集成运算放大器基础课件.ppt
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1、9.1 集成运放简介集成运放简介9.2 差动放大电路差动放大电路9.3 集成运放中的电流源集成运放中的电流源9.4 集成运放的种类和参数集成运放的种类和参数9.5 使用集成运放应注意的几个问题使用集成运放应注意的几个问题9.6 集成运放的简化模型集成运放的简化模型 了解集成运算放大器的一般概况;理解运了解集成运算放大器的一般概况;理解运放的基本结构、组成、符号及主要参数放的基本结构、组成、符号及主要参数; ;熟熟悉集成运算放大器的基本类型及其应用;掌悉集成运算放大器的基本类型及其应用;掌握集成运算放大器的理想化条件,并能运用握集成运算放大器的理想化条件,并能运用理想化条件对集成运放电路进行分析
2、;掌握理想化条件对集成运放电路进行分析;掌握集成运放的简化模型。集成运放的简化模型。 9.1 集成运放简介集成运放简介 集成电路(英文简称集成电路(英文简称IC)是)是60年代初发展起来的一种新年代初发展起来的一种新型半导体器件。集成电路体积小,密度大、功耗低、引线型半导体器件。集成电路体积小,密度大、功耗低、引线短、外接线少,从而大大提高了电子电路的可靠性与灵活短、外接线少,从而大大提高了电子电路的可靠性与灵活性,减少组装和调整工作量,降低了成本。自性,减少组装和调整工作量,降低了成本。自1959年世界年世界上第一块集成电路问世至今,只不过才经历了五十多年时上第一块集成电路问世至今,只不过才
3、经历了五十多年时间,但它已深入到工农业、日常生活及科技领域的相当多间,但它已深入到工农业、日常生活及科技领域的相当多产品中。例如在导弹、卫星、战车、舰船、飞机等军事装产品中。例如在导弹、卫星、战车、舰船、飞机等军事装备中;在数控机床、仪器仪表等工业设备中;在通信技术备中;在数控机床、仪器仪表等工业设备中;在通信技术和计算机中;在音响、电视、录像、洗衣机、电冰箱、空和计算机中;在音响、电视、录像、洗衣机、电冰箱、空调等家用电器中都采用了集成电路。集成电路的发展,对调等家用电器中都采用了集成电路。集成电路的发展,对各行各业的技术改造与产品更新起到了促进作用。各行各业的技术改造与产品更新起到了促进作
4、用。 9.1.1 集成电路(集成电路(IC) 早期,运放主要用来完成模拟信号的求和、微分和积分早期,运放主要用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算,故称为运算放大器。现在,运放的应用已远远超等运算,故称为运算放大器。现在,运放的应用已远远超过运算的范围。它在通信、控制和测量等设备中得到广泛过运算的范围。它在通信、控制和测量等设备中得到广泛应用。下图所示为常见的集成电路封装形式。应用。下图所示为常见的集成电路封装形式。圆壳式圆壳式 双列双列直插式直插式 扁平式扁平式 单列单列直插式直插式 直插式直插式 单列单列扁平式扁平式 集成运放的型号和种类很多,内部电路也各有差异,但集成运放的型号和种类很
5、多,内部电路也各有差异,但它们的基本组成部分相同,如下图所示:它们的基本组成部分相同,如下图所示: 集成运放内部除了上述三个部分,其内部还接有集成运放内部除了上述三个部分,其内部还接有偏置偏置电电路,偏置电路的作用是向各级提供合适的工作电流。路,偏置电路的作用是向各级提供合适的工作电流。差动差动输入级输入级中间放大级中间放大级输出级输出级uiu0运放的输入级。利运放的输入级。利用差动放大电路的用差动放大电路的对称特性可提高整对称特性可提高整个电路的共模抑制个电路的共模抑制比和电路性能。比和电路性能。中间级的主要作中间级的主要作用是提高电压增用是提高电压增益。一般由多级益。一般由多级放大电路组成
6、。放大电路组成。输出级常用电压跟输出级常用电压跟随器或互补电压跟随器或互补电压跟随器组成,以降低随器组成,以降低输出电阻,提高带输出电阻,提高带负载能力。负载能力。偏置电路偏置电路9.1.2 集成运放的组成与特点集成运放的组成与特点集成运算放大器的分类集成运算放大器的分类 通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。标能适合于一般性使用。 1. 通用型运算放大器通用型运算放大器集成运放芯片引脚功能及元器件特点集成运放芯片引脚功能及
7、元器件特点图示为常用图示为常用A741集成运放芯片产品实物图集成运放芯片产品实物图A741集成运放的集成运放的8个管脚排列图如下:个管脚排列图如下:12438765调零端调零端 反相输入端反相输入端 同相输入端同相输入端 负电源端负电源端 调零端调零端 输出端输出端 正电源端正电源端 空脚空脚 反相输入端反相输入端A741集成运放图形符号集成运放图形符号U0U+U-A741集成运放外部接线图集成运放外部接线图同相输入端同相输入端12V12V输出端子输出端子调零电位器调零电位器 管脚管脚1和和5分别与调零电位分别与调零电位器的两个固定端相连器的两个固定端相连 调零电位器的可调调零电位器的可调端与
