集成運(yùn)算放大器課件.ppt

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電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,5.2 集成運(yùn)算放大器,5.2.1 集成運(yùn)算放大器的外形和符號(hào),5.2.2 集成運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)和參數(shù),5.2.3 集成運(yùn)算放大器的理想特性,5.2.4 放大器的集成運(yùn)算應(yīng)用舉例,5.2.5 集成運(yùn)放使用常識(shí), 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,5.2 集成運(yùn)算放大器,集成電路的類(lèi)型：以集成度即管子和元件數(shù)量可分為一百以下的小規(guī)模集成電路；一百至一千個(gè)之間的中規(guī)模集成電路；一千至十萬(wàn)個(gè)之間的大規(guī)模集成電路；十萬(wàn)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(xiàn)性集成電路和數(shù)字集成電路等。,集成電路：把晶體管、電阻、電容以及連接導(dǎo)線(xiàn)等集中制造在一小塊半導(dǎo)體基片上而形成具有電路功能的器件。,集成電路的優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、安裝方便、功耗小、工作可靠等。,集成運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱(chēng)集成運(yùn)放）：直接耦合的高放大倍數(shù)的線(xiàn)性集成電路。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,1. 集成電路的外形： 國(guó)產(chǎn)集成運(yùn)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(yùn)算放大器的外形和符號(hào),2. 集成運(yùn)放的型號(hào) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB3430-82）規(guī)定，由字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示，例如CF741、CF124等，其中C表示國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)表示運(yùn)算放大器，阿拉伯?dāng)?shù)字表示品種。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,國(guó)產(chǎn)第二代集成運(yùn)放CF741接線(xiàn)如圖所示。雙列直插式集成運(yùn)放的管腳順序是，管腳向下，標(biāo)志于左，序號(hào)自下而上逆時(shí)針?lè)较蚺帕?。管腳功能如下：,3. 集成運(yùn)放的管腳順序及功能,CF741外接線(xiàn)圖,接正電源(+9~+18)V,接負(fù)電源（-9~-18）V,為同相輸入端（輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同相位）,為反相輸入端（輸出信號(hào)與輸入信號(hào)反相位）,為空腳,為輸出端,腳1、4、5外接調(diào)零電位器,, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,國(guó)產(chǎn)第一代集成運(yùn)放F004接線(xiàn)如圖所示。圓殼式集成運(yùn)放的管腳順序是，管腳向上，序號(hào)自標(biāo)志起從小到大按順時(shí)針?lè)较蚺帕?。管腳功能如下：,不同類(lèi)型運(yùn)放的管腳排列和管腳功能是不同的，應(yīng)用時(shí)可查閱產(chǎn)品手冊(cè)來(lái)確定。,腳7接正電源（+15）V，腳4接負(fù)電源（-15）V，腳6為輸出端，,腳1、4、8接調(diào)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(guò)調(diào)試決定數(shù)值。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,圖（a）是國(guó)家新標(biāo)準(zhǔn)（GB4728?13—85）規(guī)定的符號(hào)；圖（b）是曾用過(guò)的符號(hào)。畫(huà)電路時(shí)，通常只畫(huà)出輸入和輸出端，輸入端標(biāo)“+”號(hào)表示同相輸入端，標(biāo)“-”號(hào)表示反相輸入端。,4. 集成運(yùn)放的圖形符號(hào), 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,閉環(huán)放大倍數(shù) ：有反饋時(shí)集成運(yùn)放的放大倍數(shù)稱(chēng)為閉環(huán)放大倍數(shù)。其數(shù)值根據(jù)具體電路的反饋情況來(lái)計(jì)算。,5.2.2 集成運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)和參數(shù),一、兩種放大倍數(shù),1. 開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)AVO,開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)AVO：無(wú)反饋時(shí)集成運(yùn)放的放大倍數(shù)。 （5.2.1）,2. 閉環(huán)放大倍數(shù)AVF, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,輸入電壓為零時(shí)，兩個(gè)輸入端靜態(tài)基極電流的平均值。一般為微安數(shù)量級(jí)，IIB越小越好。,二、主要參數(shù),1. 輸入失調(diào)電壓VIO,輸入電壓為零時(shí)，為了使放大器輸出電壓為零，在輸入端外加的補(bǔ)償電壓。一般為毫伏級(jí)。它表征電路輸入部分不對(duì)稱(chēng)的程度，VIO越小，運(yùn)放性能越好。,2. 輸入失調(diào)電流IIO,輸入電壓為零時(shí)，為了使放大器輸出電壓為零，在輸入端外加的補(bǔ)償電流。其值為兩個(gè)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(shù)論壇,電路開(kāi)環(huán)情況下，輸出電壓與輸出電流之比。ro越小，運(yùn)放性能越好。一般在幾百歐左右。,4. 開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)AVO,電路開(kāi)環(huán)情況下，輸出電壓與輸入差模電壓之比。AVO越大，集成運(yùn)放運(yùn)算精度越高。一般中增益運(yùn)放的AVO可達(dá)105倍。,5. 開(kāi)環(huán)輸入阻抗ri,指電路開(kāi)環(huán)情況下，差模輸入電壓與輸入電流之比。ri越大，運(yùn)放性能越好。一般在幾百千歐至幾兆歐。,6. 開(kāi)環(huán)輸出阻抗ro, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)隨信號(hào)頻率升高而下降3dB所對(duì)應(yīng)的頻寬。以上參數(shù)可根據(jù)集成運(yùn)放的型號(hào)，從產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)等有關(guān)資料中查閱。,7. 共模抑制比KCMR,電路開(kāi)環(huán)情況下，差模放大倍數(shù)AVD與共模放大倍數(shù)AVC之比。KCMR越大，運(yùn)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(kāi)路時(shí)所消耗的功率。,10. 開(kāi)環(huán)頻寬BW, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,通用型集成運(yùn)放的特點(diǎn)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(hù)功能；電源電壓適用范圍寬；不需外接補(bǔ)償電容。如性能較好的CF741等。,三、集成運(yùn)放產(chǎn)品分類(lèi)簡(jiǎn)介,1. 通用型,2. 特殊型,特殊型集成運(yùn)放的特點(diǎn)是突出某項(xiàng)性能指標(biāo)。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(dāng)電源電壓 時(shí)，最大功耗不大于6mW。,（5）高速型 轉(zhuǎn)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(shù)論壇,在實(shí)際應(yīng)用和分析集成運(yùn)放電路時(shí)，可將實(shí)際運(yùn)放視為理想運(yùn)放，以簡(jiǎn)化分析。,5.2.3 集成運(yùn)算放大器的理想特性,集成運(yùn)放的理想特性為：,1.輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出端應(yīng)恒定為零；,2.輸入阻抗ri=∞；,3.輸出阻抗ro=0；,4.頻帶寬度BW應(yīng)從0→∞；,5.開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)ΑVO=∞。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,5.2.4 集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用舉例,一、數(shù)學(xué)運(yùn)算方面的應(yīng)用舉例,1. 簡(jiǎn)單的比例運(yùn)算功能,所以,（1）反向輸入比例運(yùn)算電路,是電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路。,根據(jù)運(yùn)放“理想特性”， ， ，而 又是有限值，則, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,由于 ，即A端的電位接近于零電位，但實(shí)際并沒(méi)有接地，所以通常把A端稱(chēng)為“虛地”。,故反相輸入比例運(yùn)放的閉環(huán)放大倍數(shù) （5.2.3）,輸出電壓 （5.2.4）, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,根據(jù)運(yùn)放“理想特性”， ， 而 又為有限值。得,（2）同相輸入比例運(yùn)算電路,是電壓串聯(lián)負(fù)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(shù)論壇,故同相輸入比例運(yùn)放的閉環(huán)放大倍數(shù),其中,輸出電壓 (5.2.6),結(jié)論，同相輸入比例運(yùn)算電路的放大倍數(shù)與 無(wú)關(guān)，只取決于 與 的比值；輸出電壓與輸入電壓同相且成比例關(guān)系。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,因?yàn)? ，則 ，于是,2. 