集成運算放大器課件.ppt

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電子發(fā)燒友 電子技術論壇,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和參數,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用舉例,5.2.5 集成運放使用常識, 電子發(fā)燒友 電子技術論壇,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字集成電路等。,集成電路：把晶體管、電阻、電容以及連接導線等集中制造在一小塊半導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的線性集成電路。, 電子發(fā)燒友 電子技術論壇,1. 集成電路的外形： 國產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，由字母和阿拉伯數字表示，例如CF741、CF124等，其中C表示國家標準，F表示運算放大器，阿拉伯數字表示品種。, 電子發(fā)燒友 電子技術論壇,國產第二代集成運放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外接調零電位器,, 電子發(fā)燒友 電子技術論壇,國產第一代集成運放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，應用時可查閱產品手冊來確定。,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，可通過調試決定數值。, 電子發(fā)燒友 電子技術論壇,圖（a）是國家新標準（GB4728?13—85）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 電子技術論壇,閉環(huán)放大倍數 ：有反饋時集成運放的放大倍數稱為閉環(huán)放大倍數。其數值根據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和參數,一、兩種放大倍數,1. 開環(huán)放大倍數AVO,開環(huán)放大倍數AVO：無反饋時集成運放的放大倍數。 （5.2.1）,2. 閉環(huán)放大倍數AVF, 電子發(fā)燒友 電子技術論壇,輸入電壓為零時，兩個輸入端靜態(tài)基極電流的平均值。一般為微安數量級，IIB越小越好。,二、主要參數,1. 輸入失調電壓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 電子技術論壇,開環(huán)電壓放大倍數隨信號頻率升高而下降3dB所對應的頻寬。以上參數可根據集成運放的型號，從產品說明書等有關資料中查閱。,7. 共模抑制比KCMR,電路開環(huán)情況下，差模放大倍數AVD與共模放大倍數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109Ω。,（2）高精度型 ΔVIO∕ ΔΤ小于2μV∕οС。,（3）寬帶型 增益帶寬大。,（4）低功耗型 當電源電壓 時，最大功耗不大于6mW。,（5）高速型 轉換速率大于30Vμs。,（6）高壓型 輸出電壓較高。, 電子發(fā)燒友 電子技術論壇,在實際應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，輸出端應恒定為零；,2.輸入阻抗ri=∞；,3.輸出阻抗ro=0；,4.頻帶寬度BW應從0→∞；,5.開環(huán)電壓放大倍數ΑVO=∞。, 電子發(fā)燒友 電子技術論壇,5.2.4 集成運算放大器的應用舉例,一、數學運算方面的應用舉例,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。,根據運放“理想特性”， ， ，而 又是有限值，則, 電子發(fā)燒友 電子技術論壇,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 （5.2.3）,輸出電壓 （5.2.4）, 電子發(fā)燒友 電子技術論壇,根據運放“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 電子技術論壇,故同相輸入比例運放的閉環(huán)放大倍數,其中,輸出電壓 (5.2.6),結論，同相輸入比例運算電路的放大倍數與 無關，只取決于 與 的比值；輸出電壓與輸入電壓同相且成比例關系。, 電子發(fā)燒友 電子技術論壇,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 電子技術論壇,故電路又稱為減法器。,因 ，故,由于 , ，得 (5.2.7),結論，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、對數以及微分、積分等各種運算電路。, 電子發(fā)燒友 電子技術論壇,二、其它方面的應用舉例,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值相等且同相，稱為電壓跟隨器。, 電子發(fā)燒友 電子技術論壇,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。反相輸入端分別經電阻分壓網絡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V1~V4各發(fā)光二極管均不發(fā)光。有信號輸入時，信號經整流后的對地電壓（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)光二極管的個數和亮度也隨之變化。其中，改變RP1的阻值，可調整發(fā)光二極管的亮度。, 電子發(fā)燒友 電子技術論壇,5.2.5 集成運放使用常識,方法：加阻容補償網絡。具體參數和接法可查閱使用說明書。目前，由于大部分集成運放內部電路的改進，已不需要外加補償網絡。,一、零點調整,方法：將輸入端短路接地，調整調零電位器，使輸出電壓為零。,二、消除自激振蕩, 電子發(fā)燒友 電子技術論壇,利用二極管的單向導電特性防止由于電源極性接反而造成的損壞。當電源極性錯接成上負下正時，兩二極管均不導通，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部結構。無論是輸入信號的正向電壓或負向電壓超過二極管導通電壓，則V1或V2中就會有一個導通，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,