集成運算放大器的電路構成及特點

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性和非線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、其振條件、起振過程及穩(wěn)幅等概念。

1.　集成運算放大器簡介，要求達到“領會”層次。

2.　集成運算放大器的線性應用電路，要求達到“綜合應用”層次。

3.　集成運算放大器的非線性應用，要求達到“簡單應用”層次。

4.　正弦波振蕩器電路，要求達到“領會”層次。

重點：線性應用中各種基本運算電路的分析、非線性應用中電壓比較器的分析。

難點：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

集成運算放大器是一個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 提供高開環(huán)放大倍數(shù)，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(wěn)定的偏置電流，以穩(wěn)定工作點。一般由各種恒流源電路組成。

2. 運算放大器的主要技術指標

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

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

(3)輸入偏置電流IiB：運放兩個輸入端靜態(tài)偏置電流的平均值，即

(4)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Au0 ：運放在無外加反饋條件下，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。共模電壓超過此值時，輸入差分對管出現(xiàn)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(shù)與開環(huán)共模電壓放大倍數(shù)絕對值之比，常用分貝數(shù)來表示。

3. 理想集成運放極其分析特點

(1) 集成運放理想化條件

滿足下列參數(shù)指標的運算放大器可以視為理想運算放大器。

① 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Au0=∞，實際上Au0≥80dB即可。

② . 差模輸入電阻rid=∞，實際上rid比輸入端外電路的電阻大2～3個量級即可。

③ 開環(huán)輸出電阻ro=0，實際上ro比輸入端外電路的電阻小2～3個量級即可。

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) 理想運放工作在線性區(qū)的特點

為了保證線性運用，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性狀態(tài)時，工作在反相輸入狀態(tài)下，反相輸入端的電位為零，這一特性稱為虛假接地，簡稱虛地。

●　虛短

“虛短”是指在分析運算放大器處于線性狀態(tài)時，可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡稱虛短。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性狀態(tài)時，可以把兩輸入端視為等效開路，這一特性稱為虛假開路，簡稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。