集成运算放大器的电路构成及特点-电子技术方案|电路图讲解

了解集成运算放大器的一般概况;掌握集成运算放大器在线性和非线性应用方面的基本电路工作原理及分析方法;了解正弦波振荡器的电路特点、其振条件、起振过程及稳幅等概念。

1.　集成运算放大器简介，要求达到“领会”层次。

2.　集成运算放大器的线性应用电路，要求达到“综合应用”层次。

3.　集成运算放大器的非线性应用，要求达到“简单应用”层次。

4.　正弦波振荡器电路，要求达到“领会”层次。

重点：线性应用中各种基本运算电路的分析、非线性应用中电压比较器的分析。

难点：电压比较器和正弦波振荡电路。

1. 集成运放的电路构成及特点

集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路，它的方框图如图1所示。

(1)输入级 使用高性能的差分放大电路，必须对共模信号有很强的抑制力，采用双端输入、双端输出的形式。

(2)中间放大级 提供高开环放大倍数，以保证运放的运算精度。一般由共发射极组成多级耦合放大电路。

(3)输出级 由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，提供大的输出电压或电流。

(4)偏置电流源 提供稳定的偏置电流，以稳定工作点。一般由各种恒流源电路组成。

2. 运算放大器的主要技术指标

(1)输入失调电压Uio ：输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。Uio是表征运放内部电路对称性的指标。

(2)输入失调电流Iio：在输入信号为零时，放大器两个输入端的静态基极电流差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。

(3)输入偏置电流IiB：运放两个输入端静态偏置电流的平均值，即

(4)开环差模电压放大倍数Au0 ：运放在无外加反馈条件下，输出电压与输入电压的变化量之比。即 。

(5)最大输出电压 Uopp：输出不失真时的最大输出电压值。

(6)最大共模输入电压UiCM ：在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。

(7)共模抑制比KCMR ：差模电压放大倍数与开环共模电压放大倍数绝对值之比，常用分贝数来表示。

3. 理想集成运放极其分析特点

(1) 集成运放理想化条件

满足下列参数指标的运算放大器可以视为理想运算放大器。

① 开环差模电压放大倍数Au0=∞，实际上Au0≥80dB即可。

② . 差模输入电阻rid=∞，实际上rid比输入端外电路的电阻大2～3个量级即可。

③ 开环输出电阻ro=0，实际上ro比输入端外电路的电阻小2～3个量级即可。

④ 共模抑制比Kcm=∞ 。

理想运放在电路中的图形符号如图2所示。同相输入端(该端输入信号变化的极性与输出端相同)u+(或up);反相输入端(该端输入信号变化的极性与输出端相异)u-( 或uN) 表示。在图符中的输入端分别用符号"+"和"-"标明。输出端uo。

(2) 理想运放工作在线性区的特点

为了保证线性运用，运算放大器必须在闭环下工作。

●　虚地

“虚地”是指在分析运算放大器处于线性状态时，工作在反相输入状态下，反相输入端的电位为零，这一特性称为虚假接地，简称虚地。

●　虚短

“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。但不能将两输入端真正短路。

●　虚断

"虚断"是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。

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 整流与滤波电路

整流电路的任务是利用二极管的单向导电性，把正、负交变的50Hz电网电压变成单方向脉动的直流电压。

整流电路只是将交流电变换为单方向的脉动电压和电流，由于后者含有较大的交流成分，通常还需在整流电路的输出端接入滤波电路，以滤除交流分量，从而得到平滑的直流电压。

由波形可知：

1.开关S打开时，电容两端电压为变压器付边的最大值 。

2 .开关S闭合，即为电容滤波电阻负载，当变压器付边电压大于电容上电压时 ，电容充电，输出电压升高，当 时电容放电，输出下降。如此充电快，放电慢的不断反复，在负载上将得到比较平滑的输出电压。当负载电阻越大时，放电越慢，纹波电压越小，负载电阻小时，放电快，纹波大，而且输出电压低。

为此有三种情况下的输出电压估算值：

1)电容滤波，负载开路时 。

2)无电容滤波，电阻负载时，输出电压平均值为： 。 

3)电容滤波，电阻负载时通常用下式进行估算 ，通常按 估算。

为确保二极管安全工作，要求：不同电子设备要求其电源电压的平滑程度不同，为此可采用不同的滤波电路。常见的有电容滤波、电感滤波和复式滤波电路(两个或两个以上滤波元件组成)。

二、线性串联型稳压电路

整流滤波后的电压是不稳压的，在电网电压或负载变化时，该电压都会产生变化，而且纹波电压又大。所以，整流滤波后，还须经过稳压电路，才能使输出电压在一定的范围内稳定不变。

1.稳压电路(电源)的主要性能指标

输出的稳定电压值Vo，最大输出电流Imax，输出纹波电压V～，稳压系数(电压调整率) ， 该值越小，稳定性越好 。

输出电阻(内阻) ， ，内阻越小越好。

2.串联型稳压电路的基本结构基本思路：

串联型：

当输入电压(VI)改变时，能自动调节(VCE)电压的大小，使输出电压(Vo)保持恒定。例如：VI↑→Vo↑→经取样和放大电路后→IB↓→VCE↑→Vo↓

串联型稳压电路基本结构：

VI是整流滤波后的电压，T为调整管，A为比较放大电路，VREF为基准电压，它由稳压管Dz与限流电阻R构成。R1与R2组成反馈网络，是用来反映输出电压变化的取样环节。

电路也可以改画成以下形式，以便看图方便。 

如把串联稳压电路看作反馈放大器(输入为VI，输出为Vo)，则这种电路属于电压串联负反馈 。

在深度负反馈条件下 ，， 。

这种稳压电路的主回路由调整管T与负载相串联构成，且T工作在线性状态，故称为线性串联式稳压电路。

输出电压Vo=VI-VCE，其变化量由反馈网络取样，并经放大电路(A)放大后去控制调整管T的基极电压，从而改变调整管T的VCE大小。
当输入电压VI增加(或负载电流Io减小)时，导致输出电压Vo增加，随之反馈电压VF=R2Vo/(R1+R2)=FvVo也增加(Fv为反馈系数)。VF与基准电压VREF相比较，其差值电压经比较放大电路放大后使调整管的VB和IC减小，于是调整管T的c-e间电压VCE增大，使Vo下降，从而维持Vo基本恒定。显然，这是电压负反馈电路基本性能。

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