汽车电工电子技术 教学课件 ppt 作者 刘鸿健 主编第六章 集成运算放大器.ppt

第一节 集成运算放大器概述 第二节 集成运算放大器的基本特性及应用 学习要求: 掌握集成运算放大器的组成；熟悉集成运算放大器的主要参数；掌握负反馈的概念、反馈类型的判断方法及负反馈对放大电路性能的影响；掌握理想集成运算放大器工作与线性和非线性的特点；掌握反相输入比例运算器、同相输入比例运算器、加法电路及减法电路的工作原理与运算关系，了解微分电路和积分电路的工作原理与运算关系。学会运用“虚短”和“虚断”的概念分析上述运算电路的输出和输入之间的关系；掌握RC正弦波振荡器、电压比较器和方波发生器的工作原理。 在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成的特定功能的电子电路，称为集成电路。它具有体积小、重量轻、价格低、性能可靠等优点。集成电路按所处理的信号不同可分为数字集成电路和模拟集成电路。模拟集成电路一般是由一块厚约0.2到0.25毫米的P型硅片制成且种类很多，有集成运算放大器、模拟乘法器、功率放大器、模拟锁相环等。 集成运算放大器，简称集成运放。它是模拟集成电路中的最主要的代表器件，应用极为广泛，一直在模拟集成电路中居主导地位。由于这种放大器早期是在模拟计算机中进行某些数学运算，故得名运算放大器。但现在的应用早已远远超出在模拟计算机作数学运算的范围，在波形变换、信号处理、自动控制、信号测量等领域也得到了广泛的应用。因此很有必要对集成运放进行学习和研究。 本章主要讲述集成运算放大器的组成、集成运算放大器的主要参数、放大电路中的负反馈、集成运算放大器的基本特性、集成运算放大器的应用电路等内容。 第一节 集成运算放大器概述 一、集成运算放大器的组成 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，它的类型繁多，内部的具体电路也不尽相同，但结构上具有共同之处，由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成。图6-1表示集成运放的内部电路组成原理框图。 输入级是集成运算放大器的关键部分，一般是由三极管（BJT）、结型场效应管（JFET）或金属-氧化物-半导体场效应管（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、有效地减小零点漂移，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。它的输入电阻很高，可达105～106Ω，最低的也有几十千欧。 中间级主要作用是用来提高电压增益，一般采用共发射极放大电路。它可以由一级或多级放大电路组成，如果采用多级放大电路，可以使集成运算放大器的电压放大倍数达到104～106倍。 输出级一般由互补对称电压跟随器或电压跟随器组成，使集成运算放大器的输出电阻很小，一般只有几十欧到几百欧，因而带负载的能力很强，能够输出足够大的电压和电流。 偏置电路是为集成运算放大器的输入级、中间级和输出级电路提供静态偏置电流，设置合适的静态工作点。 运算放大器的图形符号如图6-2所示，其中反相输入端用“-”号表示，同相输入端用“+”号表示 。器件外端输入、输出相应地用N、P和O表示。 图6-2 运算放大器的图形符号 二、集成运算放大器的主要参数 1. 开环差模电压放大倍数Auo 开环差模电压放大倍数Auo是指集成运算放大器工作在线性区，接入规定的负载，无反馈情况下的直流差模电压放大倍数。 Auo 与输出电压Uo的大小无关。通常是在规定的输出电压幅度测得的值。 Auo 又是频率的函数，频率高于某一数值后，Auo的数值开始下降。集成运算放大器的Auo 值可达几万至几百万。 2. 开环差模输入电阻rid 开环差模输入电阻rid是衡量集成运算放大器从信号源取用电流大小的参数。 rid越大，从信号源取用的电流越小，运算精度就越高。集成运算放大器的rid值一般在几十千欧以上。 3. 开环差模输出电阻ro 开环差模输出电阻ro是衡量集成运算放大器带负载能力大小的参数。输出电阻ro越小，集成运算放大器带负载能力就越大。 ro一般为几百欧。 4. 共模抑制比KCMR 共模抑制比KCMR是衡量集成运算放大器抑制干扰信号能力的大小的参数。KCMR数值越大，抑制干扰的能力就越强。一般集成运算放大器的KCMR 可达几十万以上。 5. 最大输出峰—峰电压值 最大输出电压是指集成运算放大器加上标称电源电压并且输出端开路时，集成运放能输出的基本上不失真的最大峰值电压。一般为电源电压的70%左右。 除上述主要的参数外，还有输入失调电压、输入偏置电流、输入失调电流、温度漂移、开环带宽、转换速率等参数。 三、放大电路中的负反馈 在电子电路中，反馈现象是普遍存在的，或以显露或以隐含的方式出现。反馈有正负之分，在放大电路的设计中，主要引入负反馈以改善电路的性能。在集成运算放大电路中加入反馈回路后，便可以构成反相器、比例器、减法器、加法器、积分器、微分器、乘法器、