸入端外加的補償電壓。一般為毫伏級。它表征電路輸入部分不對稱的程度，VIO越小，運放性能越好。,2. 輸入失調(diào)電流IIO,輸入電壓為零時，為了使放大器輸出電壓為零，在輸入端外加的補償電流。其值為兩個輸入端靜態(tài)基極電流之差。,3. 輸入偏置電流IIB, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,電路開環(huán)情況下，輸出電壓與輸出電流之比。ro越小，運放性能越好。一般在幾百歐左右。,4. 開環(huán)電壓放大倍數(shù)AVO,電路開環(huán)情況下，輸出電壓與輸入差模電壓之比。AVO越大，集成運放運算精度越高。一般中增益運放的AVO可達105倍。,5. 開環(huán)輸入阻抗ri,指電路開環(huán)情況下，差模輸入電壓與輸入電流之比。ri越大，運放性能越好。一般在幾百千歐至幾兆歐。,6. 開環(huán)輸出阻抗ro, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,開環(huán)電壓放大倍數(shù)隨信號頻率升高而下降3dB所對應(yīng)的頻寬。以上參數(shù)可根據(jù)集成運放的型號，從產(chǎn)品說明書等有關(guān)資料中查閱。,7. 共模抑制比KCMR,電路開環(huán)情況下，差模放大倍數(shù)AVD與共模放大倍數(shù)AVC之比。KCMR越大，運放性能越好。一般在80dB以上。,8. 輸出電壓峰-峰值VOPP,放大器在空載情況下，最大不失真電壓的峰-峰值。,9. 靜態(tài)功耗PD,電路輸入端短路、輸出端開路時所消耗的功率。,10. 開環(huán)頻寬BW, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,通用型集成運放的特點是：最大差模輸入電壓和最大共模輸入電壓大；輸出有短路保護功能；電源電壓適用范圍寬；不需外接補償電容。如性能較好的CF741等。,三、集成運放產(chǎn)品分類簡介,1. 通用型,2. 特殊型,特殊型集成運放的特點是突出某項性能指標。如：,（1）高輸入阻抗型 差模輸入電阻不小于109。,（2）高精度型 VIO 小于2V。,（3）寬帶型 增益帶寬大。,（4）低功耗型 當(dāng)電源電壓 時，最大功耗不大于6mW。,（5）高速型 轉(zhuǎn)換速率大于30Vs。,（6）高壓型 輸出電壓較高。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,在實際應(yīng)用和分析集成運放電路時，可將實際運放視為理想運放，以簡化分析。,5.2.3 集成運算放大器的理想特性,集成運放的理想特性為：,1.輸入信號為零時，輸出端應(yīng)恒定為零；,2.輸入阻抗ri=；,3.輸出阻抗ro=0；,4.頻帶寬度BW應(yīng)從0；,5.開環(huán)電壓放大倍數(shù)VO=。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,5.2.4 集成運算放大器的應(yīng)用舉例,一、數(shù)學(xué)運算方面的應(yīng)用舉例,1. 簡單的比例運算功能,所以,（1）反向輸入比例運算電路,是電壓并聯(lián)負反饋放大電路。,根據(jù)運放“理想特性”， ， ，而 又是有限值，則, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,由于 ，即A端的電位接近于零電位，但實際并沒有接地，所以通常把A端稱為“虛地”。,故反相輸入比例運放的閉環(huán)放大倍數(shù) （5.2.3）,輸出電壓 （5.2.4）, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,根據(jù)運放“理想特性”， ， 而 又為有限值。得,（2）同相輸入比例運算電路,是電壓串聯(lián)負反饋放大電路。,因此，輸入電壓 (5.2.5),，, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,故同相輸入比例運放的閉環(huán)放大倍數(shù),其中,輸出電壓 (5.2.6),結(jié)論，同相輸入比例運算電路的放大倍數(shù)與 無關(guān)，只取決于 與 的比值；輸出電壓與輸入電壓同相且成比例關(guān)系。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,因為 ，則 ，于是,2. 減法比例運算電路。,由圖可知 ，,整理得,而, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,故電路又稱為減法器。