资源简介

(共15张PPT)
项目3 集成运算放大器
任务3.1 认识集成运算放大器
任务3.2 集成运放的应用
项目导入
集成运算放大器最初应用于模拟计算机，对计算机内部信息进行加法、减法、微分、积分及乘、除法等数学运算，并因此而得名。
集成电路的技术发展将直接促进整机的小型化、高性能化、多功能化和高可靠性。毫不夸张地说，集成电路是工业的“食粮”和“原油”。随着EDA技术的普及和深化，电子技术必将会以前所未有的面貌出现。对学习者而言，必须更新观念，加速对新器件、新特点的理解和应用。
本项目从集成运放的组成和基本特性入手，着重介绍由集成运放构成的线性应用电路，在此基础上再向读者介绍几种非线性应用电路。
了解集成运算放大器的一般概况；理解运放的基本结构、组成、符号及主要参数;熟悉集成运算放大器的基本类型及其应用；掌握集成运算放大器的理想化条件，并能运用理想化条件对集成运放电路进行分析；了解其常用的非线性应用器件。
具有正确判别集成芯片引脚功能的能力和运用实验手段正确连接集成运放各种运算
电路的基本技能，具有对工程实际的
集成电路的进行读图和识图的能力。
知识目标与技能目标
提出问题
何谓集成运算放大器？集成运放芯片有什么特点？实用技术中如何正确选用集成运放？集成运放的哪些性能指标需在应用中注意？实际集成运放具有哪些条件才能按照理想运放来考虑？理想运放的传输条件和实际运放的传输条件一样吗？
任务3.1 认识集成运算放大器
在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路(英文简称IC)。集成电路的体积很小，但性能却很好。自1959年世界上第一块集成电路问世至今，只不过才经历了四十来年时间，但它已深入到工农业、日常生活及科技领域的相当多产品中。例如在导弹、卫星、战车、舰船、飞机等军事装备中；在数控机床、仪器仪表等工业设备中；在通信技术和计算机中；在音响、电视、录象、洗衣机、电冰箱、空调等家用电器中都采用了集成电路。
集成电路的技术发展将直接促进整机的小型化、高性能化、多功能化和高可靠性。毫不夸张地说，集成电路是工业的“食粮”和“原油”。
知识准备
3.1.1 认识集成运算放大器
集成运算放大器简称运放，是一种多端集成电路。集成运放是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。早期，运放主要用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算，故称为运算放大器。现在，运放的应用已远远超过运算的范围。它在通信、控制和测量等设备中得到广泛应用。常见集成运放的封装形式如下：
圆壳式
双列直插式
扁平式
单列扁平式
集成运放的型号和种类很多，内部电路也各有差异，但它们的基本组成部分相同，如下图所示：
集成运放内部除了上述三个部分，还接有偏置电路，偏置电路的作用是向各级提供合适的工作电流。
差动
输入级
中间放大级
输出级
ui
+
_
uo
运放的输入级。利用差动放大电路的对称特性可提高整个电路的共模抑制比和电路性能。
中间级的主要作用是提高电压增益。一般由多级放大电路组成。
输出级常用电压跟随器或互补电压跟随器组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。
偏置电路
3.1.2 集成运放芯片的特点
图示为常用μA741集成运放芯片产品实物图
μA741集成运放的8个管脚排列图如下：
μA741
1
2
4
3
8
7
6
5
调零端
反相输入端
同相输入端
负电源端
调零端
输出端
正电源端
空脚
反相输入端
μA741集成运放图形符号
∞
＋
＋
－
UO
U+
U-
μA741集成运放外部接线图
同相输入端
－12V
＋12V
输出端子
调零电位器
管脚1和5分别与调零电位器的两个固定端相连
调零电位器的可调端与管脚4相连
∞
＋
－
6
5
1
3
7
2
4
＋
3.1.3 集成运放的选择及主要性能指标
1. 开环电压放大倍数Auo
其数值很高，一般约为104~107。该值反映了输出电压Uo与输入电压U＋和U－之间的关系。
2. 差模输入电阻ri
运放的差动输入电阻很高，一般在几十千欧至几十兆欧。
3. 闭环输出电阻ro
由于运放总是工作在深度负反馈条件下，因此其闭环输出电阻很低，约在几十欧至几百欧之间。
指运放两个输入端能承受的最大共模信号电压。超出这个
电压时，运放的输入级将不能正常工作或共模抑制比下降，
甚至造成器件损坏。
4. 最大共模输入电压Uicmax
3.1.4 集成运放的理想化条件及传输特性
为简化分析过程，同时又能满足实际工程的需要，常把集成运放理想化，集成运放的理想化参数为：
①开环电压放大倍数Auo=∞
②差模输入电阻ri=∞
③输出电阻ro=0
④共模抑制比KCMR=∞
1. 集成运放的理想化条件
2. 集成运放的传输特性
理想特性
＋UOM
ui(mV)
0
uO(V)
线性区
实际特性
－UOM
根据集成运放的实际特性和理想特性，可分别画出其相应的电压传输特性。
集成运放工作在线性区时输出电压与输入电压之间的关系
饱和区
可以看出，当集成运放工作在线性区(+UOM ~－UOM)时，其实际特性与理想特性非常接近；由于集成运放的电压放大倍数相当高，即使输入电压很小，也足以让运放工作在饱和状态，使输出电压保持稳定。
集成运放工作在线性区的特点
由
可知，理想运放工作在线性区时，输
出电压UO与输入电压Ui之间是线性放大关系。
因Auo=∞，所以可导出
运放工作在线性区差模输入电压等于零，说明 ，
即理想运放的两个输入端电位相等。
两点等电位相当于短路。理想运放的两个输入端并没有真正短接，但却具有短接的现象称为“虚短”。
又由于理想运放的差模输入电阻ri=∞，所以可近似地认为两个输入端均无电流流入。这种现象称为“虚断”。
“虚短”和“虚断”是运放工作在线性区的两个重要结论。
集成运放由哪几部分组成？各部分的主要作用是什么？
工作在线性区的理想运放有哪两条重要结论？试说明其概念？
试述理想运放的理想化条件有哪些？
思考与问题
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