8、管脚端与管脚4相连相连6513724 与分立元器件相比,集成电路元器件有以下特点:与分立元器件相比,集成电路元器件有以下特点:单个元器件的精度不高,受温度影响也较大,但在同一单个元器件的精度不高,受温度影响也较大,但在同一硅片上用相同工艺制造出来的元器件性能比较一致,对称硅片上用相同工艺制造出来的元器件性能比较一致,对称性好,相邻元器件的温度差别小,因而同一类元器件温度性好,相邻元器件的温度差别小,因而同一类元器件温度特性也基本一致;特性也基本一致;集成电阻及电容的数值范围窄,数值较大的电阻、电容集成电阻及电容的数值范围窄,数值较大的电阻、电容占用硅片面积大。集成电阻一般在几十欧姆几十千欧姆占
9、用硅片面积大。集成电阻一般在几十欧姆几十千欧姆范围内,电容一般为几十微微法拉。电感目前不能集成;范围内,电容一般为几十微微法拉。电感目前不能集成;元器件性能参数的绝对误差比较大,而同类元器件性能元器件性能参数的绝对误差比较大,而同类元器件性能参数之比值比较精确;参数之比值比较精确;纵向纵向NPN管管值较大,占用硅片面积小,容易制造。而值较大,占用硅片面积小,容易制造。而横向横向PNP管的管的值很小,但其值很小,但其PN结的耐压高。结的耐压高。 零点漂移现象零点漂移现象 直接耦合直接耦合的多级放大电路,当输入信号为零时,由于温度的多级放大电路,当输入信号为零时,由于温度的变化、电源电压的波动以及
10、元器件老化等原因,使放大电的变化、电源电压的波动以及元器件老化等原因,使放大电路的工作点发生变化,这个不为零的、无规则的、持续缓慢路的工作点发生变化,这个不为零的、无规则的、持续缓慢变化量会被直接耦合的放大电路逐级加以放大并传送到输出变化量会被直接耦合的放大电路逐级加以放大并传送到输出端,使输出电压偏离原来的起始点而上下漂动,这种现象称端,使输出电压偏离原来的起始点而上下漂动,这种现象称为为,简称零漂或温漂。,简称零漂或温漂。 ui=0RC1R1VT1UCCuO0RC2VT2R2RE2uOt0零漂有时会把零漂有时会把有用信号淹没有用信号淹没9.2 差动放大电路差动放大电路9.2.1 差动放大电
11、路的工作原理差动放大电路的工作原理 为了抑制为了抑制“零漂零漂”,必须采用相应措施,其中最有效的措,必须采用相应措施,其中最有效的措施就是采用差动施就是采用差动放大电路。放大电路。 1. 差模信号和共模信号差模信号和共模信号RC1RC2VCCu0ReVEEui2ui1u02u01VT1VT2 差动放大电路由两个对称的差动放大电路由两个对称的共射基本放大电路组成。其中共射基本放大电路组成。其中VT1、VT2是两个特性完全相是两个特性完全相同的晶体管,两管基极信号电同的晶体管,两管基极信号电压压ui1、ui2大小相等、相位相反。大小相等、相位相反。 差模信号差模信号RC1RC2VCCu0ReVEE
12、ui2ui1u02u01VT1VT2 差动放大电路这种双端输入方式差动放大电路这种双端输入方式称为称为差模输入差模输入方式,所加信号称为方式,所加信号称为差模信号,差模信号,差模信号是放大电路中差模信号是放大电路中需要传输和放大的有用信号需要传输和放大的有用信号,用,用uid表示,数值上等于两管输入信号的表示,数值上等于两管输入信号的差值:差值:uid=ui1 ui2 两个输入端信号之间的差值实际上就是加在多级放大电路两个输入端信号之间的差值实际上就是加在多级放大电路输入级的信号电压,信号电压的差值只要不为零时才能进行输入级的信号电压,信号电压的差值只要不为零时才能进行放大和传输。显然,差动放
13、大电路放大的是两个输入端信号放大和传输。显然,差动放大电路放大的是两个输入端信号的差值,所以又称为的差值,所以又称为。 共模信号共模信号 温度变化、电源电压波动等温度变化、电源电压波动等引起的零漂电压,折合到放大引起的零漂电压,折合到放大电路输入端,相当于在放大电电路输入端,相当于在放大电路输入端加了路输入端加了“共模信号共模信号”,外界电磁干扰对放大电路的影外界电磁干扰对放大电路的影响也相当于在输入端加上了响也相当于在输入端加上了“共模信号共模信号”。可见,所谓的。可见,所谓的。因此,放大电路对共。因此,放大电路对共模信号不仅不应放大,反而应模信号不仅不应放大,反而应当具有较强的抑制能力。当
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