,因 ，故,由于 , ，得 (5.2.7),結(jié)論，輸出電壓正比于兩個輸入電壓之差。,如果 ， 則 (5.2.8), 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,整理可得 (5.2.9),3. 加法比例運算電路,由運放理想特性知 ，因而 由于A點為“虛地”，因此,若取 ，上式簡化為,(5.2.10),結(jié)論，電路的輸出電壓正比于各輸入電壓之和。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,例5.2.1 計算各電路的阻值并連接集成運放電路圖，使它滿足 與 之間的下列運算關(guān)系：,（1） ；,（2） 。,解（1）由 可知 。所以只要按減法比例運算電路連接，其中， ， 且 即符合要求。,集成運放除了組成上述運算單元電路外，還可改變反饋元件或連接方式組成乘法、除法、開方、平方、指數(shù)、對數(shù)以及微分、積分等各種運算電路。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,二、其它方面的應(yīng)用舉例,1. 反相器,符號：,2.電壓跟隨器,如果令同相輸入比例運放中的 ，即輸出電壓 全部反饋到輸入端，而且同相。則,于是,即輸出電壓與輸入電壓數(shù)值相等且同相，稱為電壓跟隨器。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,3. LM324組成的電平指示電路,（1）LM324簡介,LM324是含有四個運放的集成組件。簡稱四運放集成電路。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,四個運放的同相輸入端連接于由V（2AP9）、R10、C2組成的整流電路輸出端，作為信號的輸入端。輸出端分別通過限流電阻R6、R7、R8、R9接有發(fā)光二極管V1、V4、V3、V2。反相輸入端分別經(jīng)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)RP1、R2、R3、R4、R5分壓后加上量值不等的正電壓。,（2）LM324組成的電平指示器, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,無信號輸入時，四個運放同相輸入端皆為零電平，因反相輸入端皆為正電位，所以各運放輸出低電平，因此V1V4各發(fā)光二極管均不發(fā)光。有信號輸入時，信號經(jīng)整流后的對地電壓（電位）若僅大于第2腳電位，則第1腳的發(fā)光二極管V1發(fā)光。若同相輸入端的電位都高于相應(yīng)運放反相輸入端的電位時，四個發(fā)光二極管V1、V4、V3、V2全部發(fā)光。這樣，隨著音頻信號強弱的變化，電路中發(fā)光二極管的個數(shù)和亮度也隨之變化。其中，改變RP1的阻值，可調(diào)整發(fā)光二極管的亮度。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,5.2.5 集成運放使用常識,方法：加阻容補償網(wǎng)絡(luò)。具體參數(shù)和接法可查閱使用說明書。目前，由于大部分集成運放內(nèi)部電路的改進，已不需要外加補償網(wǎng)絡(luò)。,一、零點調(diào)整,方法：將輸入端短路接地，調(diào)整調(diào)零電位器，使輸出電壓為零。,二、消除自激振蕩, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,利用二極管的單向?qū)щ娞匦苑乐褂捎陔娫礃O性接反而造成的損壞。當(dāng)電源極性錯接成上負下正時，兩二極管均不導(dǎo)通，等于電源斷路，從而起到保護作用。,三、保護電路,1. 電源極性的保護,2. 輸入保護,利用二極管的限幅作用對輸入信號幅度加以限制，以免輸入信號超過額定值損壞集成運放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。無論是輸入信號的正向電壓或負向電壓超過二極管導(dǎo)通電壓，則V1或V2中就會有一個導(dǎo)通，從而限制了輸入信號的幅度，起到了保護作用。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,利用穩(wěn)壓管V1和V2接成反向串聯(lián)電路。若輸出端出現(xiàn)過高電壓，集成運放輸出端電壓將受到穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值的限制，從而避免了損壞。,3. 輸出保護,