集成運算放大器的電路構成及特點(diǎn)

了解集成運算放大器的一般概況;掌握集成運算放大器在線(xiàn)性和非線(xiàn)性應用方面的基本電路工作原理及分析方法;了解正弦波振蕩器的電路特點(diǎn)、其振條件、起振過(guò)程及穩幅等概念。

1.　集成運算放大器簡(jiǎn)介，要求達到“領(lǐng)會(huì )”層次。

2.　集成運算放大器的線(xiàn)性應用電路，要求達到“綜合應用”層次。

3.　集成運算放大器的非線(xiàn)性應用，要求達到“簡(jiǎn)單應用”層次。

4.　正弦波振蕩器電路，要求達到“領(lǐng)會(huì )”層次。

重點(diǎn)：線(xiàn)性應用中各種基本運算電路的分析、非線(xiàn)性應用中電壓比較器的分析。

難點(diǎn)：電壓比較器和正弦波振蕩電路。

1. 集成運放的電路構成及特點(diǎn)

集成運算放大器是一個(gè)高增益直接耦合放大電路，它的方框圖如圖1所示。

(1)輸入級 使用高性能的差分放大電路，必須對共模信號有很強的抑制力，采用雙端輸入、雙端輸出的形式。

(2)中間放大級 提供高開(kāi)環(huán)放大倍數，以保證運放的運算精度。一般由共發(fā)射極組成多級耦合放大電路。

(3)輸出級 由PNP和NPN兩種極性的三極管或復合管組成，提供大的輸出電壓或電流。

(4)偏置電流源 提供穩定的偏置電流，以穩定工作點(diǎn)。一般由各種恒流源電路組成。

2. 運算放大器的主要技術(shù)指標

(1)輸入失調電壓Uio ：輸入電壓為零時(shí)，將輸出電壓除以電壓增益，即為折算到輸入端的失調電壓。Uio是表征運放內部電路對稱(chēng)性的指標。

(2)輸入失調電流Iio：在輸入信號為零時(shí)，放大器兩個(gè)輸入端的靜態(tài)基極電流差，用于表征差分級輸入電流不對稱(chēng)的程度。

(3)輸入偏置電流IiB：運放兩個(gè)輸入端靜態(tài)偏置電流的平均值，即

(4)開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數Au0 ：運放在無(wú)外加反饋條件下，輸出電壓與輸入電壓的變化量之比。即 。

(5)最大輸出電壓 Uopp：輸出不失真時(shí)的最大輸出電壓值。

(6)最大共模輸入電壓UiCM ：在保證運放正常工作條件下，共模輸入電壓的允許范圍。共模電壓超過(guò)此值時(shí)，輸入差分對管出現飽和，放大器失去共模抑制能力。

(7)共模抑制比KCMR ：差模電壓放大倍數與開(kāi)環(huán)共模電壓放大倍數絕對值之比，常用分貝數來(lái)表示。

3. 理想集成運放極其分析特點(diǎn)

(1) 集成運放理想化條件

滿(mǎn)足下列參數指標的運算放大器可以視為理想運算放大器。

① 開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數Au0=∞，實(shí)際上Au0≥80dB即可。

② . 差模輸入電阻rid=∞，實(shí)際上rid比輸入端外電路的電阻大2～3個(gè)量級即可。

③ 開(kāi)環(huán)輸出電阻ro=0，實(shí)際上ro比輸入端外電路的電阻小2～3個(gè)量級即可。

④ 共模抑制比Kcm=∞ 。

理想運放在電路中的圖形符號如圖2所示。同相輸入端(該端輸入信號變化的極性與輸出端相同)u+(或up);反相輸入端(該端輸入信號變化的極性與輸出端相異)u-( 或uN) 表示。在圖符中的輸入端分別用符號+和-標明。輸出端uo。

(2) 理想運放工作在線(xiàn)性區的特點(diǎn)

為了保證線(xiàn)性運用，運算放大器必須在閉環(huán)下工作。

●　虛地

“虛地”是指在分析運算放大器處于線(xiàn)性狀態(tài)時(shí)，工作在反相輸入狀態(tài)下，反相輸入端的電位為零，這一特性稱(chēng)為虛假接地，簡(jiǎn)稱(chēng)虛地。

●　虛短

“虛短”是指在分析運算放大器處于線(xiàn)性狀態(tài)時(shí)，可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱(chēng)為虛假短路，簡(jiǎn)稱(chēng)虛短。但不能將兩輸入端真正短路。

●　虛斷

虛斷是指在分析運放處于線(xiàn)性狀態(tài)時(shí)，可以把兩輸入端視為等效開(kāi)路，這一特性稱(chēng)為虛假開(kāi)路，簡(jiǎn)稱(chēng)虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。