1、5.2 集成运算放大器集成运算放大器5.2.1 集成运算放大器的外形和符号集成运算放大器的外形和符号5.2.2 集成运算放大器的放大倍数和参数集成运算放大器的放大倍数和参数5.2.3 集成运算放大器的理想特性集成运算放大器的理想特性5.2.4 集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例5.2.5 集成运放使用常识集成运放使用常识5.2 集成运算放大器集成运算放大器 集成电路的类型：集成电路的类型：以集成度即管子和元件数量可分为一百以集成度即管子和元件数量可分为一百以下的小规模集成电路；一百至一千个之间的中规模集成电路；以下的小规模集成电路；一百至一千个之间的中规模集成电路；一千至十万个之
2、间的大规模集成电路；十万以上的超大规模集一千至十万个之间的大规模集成电路；十万以上的超大规模集成电路。按所用器件又可分为双极型器件组成的双极型集成电成电路。按所用器件又可分为双极型器件组成的双极型集成电路；单极型器件组成的单极型集成电路；双极型器件和单极型路；单极型器件组成的单极型集成电路；双极型器件和单极型器件兼容组成的集成器件。此外，还有线性集成电路和数字集器件兼容组成的集成器件。此外，还有线性集成电路和数字集成电路等。成电路等。集成电路：集成电路：把晶体管、电阻、电容以及连接导线等集中把晶体管、电阻、电容以及连接导线等集中制造在一小块半导体基片上而形成具有电路功能的器件。制造在一小块半导
3、体基片上而形成具有电路功能的器件。集成电路的优点：集成电路的优点：体积小、重量轻、安装方便、功耗小、体积小、重量轻、安装方便、功耗小、工作可靠等。工作可靠等。集成运算放大器（简称集成运放）：集成运算放大器（简称集成运放）：直接耦合的高放大直接耦合的高放大倍数的线性集成电路。倍数的线性集成电路。1.集成电路的外形：集成电路的外形：国产集成运放的封装外形主要采用圆壳式和双列直插式。国产集成运放的封装外形主要采用圆壳式和双列直插式。5.2.1 集成运算放大器的外形和符号集成运算放大器的外形和符号 2.集成运放的型号集成运放的型号 国家标准（国家标准（GB3430-82）规定，由字母和阿拉伯数字表）规
4、定，由字母和阿拉伯数字表示，例如示，例如CF741、CF124等，其中等，其中C表示国家标准，表示国家标准，F表示表示运算放大器，阿拉伯数字表示品种。运算放大器，阿拉伯数字表示品种。国产第二代集成运放国产第二代集成运放CF741接线如图所示。双列直插接线如图所示。双列直插式集成运放的管脚顺序是，管脚向下，标志于左，序号自式集成运放的管脚顺序是，管脚向下，标志于左，序号自下而上逆时针方向排列。管脚功能如下：下而上逆时针方向排列。管脚功能如下：3.集成运放的管脚顺序及功能集成运放的管脚顺序及功能CF741外接线图外接线图接正电源接正电源(+9+18)V 接负电源（接负电源（-9-18）V为同相输入
5、端为同相输入端（输出信号与输（输出信号与输入信号同相位）入信号同相位）为反相输入端（输出信为反相输入端（输出信号与输入信号反相位）号与输入信号反相位）为空脚为空脚为输出端为输出端脚脚1、4、5外外接调零电位器接调零电位器 国产第一代集成运放国产第一代集成运放F004接线如图所示。圆壳式集成接线如图所示。圆壳式集成运放的管脚顺序是，管脚向上，序号自标志起从小到大按运放的管脚顺序是，管脚向上，序号自标志起从小到大按顺时针方向排列。管脚功能如下：顺时针方向排列。管脚功能如下：不同类型运放的管脚排列不同类型运放的管脚排列和管脚功能是不同的，应用时和管脚功能是不同的，应用时可查阅产品手册来确定。可查阅产
