1、第9章 集成运算放大电路 9.1 集成运算放大器简介集成运算放大器简介 运算放大器是一种放大倍数很高且可以放大直流信号的多级直接耦合放大器，简称运放。将运算放大电路中的二极管、三极管、电阻、电容和导线集中制作在一小块硅片上，封装成为一个整体的电子器件，称为集成电路（IC）。运算放大器；功率放大器；高、中频放大器；稳压器等。集成电路按功能分类模拟集成电路数字集成电路组合逻辑电路时序逻辑电路第9章 集成运算放大电路 9.1.1集成运算放大器的组成 集成运算放大器有二个输入端IN、IN+和一个输出端OUT。标有“”的输入端，称为反相输入端，输出端信号与该端输入信号相位相反；标有“”的输入端，称为同相
2、输入端，输出端信号与该端输入信号相位相同。图形符号和内部电路如下图9-1集成运放的图形符号ININ+OUT图9-2集成运放的内部电路框图UU+Uo输入级偏置电路中间级输出级+第9章 集成运算放大电路 9.1.2 运算放大器的主要参数和工作特点 (1)开环(差模)电压放大倍数Auo 衡量运算精度的参数。Auo越高，精度越高。集成运放的Auo值可达几万至几十万。(2)开环差模输入电阻rid 衡量从信号源取用电流大小的参数。rid愈大，取用电流越小。rid一般在几十千欧以上。图9-3 运算放大器的Auo、rid、roridAuo+UU+UO+(U+-U-)Auoro1.集成运算放大器的主要参数 第9
3、章 集成运算放大电路 (3)开环输出电阻ro 衡量带负载能力的参数。ro越小，带负载能力越强。一般为几百欧。(4)共模抑制比KCMR 衡量抑制干扰信号能力的参数。KCMR越大，抑制干扰的能力愈强。一般运放的KCMR达几十万以上。(5)最大输出峰峰电压UOPP 指运放加上标称电源电压、输出端开路时，运算放大器能输出的基本上不失真的最大峰值电压。UOPP一般为电源电压的70左右。第9章 集成运算放大电路 1.集成运算放大器的工作特点(1)运放在线性工作时的特点(工作在负反馈时)1)因rid很大，故I+、I很小可认为近似等于零。两输入端可视断路，称为“虚断”，即 ii0 （9-1）2)由于开环放大倍
4、数Auo很高，(U+U)的电位差很小，两输入端可视为短路，称为“虚短”，即 U+U=0 (9-2)第9章 集成运算放大电路(2)运放在非线性工作时的特点 集成运放在非线性工作时 UoAuo(U+U)因Auo很大，只要U+U 0，Uo就会达到VOH或VOL。1)当UU时，Uo=VOH，或VCC的70%；2)当UR1，1/C2R2，因此可得到低频等效电路和相量图如图9-20a、b所示。可见uo超前ui接近90，且uo为很低。随着ui频率的增高，uo增高，且uo超前ui角度减小。图9-20 低频等效电路+uiR2C1ia)电路b)相量图uo90IUR2=UoUCUi第9章 集成运算放大电路 当信号的
5、频率足够高时，1/C1R1，1/C2R2，因此可得到高频等效电路和相量图，如图9-21a、b所示。可见uo滞后ui接近90，且uo仍很低。随着ui频率的降低，uo增高，且uo滞后ui角度减小。图9-21 高频等效电路+uiR1C2ia)电路b)相量图 uo90IUR1UiUC2=Uo第9章 集成运算放大电路 当f由0时，uo与ui的由90到90，则必有一频率fo，=0，且Uo最大。分析得o112212fRC R C 常取R1R2R，C1C2C。此时 o12fRCOi13UU 输出电压U2o与输入电压Ui的有效值关系为第9章 集成运算放大电路 1+=3，满足振幅平衡条件。f 时，Uo与U+同相，
6、满足相位平衡条件。图9-22 RC正弦波振荡电路 RRCC+UOR1RF(2)RF、R1作负反馈，保证Auf=为此，常采用改变RF/R1来实现稳幅。可选择负温度系数的热敏电阻作RF或选择正温度系数的热敏电阻作R1，实现稳幅。1FRR2.RC正弦波振荡电路o12fRC (1)RC串并联电路作正反馈。当(3)为稳幅，集成运放的Auf必须由大于3变到等于3。第9章 集成运算放大电路 1.RC充放电电路9.4.3 方波振荡电路图9-23 RC充放电电路(a)电路UOuRuCituCiuRUOuRuCituCiuRURCS+12U+uRuCiUR(1)充电过程 设S 在2时uC=0V，S由2到1后各电量
7、的变化为C=(1-e)tuUR=etuU=etUiRUR(b)充电波形(c)放电波形第9章 集成运算放大电路 (2)放电过程 S 在1时，uC=U，S由1到2后各电量的变化为C=etuUR=-etuU=-etUiR (3)充放电规律 1)电路中各物理量的变化规律都按指数规律变化；2)变化快慢由充电电路的时间常数决定。=RC 从一种稳态到另一种稳态时间一般为t=(35)第9章 集成运算放大电路 图9-24 方波振荡电路 C+UOR2R1uC(a)电路+RUTuCOOUott+UTH-UTL+VoH VoL(b)波形+VoH VoL 2.方波振荡电路第9章 集成运算放大电路 此时VOH经电阻R对C充电，uC由0V开始逐渐升高，到ucUTH时，Uo由VOH跳变为VOL，则下限电压UTL为2THOH12RUVRR2TLOL12()RUVRR 因UO=VOL，uc由UTH经R放电并对C反向充电，当uc下降到ucUTL时，UO又从VOL跳变为+VOH，C又进行充电，如此循环，UO为一方波电压。设Uo=+VOH，则上限电压UTH为