減法比例運(yùn)算電路。,由圖可知 ，,整理得,而, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,故電路又稱(chēng)為減法器。,因 ，故,由于 , ，得 (5.2.7),結(jié)論，輸出電壓正比于兩個(gè)輸入電壓之差。,如果 ， 則 (5.2.8), 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,整理可得 (5.2.9),3. 加法比例運(yùn)算電路,由運(yùn)放理想特性知 ，因而 由于A(yíng)點(diǎn)為“虛地”，因此,若取 ，上式簡(jiǎn)化為,(5.2.10),結(jié)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(shù)論壇,[例5.2.1] 計(jì)算各電路的阻值并連接集成運(yùn)放電路圖，使它滿(mǎn)足 與 之間的下列運(yùn)算關(guān)系：,（1） ；,（2） 。,解（1）由 可知 。所以只要按減法比例運(yùn)算電路連接，其中， ， 且 即符合要求。,集成運(yùn)放除了組成上述運(yùn)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(kāi)方、平方、指數(shù)、對(duì)數(shù)以及微分、積分等各種運(yùn)算電路。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,二、其它方面的應(yīng)用舉例,1. 反相器,符號(hào)：,2.電壓跟隨器,如果令同相輸入比例運(yùn)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(shù)值相等且同相，稱(chēng)為電壓跟隨器。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,3. LM324組成的電平指示電路,（1）LM324簡(jiǎn)介,LM324是含有四個(gè)運(yùn)放的集成組件。簡(jiǎn)稱(chēng)四運(yùn)放集成電路。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,四個(gè)運(yùn)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(hào)的輸入端。輸出端分別通過(guò)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(jīng)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)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(shù)論壇,無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，四個(gè)運(yùn)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(yùn)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(hào)輸入時(shí)，信號(hào)經(jīng)整流后的對(duì)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(yīng)運(yùn)放反相輸入端的電位時(shí)，四個(gè)發(fā)光二極管V1、V4、V3、V2全部發(fā)光。這樣，隨著音頻信號(hào)強(qiáng)弱的變化，電路中發(fā)光二極管的個(gè)數(shù)和亮度也隨之變化。其中，改變RP1的阻值，可調(diào)整發(fā)光二極管的亮度。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)論壇,5.2.5 集成運(yùn)放使用常識(shí),方法：加阻容補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。具體參數(shù)和接法可查閱使用說(shuō)明書(shū)。目前，由于大部分集成運(yùn)放內(nèi)部電路的改進(jìn)，已不需要外加補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。,一、零點(diǎn)調(diào)整,方法：將輸入端短路接地，調(diào)整調(diào)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(shù)論壇,利用二極管的單向?qū)щ娞匦苑乐褂捎陔娫礃O性接反而造成的損壞。當(dāng)電源極性錯(cuò)接成上負(fù)下正時(shí)，兩二極管均不導(dǎo)通，等于電源斷路，從而起到保護(hù)作用。,三、保護(hù)電路,1. 電源極性的保護(hù),2. 輸入保護(hù),利用二極管的限幅作用對(duì)輸入信號(hào)幅度加以限制，以免輸入信號(hào)超過(guò)額定值損壞集成運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。無(wú)論是輸入信號(hào)的正向電壓或負(fù)向電壓超過(guò)二極管導(dǎo)通電壓，則V1或V2中就會(huì)有一個(gè)導(dǎo)通，從而限制了輸入信號(hào)的幅度，起到了保護(hù)作用。, 電子發(fā)燒友 電子技術(shù)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(xiàn)過(guò)高電壓，集成運(yùn)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(hù),