6、品手册来确定。脚脚7接正电源（接正电源（+15）V，脚，脚4接负电源（接负电源（-15）V，脚，脚6为输出为输出端，端，脚脚1、4、8接调零电位器，接调零电位器，脚脚3为同相输入端，脚为同相输入端，脚2为反相输为反相输入端，脚入端，脚5、6之间的之间的300k 电阻电阻及及RP、CP的作用是消除自激，可的作用是消除自激，可通过调试决定数值。通过调试决定数值。图（图（a a）是国家新标准（）是国家新标准（GB4728 1385）规定的符号；）规定的符号；图（图（b b）是曾用过的符号。画电路时，通常只画出输入和输）是曾用过的符号。画电路时，通常只画出输入和输出端，输入端标出端，输入端标“+”号表
7、示同相输入端，标号表示同相输入端，标“-”号表示反相号表示反相输入端。输入端。4.集成运放的图形符号集成运放的图形符号VFA 闭环放大倍数：有反馈时集成运放的放大倍数称为闭环放大倍数：有反馈时集成运放的放大倍数称为闭环放大倍数。其数值根据具体电路的反馈情况来计算。闭环放大倍数。其数值根据具体电路的反馈情况来计算。5.2.2 集成运算放大器的放大倍数和参数集成运算放大器的放大倍数和参数一、两种放大倍数一、两种放大倍数1.开环放大倍数开环放大倍数AVOIOABOvvvvvAVO-开环放大倍数开环放大倍数AVO：无反馈时集成运放的放大倍数。：无反馈时集成运放的放大倍数。（5.2.1）2.闭环放大倍数
8、闭环放大倍数AVF 输入电压为零时，两个输入端静态基极电流的平均值。输入电压为零时，两个输入端静态基极电流的平均值。一般为微安数量级，一般为微安数量级，IIB越小越好。越小越好。二、主要参数二、主要参数1.输入失调电压输入失调电压VIO 输入电压为零时，为了使放大器输出电压为零，在输入输入电压为零时，为了使放大器输出电压为零，在输入端外加的补偿电压。一般为毫伏级。它表征电路输入部分不端外加的补偿电压。一般为毫伏级。它表征电路输入部分不对称的程度，对称的程度，VIO越小，运放性能越好。越小，运放性能越好。2.输入失调电流输入失调电流IIO 输入电压为零时，为了使放大器输出电压为零，在输入输入电压
9、为零时，为了使放大器输出电压为零，在输入端外加的补偿电流。其值为两个输入端静态基极电流之差。端外加的补偿电流。其值为两个输入端静态基极电流之差。3.输入偏置电流输入偏置电流IIB 电路开环情况下，输出电压与输出电流之比。电路开环情况下，输出电压与输出电流之比。ro越小，越小，运放性能越好。一般在几百欧左右。运放性能越好。一般在几百欧左右。4.开环电压放大倍数开环电压放大倍数AVO 电路开环情况下，输出电压与输入差模电压之比。电路开环情况下，输出电压与输入差模电压之比。AVO越大，集成运放运算精度越高。一般中增益运放的越大，集成运放运算精度越高。一般中增益运放的AVO可可达达105倍。倍。5.开
10、环输入阻抗开环输入阻抗ri 指电路开环情况下，差模输入电压与输入电流之比。指电路开环情况下，差模输入电压与输入电流之比。ri越大，运放性能越好。一般在几百千欧至几兆欧。越大，运放性能越好。一般在几百千欧至几兆欧。6.开环输出阻抗开环输出阻抗ro 开环电压放大倍数随信号频率升高而下降开环电压放大倍数随信号频率升高而下降3dBdB所对应所对应的频宽。以上参数可根据集成运放的型号，从产品说明的频宽。以上参数可根据集成运放的型号，从产品说明书等有关资料中查阅。书等有关资料中查阅。7.共模抑制比共模抑制比KCMR 电路开环情况下，差模放大倍数电路开环情况下，差模放大倍数AVD与共模放大倍数与共模放大倍数
