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1、一)、输入级,差分电路，大大减少温漂。,二、中间级,采用有源负载的共发射极电路，增益大。,三、输出级,互补对称 电路，带负载能力强,四、偏置电路,电流源电路，为各级提供合适的静态工作点。,一、集成运放电路的组成及特点,实质是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路,图 1集成运算的基本组成,9/24/2022,1,一)、输入级差分电路，大大减少温漂。二、中间级采用有源负载的,1.集成运放的符号和电压传输特性 uO=f(uP-uN),由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压(uPuN)的数值仅为几十一百多微伏。,在线性区：uOAod(uPuN)Aod是开环差模放大倍数。,
2、非线性区,(uPuN)的数值大于一定值时，集成运放的输出不是UOM,就是UOM，即集成运放工作在非线性区。,9/24/2022,2,1.集成运放的符号和电压传输特性 uO=f(uP-uN),2、集成运放的性能指标及低频等效电路,一、开环差模电压增益 Aod,一般用对数表示，定义为,单位：分贝,理想情况 Aod 为无穷大；实际 Aod 为 100 140 dB。,2.1集成运放的主要性能指标,9/24/2022,3,2、集成运放的性能指标及低频等效电路一、开环差模电压增益 A,二、输入失调电压 UIO,三、输入失调电压温漂 UIO,定义：,为了使输出电压为零，在输入端所需要加的补偿电压。,一般运
3、放：UIO 为 1 10 mV；,高质量运放：UIO 为 1 mV 以下。,定义：,一般运放为 每度 10 20 V；,高质量运放低于每度 0.5 V 以下；,9/24/2022,4,二、输入失调电压 UIO三、输入失调电压温漂 UIO 定义,四、输入失调电流 IIO,五、输入失调电流温漂 IIO,当输出电压等于零时，两个输入端偏置电流之差，即,定义：,一般运放为 几十 一百纳安；高质量的低于 1 nA。,定义：,一般运放为 每度几纳安；高质量的每度几十皮安。,9/24/2022,5,四、输入失调电流 IIO五、输入失调电流温漂 IIO,六、输入偏置电流 IIB,七、差模输入电阻 rid,八、
4、共模抑制比 KCMR,定义：,输出电压等于零时，两个输入端偏置电流的平均值。,定义：,一般集成运放为几兆欧。,定义：,多数集成运放在 80 dB 以上，高质量的可达 160 dB。,9/24/2022,6,六、输入偏置电流 IIB七、差模输入电阻 rid八、共模抑制,九、最大共模输入电压 UIcm,输入端所能承受的最大共模电压。,十、最大差模输入电压 UIdm,反相输入端与同相输入端之间能够承受的最大电压。,十一、-3 dB带宽 fH,表示 Aod 下降 3 dB 时的频率。一般集成运放 fH 只有几赫至几千赫。,9/24/2022,7,九、最大共模输入电压 UIcm输入端所能承受的最大共模电
5、压。,十二、单位增益带宽fc,Aod 降至 0 dB 时的频率，此时开环差模电压放大倍数等于 1。,十三、转换速率 SR,额定负载条件下，输入一个大幅度的阶跃信号时，输出电压的最大变化率。单位为 V/s。,在实际工作中，输入信号的变化率一般不要大于集成运放的 SR 值。,其他技术指标还有：最大输出电压、静态功耗及输出电阻等。,9/24/2022,8,十二、单位增益带宽fc Aod 降至 0 dB 时,增益带宽积,频率响应,9/24/2022,9,增益带宽积频率响应9/24/20229,集成运放的主要性能指标,指标参数 F007典型值 理想值开环差模增益 Aod 106dB 差模输入电阻 rid
6、 2M 共模抑制比 KCMR 90dB 输入失调电压 UIO 1mV 0UIO的温漂d UIO/dT()几V/0输入失调电流 IIO(IB1-IB2)20nA 0UIO的温漂d UIO/dT()几nA/0 最大共模输入电压 UIcmax 13V最大差模输入电压 UIdmax 30V-3dB带宽 fH 10Hz 转换速率 SR(=duO/dtmax)0.5V/S,9/24/2022,10,集成运放的主要性能指标 指标参数,F007所具有的高性能,Ad较大：放大差模信号的能力较强Ac较小：抑制共模信号的能力较强rid较大：从信号源索取的电流小ro小：带负载能力强Uom大：其峰值接近电源电压输入端耐
