什么是集成运放?

日期:2017-11-02 16:37:14 来源:大学生学习网

集成运放作为通用性很强的有源器件,它不仅可以用于信号的运算、处理、变换和测量还可以用来产生正弦或非正弦信号,不仅在模拟电路中得到广泛应用,而且在脉冲数字电路中也得到日益广泛的应用,因此,它的应用电路品种繁多,为了分析这些电路的原理,必须了解运放的基本特性。

一、集成运放的开环差模电压传输特性

集成运放在开环状态下,输出电压UO与差模输入电压 Uid = U- - U+ 之间的关系称为开环差模传输特性。理论分析与实验得出的开环差模传输特性曲线如图Z0609所示。

 

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曲线表明运放有两个工作区域:线性区(阴影部分)和非线性区(阴影两侧区域)。在线性区内:

UO = Aod(U- - U+),即输出电压与输入电压成线性关系。由于Uomax有限,而一般运放的开环电压放大倍数Aod又很大,所以,线性区域很小。应用时,应引入深度负反馈网络,以保证运放稳定地工作在线性区内。

在非线性区内,UO 与Uid无关,它只有两种可能取值,即正向饱和电压+Usat(U+ >U- )和负向饱和电压 - Usat(U->U+)。

两种区域内,运放的性质截然不同,因此在使用和分析应用电路时,首先要判明运放的工作区域。

二、理想运放的两个重要特性

为了突出主要特性,简化分析过程,在分析实际电路时,一般将实际运放当作理想运放看待。所谓理想运放是指具有如下理想参数的运放:

开环电压放大倍数 Aod = ∞

输入电阻 rid = ∞

输出电阻 ro=0

频带宽度 B=∞

共模抑制比 CMRR=∞

输入偏置电流 IB1=IB2=0

失调和温漂等均为零。

理想运放是不存在的,然而,随着集成电路工艺的发展,现代集成运放的参数与理想运放的参数很接近。实践表明用理想运放作为实际运放的简化模型,分析运放应用电路所得结果与实验结果基本一致,误差在工程允许范围之内。因此,在分析实际电路时,除要求考虑分析误差的电路外,均可把实际运放当作理想运放处理,以使分析过程得到合理简化。

工作在线性区域的理想运放具有两个重要特性:

1. 理想运放两个输入端的电位相等。因为U--U+=UO/Aod,而Aod =∞ ,UO为有限值,故有:

U- = U+    GS06004

2. 理想运放的输入电流为零,这是由于rid = ∞,所以有:

Ii=0      GS06005

这两条特性大大简化了运放应用电路的分析过程,是分析运放工作在线性区域的各种电路的基本依据,这两条特性常用"虚短"这个概念来概括。所谓"虚短",是指对电压而言,两个输入端是短路的;但对电流而言,两个输入端却是开路的。

运放在工作时都带有一定的正反馈或负反馈网络,因此,分析时首先要判别运放的工作状态。判别工作状态的依据是:

(1)若U->U+,则运放工作在线性区;

(2)若U+≥U-,则运放工作在非线性区。

理想运放工作在非线性区时,也有两个基本特性:

(1)运放的输入电流为零,即Ii=0;

(2)输出电压有两种可能取值:

U->U+ 则UO = - Usat

U+ >U- 则UO = Usat

U+ = U-只是两个状态的转换点。

综上所述,分析运放应用电路时,先将实际运放视为理想运放,然后,判别运放的工作状态,最后,按各个区域的特性结合电路分析理论进行分析计算。