11、AVC之比。之比。KCMR越大，运放性能越好。一般在越大，运放性能越好。一般在80dB以上。以上。8.输出电压峰输出电压峰-峰值峰值VOPP放大器在空载情况下，最大不失真电压的峰放大器在空载情况下，最大不失真电压的峰-峰值。峰值。9.静态功耗静态功耗PD电路输入端短路、输出端开路时所消耗的功率。电路输入端短路、输出端开路时所消耗的功率。10.开环频宽开环频宽BW 通用型集成运放的特点是：最大差模输入电压和最大共通用型集成运放的特点是：最大差模输入电压和最大共模输入电压大；输出有短路保护功能；电源电压适用范围模输入电压大；输出有短路保护功能；电源电压适用范围宽；不需外接补偿电容。如性能较好的宽；
12、不需外接补偿电容。如性能较好的CF741等。等。三、集成运放产品分类简介三、集成运放产品分类简介1.通用型通用型2.特殊型特殊型特殊型集成运放的特点是突出某项性能指标。如：特殊型集成运放的特点是突出某项性能指标。如：（1）高输入阻抗型）高输入阻抗型 差模输入电阻不小于差模输入电阻不小于109。（2）高精度型）高精度型 VIO 小于小于2V。（3）宽带型）宽带型 增益带宽大。增益带宽大。V15（4）低功耗型）低功耗型 当电源电压时，最大功耗不大于当电源电压时，最大功耗不大于6mWmW。（5）高速型）高速型 转换速率大于转换速率大于30Vss。（6）高压型）高压型 输出电压较高。输出电压较高。在实
13、际应用和分析集成运放电路时，可将实际运放视在实际应用和分析集成运放电路时，可将实际运放视为理想运放，以简化分析。为理想运放，以简化分析。5.2.3 集成运算放大器的理想特性集成运算放大器的理想特性集成运放的理想特性为：集成运放的理想特性为：1.输入信号为零时，输出端应恒定为零；输入信号为零时，输出端应恒定为零；2.输入阻抗输入阻抗ri=；3.输出阻抗输出阻抗ro=0；4.频带宽度频带宽度BW应从应从0；5.开环电压放大倍数开环电压放大倍数VO=。（集成运放的理想特性）（集成运放的理想特性）5.2.4 集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例一、数学运算方面的应用举例一、数学运算方面的应
14、用举例1.简单的比例运算功能简单的比例运算功能F1ii 所以所以 （1 1）反向输入比例运算电路）反向输入比例运算电路是电压并联负反馈放大电路。是电压并联负反馈放大电路。irVOAov 根据运放根据运放“理想特性理想特性”，而，而 又是有限又是有限值，则值，则0Ii0VOOAvvA，（5.2.2）0Av 由于，即由于，即A端的电位接近于零电位，但实际并没端的电位接近于零电位，但实际并没有接地，所以通常把有接地，所以通常把A端称为端称为“虚地虚地”。1f11FfIOVFRRiRiRvvA-故反相输入比例运放的闭环放大倍数故反相输入比例运放的闭环放大倍数 （5.2.3）I1fOvRRv-输出电压输
15、出电压 （5.2.4）VFAfR1RVOA 结论，反相输入比例运算电路的闭环放大倍数结论，反相输入比例运算电路的闭环放大倍数 只取决只取决于于电压成反相比例关系。电压成反相比例关系。之比，与开环放大倍数之比，与开环放大倍数 无关；输出电压与输入无关；输出电压与输入与与irVDAOv根据运放根据运放“理想特性理想特性”，而又为有限值。，而又为有限值。得得 （2）同相输入比例运算电路）同相输入比例运算电路是电压串联负反馈放大电路。是电压串联负反馈放大电路。ABIvvv因此，输入电压因此，输入电压 (5.2.5)0VDOAB-Avvv0Ii，故同相输入比例运放的闭环放大倍数故同相输入比例运放的闭环放