7、压高：使输入端不至于击穿的差模电压大。uIcmax大：接近电源电压,9/24/2022,11,F007所具有的高性能Ad较大：放大差模信号的能力较强9/2,3、集成运放的种类,按工作原理,电压放大型：输入量与输出量均为电压电流放大型：输入量与输出量均为电流跨导型：输入量为电压，输出量均为电流互阻型：输入量为电流，输出量均为电压,按可控性,可控增益：利用外加控制电压控制增益的大小选通控制：输入为多通道，利用输入的逻辑信 号控制那个通道的信号放大,9/24/2022,12,3、集成运放的种类按工作原理电压放大型：输入量与输出量均为电,3、集成运放的种类,按性能指标,高 阻 型：rid，可高于101
8、2。用于测量放大器、信号发生器。高 速 型：fH和SR高，fH可达1.7GHz，SR可达 103V/S。用于A/D、D/A转换电路、视频放大器。高精度型：低失调、低温漂、低噪声、高增益，Aod高于105dB。用于微弱信号的测量与运算、高精度设备。低功耗型：工作电源电压低、静态功耗小，在100200W。用于空间技术、军事科学和工业中的遥感遥测。大功率型、仪表用放大器、隔离放大器、缓冲放大器,通常情况下用通用型运放，特殊情况下才用专用型运放。,9/24/2022,13,3、集成运放的种类按性能指标高 阻 型：rid，可高于1,+UOM,-UOM,Ao越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加
9、负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。,例：若UOM=12V，Ao=106，则|ui|12V时，运放 处于线性区。,线性放大区,二、运放应用,运放工作在线性区时的特点,9/24/2022,14,uiuo+UOM-UOMAo越大，运放的线性范围越小，必须,由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放。,理想运放的条件,放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。,运放工作在线性区的特点,1、在分析信号运算电路时对运放的处理,9/24/2022,15,由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时,2、分
10、析运放组成的线性电路的出发点,虚短路虚开路放大倍数与负载无关，可以分开分析。,9/24/2022,16,2、分析运放组成的线性电路的出发点虚短路u+uo_+u,3.1 比例运算电路,作用：将信号按比例放大。,类型：同相比例放大和反相比例放大。,方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。,3、信号的运算电路,9/24/2022,17,3.1 比例运算电路作用：将信号按比例放大。类型：同相比例放,i1=i2,1.放大倍数,虚短路,虚开路,一、反相比例运算电路,结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。,虚开路,9/24/2
11、022,18,i1=i2uo_+R2R1RPuii1i21.放,2.电路的输入电阻,ri=R1,平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。,RP=R1/R2,uo,为保证一定的输入电阻，当放大倍数大时，需增大R2，而大电阻的精度差，因此，在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。,9/24/2022,19,2.电路的输入电阻ri=R1平衡电阻，使输入端对地的静态电,4.共模电压,输入电阻小、共模电压为 0 以及“虚地”是反相输入的特点。,3.反馈方式,电压并联负反馈,输出电阻很小！,9/24/2022,20,4.共模电压电位为0，虚地输入电阻小、共模电压为 0 以及,反相比例
12、电路的特点：,1.共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低。,2.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。,3.由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。,4.在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。,9/24/2022,21,反相比例电路的特点：1.共模输入电压为0，因此对运放的共模,例：求Au=?,i1=i2,虚短路,虚开路,虚开路,9/24/2022,22,uo_+R2R1RPuiR4R3i1i2i4i3M例：,该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电阻。但R3的存在，削弱了负反馈。,9/24/2022,23,该放大电路，在放大倍数较大
