电子基础知识集成运算放大器

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1、集成运算放大器集成运算放大器集成运放的应用了解集成运算放大器的一般概况；熟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，并能运用理想化条件对集成运放电路进行分析；理解运放的基本结构、组成、符号及主要参数，了解其常用的非线性应用。学习目的与要求一、集成运算放大器在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路(英文简称IC)。集成电路的体积很小，但性能却很好。自1959年世界上第一块集成电路问世至今，只不过才经历了四十来年时间，但它已深入到工农业、日常生活及科技领域的相当多产

2、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；在通信技术和计算机中；在音响、电视、录象、洗衣机、电冰箱、空调等家用电器中都采用了集成电路。集成电路的技术发展将直接促进整机的小型化、高性能化、多功能化和高可靠性。毫不夸张地说，集成电路是工业的“食粮”和“原油”。1.集成运算放大器概述集成运算放大器简称运放，是一种多端集成电路。集成运放是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。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过运算的范围。它在通信、控制和测量等设备中得

3、到广泛应用。常见集成电路的封装形式圆壳式双列直插式扁平式单列直插式直插式单列扁平式差分输入级中间放大级输出级ui+_u0集成运放的型号和种类很多，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：运放的输入级。利用差分电路的对称特性可提高整个电路的共模抑制比和电路性能。中间级的主要作用是提高电压增益。一般由多级放大电路组成。输出级常用电压跟随器或互补电压跟随器组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。集成运放内部主要有上述三个部分，其外部还常接有偏置电路，以便向各级提供合适的工作电流。(1)开环电压放大倍数Au0其数值很高，一般约为104~10

4、7。该值反映了输出电压U0与输入电压U＋和U－之间的关系。(2)差模输入电阻ri运放的差动输入电阻很高，一般在几十千欧至几十兆欧。(3)闭环输出电阻r0由于运放总是工作在深度负反馈条件下，因此其闭环输出电阻很低，约在几十欧至几百欧之间。指运放两个输入端能承受的最大共模信号电压。超出这个电压时，运放的输入级将不能正常工作或共模抑制比下降，甚至造成器件损坏。(4)最大共模输入电压Uicmax2.集成运放的主要技术指标为简化分析过程，同时又能满足实际工程的需要，常把集成运放理想化，集成运放的理想化参数为：①开环电压放大倍数Au0=∞②差模输入电阻ri=∞

5、③输出电阻r0=0④共模抑制比KCMR=∞3.集成运算放大器的理想特性4、集成运放工作在线性区的特点由可知，理想运放工作在线性区时，输出电压U0与输入电压Ui之间是线性放大关系。因Au0=∞，所以可导出运放工作在线性区差模输入电压等于零，说明，即理想运放的两个输入端电位相等。1、两点等电位相当于短路。理想运放的两个输入端并没有真正短接，但却具有短接的现象称为“虚短”。2、又由于理想运放的差模输入电阻ri=∞，所以可近似地认为两个输入端均无电流流入。这种现象称为“虚断”。“虚短”和“虚断”是运放工作在线性区的两个重要结论。集成运放的线性应用的必要条件

6、：接成负反馈。负号说明输入输出反相由“虚断”可推出：i2=0，因此u+=“地”由图可知所以u+u－i1if∞＋＋－uiu0R2R1RFi2可得根据“虚短”又可推出：u－=u+=0整理后可得输出与输入的比例值二、集成运放的线性应用1、反相比例运算电路集成运放的线性应用反相比例运算电路中，R2是平衡电阻，其值应选择符合2、同相比例运算电路由“虚断”可推出：i2=0，因此u+=ui由图可知所以u+u－i1if∞＋＋－uiu0R2R1RFi2可得根据“虚短”又可推出：u－=u+=ui整理后可得输出与输入的比例值显然同相比例运算电路的输出必然大于输入。为提高

7、电路的对称性，与反相比例运算电路相同，R2=R1//RF3、差分减法运算电路u+u－i1if∞＋＋－ui1u0R1RFi2ui2R2R3若R2=R3，则因为不存在“虚地”现象所以整理得若R1=RF，则实现了输出对输入的减法运算。集成运放工作于非线性区的显著特点就是运行在开环或正反馈状态下；因运放的开环电压放大倍数Au极高，所以只要输入一个很小的信号电压，即可使运放进入非线性区。运放工作在非线性区时，输入和输出不成线性关系。i1∞＋＋－uiR1URR2u0(1)单门限电压比较器单门限电压比较器只有一个门限电平，当输入电压达到此门限值时，输出状态立即发

8、生跳变。电压比较器广泛应用于模/数接口、电平检测及波形变换等领域中。uiu00＋U0M－U0MUR门限电平值电压比较器应用