16、大倍数其中其中Of11AvRRRv1f1f1AOIOVD1RRRRRvvvvA输出电压输出电压 (5.2.6)I1fO1vRRv 结论，同相输入比例运算电路的放大倍数与结论，同相输入比例运算电路的放大倍数与 无关，无关，只取决于只取决于 与与 的比值；输出电压与输入电压同相且成比例的比值；输出电压与输入电压同相且成比例关系。关系。VOAfR1R因为因为 ，则，则 ，于是，于是0IiF1ii fOA1AI1RvvRvv-2.减法比例运算电路。减法比例运算电路。21RR f3RR fOAFRvvi-1AI11Rvvi-由图可知由图可知 ，f11OfI1ARRRvRvv整理得整理得I2323BvRR
17、Rv而而故电路又称为减法器。故电路又称为减法器。BAvv 2I32311OI1vRRRRRRvRvff因因 ，故，故21RR f3RR)(I1I21fOvvRRv-由于由于 ,，得，得 (5.2.7)结论，输出电压正比于两个输入电压之差。结论，输出电压正比于两个输入电压之差。1fRR I1I2Ovvv-如果如果 ，则则 (5.2.8)-33I22I1I1ORvRvRvRvf整理可得整理可得 (5.2.9)3.加法比例运算电路加法比例运算电路f3214/RRRRR 3I32I21I1fORvRvRvRv-0Ii321Fiiii 由运放理想特性知由运放理想特性知 ，因而因而由于由于A点为点为“虚地
18、虚地”，因此，因此RRRR321若取若取 ，上式简化为，上式简化为)(I3I2I1fOvvvRRv-(5.2.10)结论，电路的输出电压正比于各输入电压之和。结论，电路的输出电压正比于各输入电压之和。RRf)(I3I2I1Ovvvv-如果如果 ，则，则 (5.2.11)故电路称为故电路称为“加法器加法器”。IvOv 例例5.2.1 计算各电路的阻值并连接集成运放电路计算各电路的阻值并连接集成运放电路图，使它满足图，使它满足 与与 之间的下列运算关系：之间的下列运算关系：20I1I2O-vvv（1 1）；10I3I2I1O-vvvv（2 2）。1f20RR f3RR 21RR)(20I1I2Ov
19、vv-201fRR解（解（1 1）由）由 可知可知 。所以只要按减法。所以只要按减法比例运算电路连接，其中，比例运算电路连接，其中，且且 即符即符合要求。合要求。集成运放除了组成上述运算单元电路外，还可改变反馈集成运放除了组成上述运算单元电路外，还可改变反馈元件或连接方式组成乘法、除法、开方、平方、指数、对数元件或连接方式组成乘法、除法、开方、平方、指数、对数以及微分、积分等各种运算电路。以及微分、积分等各种运算电路。)(10I3I2I1Ovvvv-f3214/RRRRR 321RRR1f10RR（2 2）同理，用加法比例电路接线，使，且）同理，用加法比例电路接线，使，且 ，的要求。的要求。，
20、即满足，即满足二、其它方面的应用举例二、其它方面的应用举例1.反相器反相器图中图中“1”表示放大系数为表示放大系数为1。符号：符号：2.电压跟随器电压跟随器Ov1f,0 RR 如果令同相输入比例运放中的如果令同相输入比例运放中的 ，即输出，即输出电压电压 全部反馈到输入端，而且同相。则全部反馈到输入端，而且同相。则111fVFRRAIOvv 于是于是 即输出电压与输入电压数值相即输出电压与输入电压数值相等且同相，称为电压跟随器。等且同相，称为电压跟随器。1fRR IOvv-电压与输入电压在数值上相等且相位相反，称为电压与输入电压在数值上相等且相位相反，称为“反相器反相器”。，即输出，即输出，则
