集成运算放大器.docx

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集成运算放大器

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2010年04月16日14:

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放大器（299）

集成运算放大器

电子发烧友认为半导体集成电路是以半导体硅单晶为基础材料，以制造平面晶体管的平面工艺为基本工艺，将许多无、器件连同它们接线等制造在同一基片上，并能够完成各种电功能的电子线路。

它实现了材料、元器件、电路三者的有机组合，具备集成密度高、引线短、外部焊点少、成本低、可靠性高等优点。

1、基本运算电路

集成电路按功能划分，可分为数字和模拟两大类。

模拟集成电路用于模拟信号的产生和处理，其种类繁多，包括集成运算放大器、集成模拟乘法器、集成锁相环、集成功率放大器、集成稳压电源、集成宽带放大器、集成数模和模数转换电路等。

其中集成运放是技术功能的通用性最大、应用最广泛、以展最快、品种与数量最多的一种线性集成电路。

集成运放裨上是一种高增益直流放大、直流放大器既能放大变化极其缓慢的直流信号，下限频率可到零；又能放大交流信号，上限频率与普通放大器一样，受限于电路中的电容或电感等电抗性元器件。

集成运放和外部反馈网络相配置后，能够在它的输出和输入之间建立起种种特定的函数关系，故而称它为“运算”放大器。

分析处于线性放大状态的理想和实际运算放大器的基本依据是

U-=U+也称“虚短路”。

对于实际的运算放大器，常常也可据此进行近似分析。

（1）反相运算放大器图5.2-18所示是运算放大器反相放大组态电路，通过反馈元件ZF构成闭环。

理想运算放大器反相放大闭环增益的基本关系式

反相输入端具有地电位，而并没有真正接地之“虚地”点。

反相运算放大器的输入阻抗为z1F=Z

反相放大组态实质上是电压并联负反馈，具有输入阻抗和输出阻抗低的特点。

ZPZ为温度补偿元件，为了确保运算放大处于对称平衡状态，应使从反相输入端和从同相输入端赂外部看去的等效直流电阻相等，则元件选择时应使ZP=ZF//ZZ

如果用不同的电阻、电容网络来构成ZF、ZP，就能得到功能不同的各种反相运算电路。

例如反相比例器、加法器、微分器、积分器、有源滤波器和有源校正电路等。

下面仅举反相加法器一例，如图5.2-19所示电路。

由于反相端为“虚地”，故三个输入电压彼此独立地通过自身的输入回路电阻，转换成下列各式电流：

由此可见，当运算放大器具有理想特性时，各相加项的比例因子仅与外电路电阻有关，适当选择各电阻阻值，就能得到所需要的比例因子，因此这种加法电路可以达到很高的精度和稳定性。

加法运算呈现在各输入电流在反相端相加。

故称反相端为“相加点”，或称“

”点。

补偿电阻RP用于保证电路具有平衡对称结构，其值应选为RP=R1||R2||R3||RT

由于反相端为“虚地”，故对每个输入信号而言，加法器的输入电阻分别为输入回路电阻R1、R2、R3。

（2）同相运算放大器图5.2-20为运算放大器同相放大组态。

理想运算放大吕同相放大闭环增益的关系式：

（3）差动放大器

1）基本差动放大器

将反相放大组态和同相放大组态二者结合起来，便构成运算放大器的差运放大组态，如图5.2-21所示。

差动运放只对差模输入信号实现运算，不反映共模输入信号。

对于理想运算放大器，若外部回路

差动放大器具有抑制零点漂移和抗干抗性等特点，所以应用极为普遍。

2）增益可调差动放大器实际应用中，通常要求增益可调。

将基本差动放大器结构适当改变，就能实现用一个电位器调节增益的任务，电路如图5.2-22所示。

该电路的闭环增益为

式中K为电位器的滑动比。

当滑动端在图示最上位置时，K=1；在最下位置时，K=0，通常在电位器支路串有一个固定电阻，以避免调节过程中出现过大增益，确保电路工作稳定。

这样调节滑动比，增益A1就可以在很大范围内变化。

此种增益调节电路简单易实现，且不影响电路的共扼抑制能力，缺点是增益调节特性是非线性的。

（4）积分器基本积分器电路图如5.2-23。

其输入回中元件为电阻，反馈回路元件为电容，属于反相运算电路。

基本积分器能否实现精确积分运算的关键在于反相端是否为“虚地”，不论什么原因使反相端偏离“虚地”，都将引起积分运算误差。

差动积分器，可由两个运算放大组成，电路性能较好，如图5.2-24所示。

此电路完全避免两个差动信号分别积分时，要求工作状态的一致性。

（5）微分器微分器用来对输入信号实现微分运算，因为微分是积分的逆运算，所将积分器的输入回路电阻与反馈回路电容位置相互对换，就构成微分器。

基本微分电路如图5.2-25所示。

其输入回路元器为电容，反馈回路元件为电阻，即

（6）对数与反对数运算电路对数与反对数运算电路是对输入信号实行对数或指数运算，它们是一类非线性函数运算电路。

对它们进行适当组合，可构成乘法、除法、乘方和开方等各种非线性运算电路。

1）对数运算电路实际应用中，将晶体三极管接在反相放大器的反馈支路代替电阻，则构成对数运算电路，如图5.2-26所示。

即输出电压完成对输入电压的对数运算。

2）反对数运算电路将基极和集电极短接的晶体三极管接在反相放大器的输入回路中，就构成了反对数运算放大器，电原理电路如图5.2-27所示。

即输出电压完成对输入电压的反对数运算。

对数运算电路与反对数运算电路存在相同问题，即运算精度温度影响较大，实际应用中都必须进行温度补偿。

2、部分国产集成运算放大器的系列（见表5.2-12）