模电摸索日记之《集成运算放大器》
时间:2023-02-08 08:30:00
集成运算放大器
- 一、集成操作放大器的特点
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- 1. 集成操作放大器的符号
- 2. 集成运输的组成和特点
- 3. 复合运输的性能指标
- 4. 集成运输的开环电压传输特性
- 5. 放大器的理想操作
- 二、综合运输的保护措施
一、集成操作放大器的特点
1. 集成操作放大器的符号
图3.3.1中,标有“ 输入端称为同相输入端,输入端信号的相位与输出信号相同,如图所示;标有-的输入端称为反相输入端,输入端信号的相位与输出信号相反,如图所示(b)如图所示。若在同相输入端和反相输入端之间添加差模信号,则输出与输入的相位关系如图所示。
集成运输是一种有源设备,因此在工作时必须提供直流电源。集成放电有两种供电方式:双电源和单电源。双电源供电是指正电源 Vcc和负电源-Vcc同时,如图所示(a)所示;单电源供电是指供电端一端接地,如图所示(b)特别指出
2. 集成运输的组成和特点
性能理想的集成运输应具备高电压增益、高输入电阻、低输出电阻、零点漂移小的特点。
- (1)输入级:由于内部电路在各级之间直接精合,为了抑制零漂移,在大多数情况下,差分放大电路被用作输入级,差分放大电路需要高输入电阻。
- (2)中间级:中间级一般为1~二级由有源负载共射放大电路组成,可获得高电压放大倍数。
- (3)输出级:采用输出电阻小、带负载能力强的互补射随器作为输出级。
- (4)偏置电路:静态工作电流由电流源组成,提供给各级电路。
3. 复合运输的性能指标
- 差模开环电压增益Aod
差模开环电压增益是指集成运输输出之间无任何外部元件连接时的差模电压放大倍数,即Aod = uod / uId。由于运放的 Aod 很大,所以常用dB(分贝)表示其值一般为80~140dB。 - 差模输入电阻Rid
差模输入电阻是指差模信号的输入电阻。R对信号源的影响越大,希望越大越好。集成运输的差模输入电阻一般在105口以上,高的可达109口以上。 - 差模输出电阻Rod
差模输出电阻是从集成运输负载端到放大器的动态电阻。 - -3dB开环带宽
当信号频率逐渐升高时,集成运放的差模电压增益会逐渐减小,运放的频率响应具有低通特性,集成运放的差模开环电压增益相比直流增益(最大值)下降3dB时间对应的频率宽度称为-3dB开环带宽。通用运输-3dB开环带宽很小,一般只有几赫兹到几十赫兹。 - 单位增益带宽 fc
f.增加差模开环电压 Aod下降到 0 dB(即输放失去电压放大能力)时的信号频率。 - 转换速率
转换速率是指当输入大范围的阶跃信号时,集成输出电压随时间变化的最大速率,单位为V / μm。只有当输入信号的变化率低于转换率时,集成运输才能正常工作。
4. 集成运输的开环电压传输特性
开环电压传输特性是指在不引入反馈的情况下,差模输出电压uo和差模输入电压u - u _它们之间的关系,又称电压传输特性,即集成运输
如图所示,当差模输入电压在一定范围内时,差模输出电压与差模输入电压呈线性关系,放大器无失真放大差模信号,是集成运输的线性区域。当差模输入电压超过规定范围时,输出端管道开始饱和,放大器进入非线性区域,输出电压不再随输入而变化,只能保持正值( Uom)或负值(-Uom)。
事实上,由于集成运输的开环电压放大倍数很大,只有当差模输入电压很小(通常低于微伏级)时,才不会进入非线性区域。
5. 放大器的理想操作
理想运放是指各方面性能指标达到理想的运算放大器。理想运放可等效图3.3.7.理想输入电阻Rid输出电阻为无限大Rod为零,开环放大倍数Aod为无穷大。
理想运放的同相和反相输入端无电流,电路似乎断开,称为虚断。
根据
由于输出电压uo是有限的Aod→oo,因此,差模输入电压(u - u-)→0.
即相输入端和反相输入端的电位趋于相等,称为虚短。
虽然理想交付不存在,但随着微电子技术的发展,集成交付的性能指标越来越理想,因此集成交付也具有类似的虚拟断裂和虚拟短的特点。
二、综合运输的保护措施
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1.电源反接保护
如图所示,使用二极管的单向导电特性可以防止电源极性连接造成的损坏。当电源极性错误地连接到上、负、下时,两个二极管都不导致电源断路,从而发挥保护作用。
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2.输入保护
图(a)限制输入信号范围,避免差模输入电压超过额定值损坏集成输出的内部结构。只要输入信号的正负电压超过二极管的导电电压,D1或D2会有导通,限制输入信号的范围,起到保护作用。(b)是防止共模电压过大的保护电路,当共模电压超过±U其中一个二极管导通了输入共模电压的范围。 -
3.输出保护
为了限制集成运输的输出电压和电流,两根稳压管串联并联负载两端或并联在反馈电阻两端,如图所示。当输出电压小于稳压管稳定电压UZ时,稳压管不导通,保护电路不工作;当输出电压大于UZ时,稳压管工作,将输出端的最大电压幅度限制在±(UZ+0.7V)。