集成运算放大器.doc
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集成放大器集成电路一般是在一块厚0.2~0.5mm、面积约为的P型硅片上通过平面工艺制做成的。这种硅片(称为集成电路的基片)上可以做出包含有数十个(或更多)二极管、电阻、电容和连接导线的电路。1.集成电路中元器件的特点与分立元器件相比,集成电路元器件有以下特点:(1)单个元器件的精度不高,受温度影响也较大,但在同一硅片上用相同工艺制造出来的元器件性能比较一致,对称性好,相邻元器件的温度差别小,因而同一类元器件温度特性也基本一致;(2)集成电阻及电容的数值范围窄,数值较大的电阻、电容占用硅片面积大。集成电阻一般在几十欧姆~几十千欧姆范围内,电容一般为几十微微法拉。电感目前不能集成;(3)元器件性能参数的绝对误差比较大,而同类元器件性能参数之比值比较精确;(4)纵向NPN管β值较大,占用硅片面积小,容易制造。而横向PNP管的β值很小,但其PN结的耐压高。2.集成电路的设计特点由于制造工艺及元器件的特点,模拟集成电路在电路设计思想上与分立元器件电路相比有很大的不同。(1)在所用元器件方面,尽可能地多用晶体管,少用电阻、电容;(2)在电路形式上大量选用差动放大电路与各种恒流源电路,级间耦合采用直接耦合方式;(3)尽可能地利用参数补偿原理把对单个元器件的高精度要求转化为对两个器件有相同参数误差的要求,尽量选择特性只受电阻或其他参数比值影响的电路。7.1集成运算放大器的结构特点及理想化条件7.1.1基本结构实际上,集成运放就是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的直接耦合多级放大电路。它具有两个输入端,一个输出端。多数为两路电源供电。(1)输入级一般要求输入阻抗高,差模放大倍数大,共模抑制比高,差模输入电压及共模输入电压范围大,且静态电流小。差分放大电路,它对共模信号有很强的抑制力,采用双端输入、双端输出的形式。在两个输入端中,如果输入信号加在同相输入端,则运放输出信号与输入信号相位相同;如果输入信号加在反相输入端,则运放输出信号与输入信号相位相反。(2)中间放大级要提供高的电压增益,以保证运放的运算精度。中间级的电路共射放大电路。(3)输出级的作用是提供较高的输出电压和较大的输出电流。其输出电阻小,有较强的带负载能力,并且非线性失真小。大多数集成运放的输出级采用互补对称输出电路。(4)偏置电流源可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流,以稳定工作点。模拟集成运算放大器的符号集成运放的特点:有很高的输入电阻,很高的开环增益和很低的输出阻抗。运算放大器的符号中有三个引线端,两个输入端,一个输出端。一个称为同相输入端,即该端输入信号变化的极性与输出端相同,用符号"+"表示;另一个称为反相输入端,即该端输入信号变化的极性与输出端相异,用符号"-"表示。输出端一般画在输入端的另一侧,在符号边框内标有"+"号。实际的运算放大器通常必须有正、负电源端,有的品种还有补偿端和调零端。7.1.2电压传输特性我们称集成运放输出电压Uo与其输入电压Uid(即同相输入端与反相输入端之间的电压Uid=U+-U-)之间的关系曲线为电压传输特性,即Uo=f(Uid)为使运放工作在线性区,通常引入深度负反馈。放大电路引入深度负反馈后,电压放大倍数与负载电阻无关,说明输出电压稳定——近似于恒压源。7.1.3理想运算放大器及其分析依据满足下列参数指标的运算放大器可以视为理想运算放大器。(1)差模电压放大倍数Aid=∞,实际上Aid≥80dB或Aid≥104即可。(2)差模输入电阻Rid=∞,实际上Rid比输入端外电路的电阻大2~3个量级即可。(3)输出电阻Rio=0,实际上Rio比输入端外电路的电阻小2~3个量级即可。(4)带宽足够宽。(5)共模抑制比足够大。实际上在做一般原理性分析时,产品运算放大器都可以视为理想的。只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指标明显下降即可。第二节集成运放应用电路的分析方法7.2.1利用理性运放的概念简化分析过程7.2.2集成运放线性应用电路的一般分析方法7.2.2.1理想运放工作在线性区的特点当集成运放工作在线性区时,它的输入信号与输出信号应满足理想运放工作在线性区时,有两个重要特点:第一:净输入电压为零,也就是同相输入端电位与反相输入端电位相等,即第二:净输入电流为零,也就是说反相输入端与同相输入端的输入电流均为零,即换言之,从集成运放每个输入端看进去,都相当于断路。7.2.2.2“虚短”、“虚地”和“虚断”的概念理想运算放大器具有"虚短"和"虚断"的特性,这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用,运算放大器必须在闭环下工作。虚短由于运放的电压放大倍数很大,一般通用型运算放大器的开环电压