13、时，可避免使用大电阻。但R3的存在,二、同相比例运算电路,u-=u+=ui,反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高。,虚短路,虚开路,结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。,虚开路,9/24/2022,24,二、同相比例运算电路_+R2R1RPuiuou-=u,同相比例电路的特点：,3.共模输入电压为ui，因此对运放的共模抑制比要求高。,1.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。,2.由于串联负反馈的作用，输入电阻大。,9/24/2022,25,同相比例电路的特点：3.共模输入电压为ui，因此对运放的共,此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路
14、中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。,三、电压跟随器,结构特点：输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入。电压跟随器是同相比例运算放大器的特例。,9/24/2022,26,_+uiuo此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电,3.2 加减运算电路,作用：将若干个输入信号之和或之差按比例放大。,类型：同相求和和反相求和。,方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。,9/24/2022,27,3.2 加减运算电路作用：将若干个输入信号之和或之差按比例放,一、反相求和运算,实际应用时可适当增加或减少输入端的个
15、数，以适应不同的需要。,9/24/2022,28,一、反相求和运算R12_+R2R11ui2uoRPui1,i12,iF,i11,调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。,9/24/2022,29,i12iFi11R12_+R2R11ui2uoRPui1,二、同相求和运算,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。,9/24/2022,30,二、同相求和运算实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适,此电路如果以 u+为输入，则输出为：,u+与 ui1 和 ui2 的关系如何？,注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不
16、能单独调整。,流入运放输入端的电流为0（虚开路）,9/24/2022,31,此电路如果以 u+为输入，则输出为：-R1RF+ui1,左图也是同相求和运算电路，如何求同相输入端的电位？,提示：1.虚开路：流入同相端的电流为0。2.节点电位法求u+。,9/24/2022,32,-R1RF+ui1uoR21R22ui2R左图也是同相求,三、单运放的加减运算电路,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。,9/24/2022,33,三、单运放的加减运算电路实际应用时可适当增加或减少输入端的个,虚短路,虚开路,虚开路,9/24/2022,34,R2_+R5R1ui2uoui1R4ui4u
17、i3R3R6,解出：,单运放的加减运算电路的特例：差动放大器,差动放大器放大了两个信号的差，但是它的输入电阻不高（=2R1）,这是由于反相输入造成的。,9/24/2022,35,_+R2R1R1ui2uoR2ui1解出：单运放的加减,四、双运放的加减运算电路,9/24/2022,36,四、双运放的加减运算电路-RF1+ui1uo1R1ui2R,例：A/D变换器要求其输入电压的幅度为0+5V，现有信号变化范围为-5V+5V。试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为0+5V。,uo=0.5ui+2.5 V,9/24/2022,37,例：A/D变换器要求其输入电压的幅度为0+5V，现有信,uo=0.5
