(04730)集成运算放大器概念

发布时间:2024年01月02日

通用型集成运算放大器的基本结构及其基本特点

  1. 与分立元件电路相比较,采用集成电路可使电子设备成本低、体积小、重量轻、耗能低、可靠性高,还可提高生产效率,并便于检查维修。
  2. 集成电路按功能不同可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。
  3. 集成运放按其指标、特点和应用范围,可分为通用型和专用型两大类。
  4. 从结构上讲,集成运放实质上是一个高增益的多级直接耦合放大器。
  5. 集成运放电路中均采用直接耦合。
  6. 集成运放电路中的三极管主要是使用NPN型晶体管,它不但用作放大元件,而且还可以接成恒流源来代替大电阻。

随着电子技术的飞速发展,集成运放的各项性能也不断提高,它的应用领域日益扩大,已远远超过了数学运算的范围。作为一种通用性很强的功能部件,在自动控制系统、测量仪表及其他电子设备中,集成运放将得到越来越广泛的应用,它已成为当前模拟电子技术领域中的核心器件。

通用型集成运算放大器的基本结构

集成运算放大器虽品种繁多,电路结构各异,但内部结构相似。集成运算放大器内部电路方框图如图3.1.1所示,一般由以下四部分组成:

输入级

输入级通常由具有恒流源的差动放大电路组成,以获得尽可能低的零点漂移、尽可能高的共模抑制比和尽可能好的输入特性。输入级的好坏对提高集成运算放大器的整体质量至关重要。

中间级

中间级的主要作用是为整个放大电路提供足够高的电压放大倍数,所以一般采用多级直接耦合共射放大电路

输出级

输出级的作用是给负载提供一定幅度的输出电压和输出电流,故此级大多采用射极输出器(共集放大电路)或互补对称功率放大电路,以降低输出电阻、提高带负载能力。另外,输出级还应有过载保护。

偏置电路

偏置电路的主要作用是向各级放大电路提供稳定的偏置电流,以保证各级放大电路具有合适而稳定的静态工作点。偏置电路有时还作为放大器的有源负载。

集成运算放大器电路符号

集成运算放大器常见的封装形式有金属圆形、双列直插式、扁平式封装等,封装所用材料有陶瓷、金属、塑料等。图3.1.2和图3.1.3所示分别为集成运放CF741的塑料双列直插式封装外形及引脚排列图,每个管脚在电路中的位置、功能和用途可查阅器件手册或产品说明书。

运算放大器的电路符号如图3.1.4所示。它有两个输入端:“+”号表示同相输入端,意思是集成运放的输出信号与该端所加信号相位相同;“-”号表示反相输入端,意思是集成运放的输出信号与该端所加信号相位相反。输出端只有一个。图中三角形符号“>”表示信号的传输方向,“∞”表示理想条件。大多数集成运算放大器需要两个直流电源供电。

集成运算放大器的主要参数

(1)开环差模电压放大倍数Aud

Aud是集成运算放大器在开环状态(指输出端和输入端之间未接任何元件)、输出不接负载时的直流差模电压放大倍数,即:

集成运算放大器的开环电压放大倍数代表了放大器的放大能力,且是决定运算精度的重要参数。目前,通用型集成运算放大器Aud一般为60~140dB,高质量的集成运算放大器的Aud可达170dB以上。常用CF741的典型值约为100dB。

(2)输入失调电压UIO

一个理想的集成运算放大器,当输人电压为零时,输出电压也应为零(不加调零装置)。但实际上它的差动输入级很难做到完全对称,通常在输人电压为零时,仍存在一定的输出电压。输入失调电压是指输入电压为零时,输出端出现的直流电压折算到输入端的数值,或指为了使输出电压为零而在输入端加的补偿电压。它反映出输入级差动放大电路两个三极管和Rc的不对称的程度因此UIO越小越好,一般为几毫伏

(4)最大差模输入电压UIDM

集成运算放大器两个输入端之间所能承受的最大电压值称为最大差模输入电压。若实际所加的电压超过这个电压值,则其中差动对管中的一个管子将可能首先出现反向击穿现象。利用平面工艺制造的硅NPN型管,UIDM约为±5V,横向PNP型管可达±30V。CF741的UIDM为±30V。

(5)最大共模输入电压UICM

这是指运算放大器所能承受的最大共模输入电压。超过UICM值时,集成运算放大器的共模抑制性能将明显下降,不能正常工作。因此,必须限制输人共模信号电压。CF741的UICM约为±13V。

(6)差模输入电阻Rid

Rid是指运算放大器在开环条件下,两输人端之间的动态电阻。它可用来表征输人差模信号时,差动对管向信号源索取电流的大小。通常希望Rid越大越好。一般运算放大器的Rid为几百千欧至几兆欧,国产的高输人阻抗运算放大器Rid目前可达10^12Ω以上。

(7)输出电阻Ro

输出电阻Ro是指运算放大器在开环状态下的动态输出电阻。它表征运放带负载的能力,Ro越小,带负载的能力越强。RRo的数值一般是几十欧至几百欧。CF741的Ro为752。

(8)最大输出电压幅度Uopp

在规定的电源电压下,集成运算放大器所能输出的不产生明显失真的最大电压峰——峰值称为最大输出电压幅度。CF741的Uopp约为±13~±14V。

(9)共模抑制比KCMR

共模抑制比反映了集成运算放大器对共模信号的抑制能力,通常用差模电压放大倍数Aud与共模电压放大倍数Auc之比的绝对值来表示。KCMR越大越好。CF741的KcMR为90dB,高精度运算放大器的KCMR可达120dB。

文章来源:https://blog.csdn.net/m0_73843666/article/details/135334349
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