21、，则如果令反相比例运放中的如果令反相比例运放中的3.LM324组成的电平指示电路组成的电平指示电路（1）LM324简介简介 LM324是含有四个运放的集成组件。简称四运放集是含有四个运放的集成组件。简称四运放集成电路。成电路。-i2Vi2VO2V-i1Vi1VO1V GND为接地端，为接地端，VCC为电源正极端（为电源正极端（6V），每个运放），每个运放的反相输入端、同相输入端、输出端均有编号。例如，的反相输入端、同相输入端、输出端均有编号。例如，等等。等等。端及输出端。依此类推，端及输出端。依此类推，、是表示是表示2号运放器的，号运放器的，、分别表示分别表示1号运放的反相输入端、同相输入号运
22、放的反相输入端、同相输入 四个运放的同相输入端连接于由四个运放的同相输入端连接于由V（2AP9）、）、R10、C2组成的整流电路输出端，作为信号的输入端。输出端分别通组成的整流电路输出端，作为信号的输入端。输出端分别通过限流电阻过限流电阻R6、R7、R8、R9接有发光二极管接有发光二极管V1、V4、V3、V2。反相输入端分别经电阻分压网络反相输入端分别经电阻分压网络RP1、R2、R3、R4、R5分压分压后加上量值不等的正电压。后加上量值不等的正电压。（2）LM324组成的电平指示器组成的电平指示器 无信号输入时，四个运放同相输入端皆为零电平，无信号输入时，四个运放同相输入端皆为零电平，因反相输
23、入端皆为正电位，所以各运放输出低电平，因因反相输入端皆为正电位，所以各运放输出低电平，因此此V1V4各发光二极管均不发光。有信号输入时，信号各发光二极管均不发光。有信号输入时，信号经整流后的对地电压（电位）若仅大于第经整流后的对地电压（电位）若仅大于第2脚电位，则脚电位，则第第1脚的发光二极管脚的发光二极管V1发光。若同相输入端的电位都高发光。若同相输入端的电位都高于相应运放反相输入端的电位时，四个发光二极管于相应运放反相输入端的电位时，四个发光二极管V1、V4、V3、V2全部发光。这样，随着音频信号强弱的变全部发光。这样，随着音频信号强弱的变化，电路中发光二极管的个数和亮度也随之变化。其中，
24、化，电路中发光二极管的个数和亮度也随之变化。其中，改变改变RP1的阻值，可调整发光二极管的亮度。的阻值，可调整发光二极管的亮度。5.2.5 集成运放使用常识集成运放使用常识 方法：加阻容补偿网络。具体参数和接法可查阅使方法：加阻容补偿网络。具体参数和接法可查阅使用说明书。目前，由于大部分集成运放内部电路的改进，用说明书。目前，由于大部分集成运放内部电路的改进，已不需要外加补偿网络。已不需要外加补偿网络。一、零点调整一、零点调整 方法：将输入端短路接地，调整调零电位器，使方法：将输入端短路接地，调整调零电位器，使输出电压为零。输出电压为零。二、消除自激振荡二、消除自激振荡 利用二极管的单向导电特
25、性防止由于电源极性接反而造利用二极管的单向导电特性防止由于电源极性接反而造成的损坏。当电源极性错接成上负下正时，两二极管均不成的损坏。当电源极性错接成上负下正时，两二极管均不导通，等于电源断路，从而起到保护作用。导通，等于电源断路，从而起到保护作用。三、保护电路三、保护电路1.电源极性的保护电源极性的保护2.输入保护输入保护 利用二极管的限幅作用对输入信号幅度加以限制，以免利用二极管的限幅作用对输入信号幅度加以限制，以免输入信号超过额定值损坏集成运放的内部结构。无论是输入输入信号超过额定值损坏集成运放的内部结构。无论是输入信号的正向电压或负向电压超过二极管导通电压，则信号的正向电压或负向电压超过二极管导通电压，则V1或或V2中就会有一个导通，从而限制了输入信号的幅度，起到了保中就会有一个导通，从而限制了输入信号的幅度，起到了保护作用。护作用。利用稳压管利用稳压管V1和和V2接成反向串联电路。若输出端出接成反向串联电路。若输出端出现过高电压，集成运放输出端电压将受到稳压管稳压值现过高电压，集成运放输出端电压将受到稳压管稳压值的限制，从而避免了损坏。的限制，从而避免了损坏。3.输出保护输出保护