18、ui+2.5 V,=0.5(ui+5)V,9/24/2022,38,uo=0.5ui+2.5 V=,五、三运放电路,调节RW可以改变放大器的增益。产品如AD624数据放大器等，RW有引线连出，同时有一组组RW接成分压器形式，可选择连线接成多种的RW阻值。,9/24/2022,39,五、三运放电路uo2+A+ARRRWui1ui2uo1a,虚短路：,虚开路：,9/24/2022,40,uo2+A+ARRRWui1ui2uo1ab+虚短路：虚,三运放电路是差动放大器，放大倍数可变。由于输入均在同相端，此电路的输入电阻高。,9/24/2022,41,三运放电路是差动放大器，放大倍数可变。uo2uo1
19、R1R1,例：由三运放放大器组成的温度测量电路。,Rt：热敏电阻,集成化:仪表放大器,9/24/2022,42,例：由三运放放大器组成的温度测量电路。uoR1R1+A3R,Rt=f(TC),9/24/2022,43,Rt=f(TC)uoR1R1+A3R2R2+A1_+,1.它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小。,2.关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。,3.同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。,比例运算电路与加减运算电路小结,9/24/2022,44,1.它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小。2.关,3.3 积分运算电路和微分运算电路 1.积分运算电路
20、,9/24/2022,45,3.3 积分运算电路和微分运算电路 1.积分运算电路9,移相,利用积分运算的基本关系实现不同的功能,1)输入为阶跃信号时的输出电压波形？,2)输入为方波时的输出电压波形？,3)输入为正弦波时的输出电压波形？,线性积分，延时,波形变换,注意：为防止低频信号增益过大，常在电容上并联电阻。,9/24/2022,46,移相利用积分运算的基本关系实现不同的功能1)输入为阶跃信号,U,-Uom,TM,积分时限,应用举例：如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。,思考：如果输入是正弦波，输出波形怎样，请自己计算。,9/24/2022,47,t
21、ui0tuo0U-UomTM积分时限应用举例：如果积分器从,其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法与除法运算电路等，由于课时的限制，不作为讲授内容。,积分电路的主要用途：,1.在电子开关中用于延迟。2.波形变换。例：将方波变为三角波。3.A/D转换中，将电压量变为时间量。4.移相。,9/24/2022,48,其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法与除法运算电路等，,2.微分运算电路,为了克服集成运放的阻塞现象和自激振荡，实用电路应采取措施。,限制输入电流,限制输出电压幅值,滞后补偿,9/24/2022,49,2.微分运算电路 为了克服集成运放的阻塞现象和自激振,3.3 微分运算电路与积
22、分运算电路,u=u+=0,2、微分运算,9/24/2022,50,3.3 微分运算电路与积分运算电路u=u+=0uit,电压源的要求：输出电阻小。所以，要有电压负反馈。,电路组成：比例放大器。,一、电压源,电压源、电流源,9/24/2022,51,电压源的要求：输出电阻小。所以，要有电压负反馈。电路组成：比,电路特点:,1.输出电压的大小调节方便。2.同相比例放大器组成的电压源的输出大于输入。3.反相比例放大器组成的电压源输出可以小于输入。4.同相比例放大器的输入电阻大，从信号源取得的电流小。,9/24/2022,52,电路特点:1.输出电压的大小调节方便。9/24/20225,要求：输出电阻
23、大。所以，要有电流负反馈。,F,IL,负载悬地！,二、电流源,9/24/2022,53,要求：输出电阻大。所以，要有电流负反馈。_+R2R1R,豪兰德电流源电路,电路既引入了负反馈，又引入了正反馈。,负载接地的电流源,9/24/2022,54,豪兰德电流源电路电路既引入了负反馈，又引入了正反馈。负载接地,集成运算放大器的使用要点,1集成运放的电源供给方式集成运放有两个电源接线端+VCC和-VEE，但有不同的电源供给方式。对于不同的电源供给方式，对输入信号的要求是不同的。,（1）对称双电源供电方式运算放大器多采用这种方式供电。相对于公共端（地）的正电源（+E）与负电源（-E）分别接于运放的+VC
