集成运算放大器的电路构成及特点

admin

了解集成运算放大器的一般概况;掌握集成运算放大器在线性和非线性应用方面的基本电路工作原理及分析方法;了解正弦波振荡器的电路特点、其振条件、起振过程及稳幅等概念。
        1.　集成运算放大器简介，要求达到“领会”层次。
        2.　集成运算放大器的线性应用电路，要求达到“综合应用”层次。
        3.　集成运算放大器的非线性应用，要求达到“简单应用”层次。
        4.　正弦波振荡器电路，要求达到“领会”层次。
        重点：线性应用中各种基本运算电路的分析、非线性应用中电压比较器的分析。
        难点：电压比较器和正弦波振荡电路。
        1. 集成运放的电路构成及特点
        集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路，它的方框图如图1所示。
               
                         

        图1 运算放大器方框图        (1)输入级 使用高性能的差分放大电路，必须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。
        (2)中间放大级 提供高开环放大倍数，以保证运放的运算精度。一般由共发射极组成多级耦合放大电路。
        (3)输出级 由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，提供大的输出电压或电流。
        (4)偏置电流源 提供稳定的偏置电流，以稳定工作点。一般由各种恒流源电路组成。
        2. 运算放大器的主要技术指标
        (1)输入失调电压Uio ：输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。Uio是表征运放内部电路对称性的指标。
        (2)输入失调电流Iio：在输入信号为零时，放大器两个输入端的静态基极电流差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。
        (3)输入偏置电流IiB：运放两个输入端静态偏置电流的平均值，即
         
                 
        (4)开环差模电压放大倍数Au0 ：运放在无外加反馈条件下，输出电压与输入电压的变化量之比。即 。
         
                 
        (5)最大输出电压 Uopp：输出不失真时的最大输出电压值。
        (6)最大共模输入电压UiCM ：在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。
        (7)共模抑制比KCMR ：差模电压放大倍数与开环共模电压放大倍数绝对值之比，常用分贝数来表示。
        3. 理想集成运放极其分析特点
        (1) 集成运放理想化条件
        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 开环差模电压放大倍数Au0=∞，实际上Au0≥80dB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 开环输出电阻ro=0，实际上ro比输入端外电路的电阻小2～3个量级即可。
        ④ 共模抑制比Kcm=∞ 。
        理想运放在电路中的图形符号如图2所示。同相输入端(该端输入信号变化的极性与输出端相同)u+(或up);反相输入端(该端输入信号变化的极性与输出端相异)u-( 或uN) 表示。在图符中的输入端分别用符号"+"和"-"标明。输出端uo。
         
               
                         

        图 2 集成运放的符号        (2) 理想运放工作在线性区的特点
        为了保证线性运用，运算放大器必须在闭环下工作。
        ●　虚地
        “虚地”是指在分析运算放大器处于线性状态时，工作在反相输入状态下，反相输入端的电位为零，这一特性称为虚假接地，简称虚地。
        ●　虚短
        “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。但不能将两输入端真正短路。
        ●　虚断
        "虚断"是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。