24、C和-VEE管脚上。在这种方式下，可把信号源直接接到运放的输入脚上，而输出电压的振幅可达正负对称电源电压。,9/24/2022,55,集成运算放大器的使用要点1集成运放的电源供给方式（1）对称,（2）单电源供电方式单电源供电是将运放的-VEE管脚连接到地上。此时为了保证运放内部单元电路具有合适的静态工作点，在运放输入端一定要加入一直流电位，如图所示。此时运放的输出是在某一直流电位基础上随输入信号变化。对于图交流放大器，静态时，运算放大器的输出电压近似为VCC/2，为了隔离掉输出中的直流成分接入电容C3。,9/24/2022,56,（2）单电源供电方式9/24/202256,LM324作反相交流
25、放大器,代替晶体管进行交流放大,用于扩音机前置放大等。电路无需调试。放大器电压放大倍数 Av=-Rf/Ri。,VCC,9/24/2022,57,LM324作反相交流放大器 VCC9/24/20225,2集成运放的调零问题由于集成运放的输入失调电压和输入失调电流的影响，当运算放大器组成的线性电路输入信号为零时，输出往往不等于零。为了提高电路的运算精度，要求对失调电压和失调电流造成的误差进行补偿，这就是运算放大器的调零。常用的调零方法有内部调零和外部调零，而对于没有内部调零端子的集成运放，要采用外部调零方法。下面以mA741为例，图3.2.2给出了常用调零电路。图3.2.2(a)所示的是内部调零电
26、路；图（b）是外部调零电路。,9/24/2022,58,2集成运放的调零问题9/24/202258,内部调零电路,外部调零电路,9/24/2022,59,内部调零电路外部调零电路9/24/202259,3使用中可能出现的异常现象,不能调零,.调零电位器故障；,.应用电路接线有误或有虚焊；,.反馈极性接错或负反馈开环；,.集成运放内部损坏；,.关断电源后重新接通即可恢复是 输入信号过大而造成“堵塞”现象,原因:,方法：将输入端短路接地，调整调零电位器，使输出电压为零。,9/24/2022,60,3使用中可能出现的异常现象不能调零.调零电位器故障；.应用,漂移现象严重,存在虚焊点,运放产生自激振荡
27、或受强电磁场干扰,集成运放靠近发热元件,输入回路保护二极管受光照射,调零电位器滑动端接触不良,集成运放本身损坏或质量不合格等,原因：,9/24/2022,61,漂移现象严重存在虚焊点运放产生自激振荡或受强电磁场干扰集成运,集成运放的自激振荡问题运算放大器是一个高放大倍数的多级放大器，在接成深度负反馈条件下，很容易产生自激振荡。为使放大器能稳定的工作，就需外加一定的频率补偿网络，以消除自激振荡。图3.2.3是相位补偿的使用电路。,9/24/2022,62,集成运放的自激振荡问题9/24/202262,另外，防止通过电源内阻造成低频振荡或高频振荡的措施是在集成运放的正、负供电电源的输入端对地一定要
28、分别加入一电解电容（10mF）和一高频滤波电容（0.01mF0.1mF）。如图3.2.3所示。,9/24/2022,63,另外，防止通过电源内阻造成低频振荡或高频振荡的措施是在集成运,产生自激振荡,消振措施：,按规定部位和参数接入校正网络,防止反馈极性接错,避免负反馈过强,合理安排接线，防止杂散电容过大,9/24/2022,64,产生自激振荡消振措施：按规定部位和参数接入校正网络防止反馈极,1、输入保护,反相输入保护,限制集成运放两个输入端间的差模输入电压不超过二极管VD1、VD2的正向导通电压,保护电路,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
29、。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V1或V2中就会有一个导通，从而限制了输入信号的幅度，起到了保护作用。,9/24/2022,65,1、输入保护反相输入保护uO+AR1RFVD1VD2uI限制,同相输入保护,限制集成运放的共模输入电压不超过V至V的范围,9/24/2022,66,同相输入保护+V+AR1VD1VD2RFR-VuOuI限制集,2、电源极性错接保护,若电源的极性错接，二极管VD1、VD2不能导通，使电源断开,电源接错保护,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，两二极管均不导通，等于电源断路，从而起到保护作用。,9/24/2022,67,2、电源极性错接保护若电源的极性错接，二极管VD1、VD2,3、输出端错接保护,利用稳压管保护运放,利用稳压管V1和V2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的限制，从而避免了损坏。,9/24/2022,68,3、输出端错接保护+AR1VDZ1VDZ2RFuOuI利用,4、输出限流保护,(b)保护管工作特性,正常工作时工作点在 A，工作电流过大，工作点经B 移到C或D 点，电流基本不变,(a)电 路 图,B,C,D,A,输出限流保护,9/24/2022,69,4、输出限流保护+AVT1VT2VEER2R3R4R1VT4,
