2集成运放及其基本应用学习课程

1、1.1.日常生活中的放大现象：放大镜放大镜杠杆杠杆一、放大的概念一、放大的概念变压器变压器2.1 放大的概念和放大电路主要性能指标第1页/共40页第一页，编辑于星期五：三点 三十八分。u放大的对象：变化量u放大的本质：能量的控制u放大的特征：功率放大u放大的基本要求：不失真放大的前提判断电路能否放大的基本出发点VCC至少一路直流电源供电2.放大的内涵第2页/共40页第二页，编辑于星期五：三点 三十八分。二、性能指标ioUUAAuuuioIIAAiiiioIUAuiioUIAiu 1. 放大倍数：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电

2、流第3页/共40页第三页，编辑于星期五：三点 三十八分。2. 输入电阻和输出电阻 将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。LooLoooo) 1(RUURUUUR空载时输出电压有效值带RL时的输出电压有效值iiiIUR 输入电压与输入电流有效值之比。从输入端看进去的等效电阻第4页/共40页第四页，编辑于星期五：三点 三十八分。3. 通频带4. 最大不失真输出电压Uom：交流有效值。下限频率上限频率LHbwfff5. 最大输出功率Pom和效率：功率放大电路的参数第5页/共40页第五页，编辑于星期五：三点 三十八分。2.2 2.2 集成运算放大电路集成运算放大电路一、差分放大电路的概念一、差

3、分放大电路的概念二、集成运放的符号及电压传输特性二、集成运放的符号及电压传输特性三、理想运放及其动态等效电路三、理想运放及其动态等效电路第6页/共40页第六页，编辑于星期五：三点 三十八分。一、差分放大电路的概念一、差分放大电路的概念1. 需求热电阻测温电桥环境温度变化阻值变化 某一标准温度下 uI1uIVCC/ 2 uIuI1uI0。RRRRt+VCCuIuI1uI2 需要一种放大电路，对uI1和uI共同的部分不放大，仅对它们的差值放大。 温度变化（即偏离标准温度）时，产生uI，这是放大的对象。 差分放大电路第7页/共40页第七页，编辑于星期五：三点 三十八分。2. 2. 共模信号和差模信号

4、共模信号和差模信号共模信号：大小相等、极性相同的一对信号。差模信号：大小相等、极性相反的一对信号。对差分放大电路的要求：放大差模信号、抑制共模信号3. 3. 典型差分放大电路方框图典型差分放大电路方框图差分放大电路差分放大电路uI1uI2uO1uO2 典型差分电路为双端输入、双端输出接法。第8页/共40页第八页，编辑于星期五：三点 三十八分。（1 1）加差模信号时）加差模信号时差分放大电路差分放大电路uI1uI2uO1uO2uI 输入回路和输出回路对称，故回路的中点电位不变，即动态电位为0，即为“地”。RL（2 2）加共模信号时）加共模信号时差分差分放大电路放大电路uORLuIc温度变化所引起

5、晶体管参数的变化可等效为共模信号输入。uI/2第9页/共40页第九页，编辑于星期五：三点 三十八分。4. 4. 差分放大电路的放大倍数差分放大电路的放大倍数差模放大倍数IdOdduuAIcOccuuA共模放大倍数cdCMRAAK共模抑制比越大越好绝对值越小越好绝对值越大越好 为综合考察差分放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力，引入参数共模抑制比。第10页/共40页第十页，编辑于星期五：三点 三十八分。5. 5. 差分放大电路的四种接法差分放大电路的四种接法差分差分放大电路放大电路uIduORL双入双出、双入单出、单入双出和单入单出。双端输入、单端输出电路：集成运放等效为高性能双入单出差分放

6、大电路。第11页/共40页第十一页，编辑于星期五：三点 三十八分。二、集成运放的符号及电压传输特性二、集成运放的符号及电压传输特性1. 符号极性相同极性相同第12页/共40页第十二页，编辑于星期五：三点 三十八分。二、电压传输特性二、电压传输特性)(NPodOuuAu)()(NPIOuufufu线性区开环差模增益高达几十万倍非线性区输出不是高电平+UOM就是低电平-UOM 若UOM= 14V，Aod=105，则为保证集成运放工作在线性区输入信号的范围为多少？UOM的值决定于什么？第13页/共40页第十三页，编辑于星期五：三点 三十八分。三、理想运放及其动态等效电路三、理想运放及其动态等效电路理

7、想运放的参数特点：差模输入电阻rid为输出电阻ro为0开环差模增益Aod为共模抑制比KCMR为频带无限宽、温度对参数无影响。第14页/共40页第十四页，编辑于星期五：三点 三十八分。2.3 2.3 理想运放组成的基本运算电路理想运放组成的基本运算电路一、一、概述概述二、比例运算电路二、比例运算电路三、加减运算电路三、加减运算电路四、积分运算电路和微分运算电路四、积分运算电路和微分运算电路第15页/共40页第十五页，编辑于星期五：三点 三十八分。一、概述一、概述)(NPodOuuAu理想运放的线性工作区域的特点：有限值无穷大无穷小为保证理想运放工作在线为保证理想运放工作在线性区，必须引入负反馈。

8、性区，必须引入负反馈。无源网络反馈：将放大电路的输出量通过一定的方式引回到输入回路来影响输入量，称为反馈。正、负反馈：若反馈的结果使输出量的变化增大，则称为正反馈；若反馈的结果使输出量的变化减小，则称为负反馈。uO uN uO （1 1）电路结构）电路结构第16页/共40页第十六页，编辑于星期五：三点 三十八分。（2 2）工作在线性区的特点）工作在线性区的特点uO为有限值，Aod，则净输入电压uPuN0，即因输入电阻无穷大，则两输入端输入电流均为零，即uPuN虚短路iPiN0虚断路 “虚短”和“虚断”是分析工作在线性区的集成运放的应用电路的两个基本出发点。第17页/共40页第十七页，编辑于星期

9、五：三点 三十八分。二、比例运算电路二、比例运算电路1) 电路的输入电阻为多少？电路的输入电阻为多少？2) R？为什么？为什么？+_iN=iP=0，uN=uP=0虚地在节点N：RuiiRIFIffFOuRRRiu1. 反相输入R=RRf保证输入级的对称性Au第18页/共40页第十八页，编辑于星期五：三点 三十八分。IPNuuu运算关系的分析方法：节点电流法2. 2. 同相输入同相输入RuiiiiRRIPNf , 0)(fORRiuRIfNfO)1 ()1 (uRRuRRuAu第19页/共40页第十九页，编辑于星期五：三点 三十八分。IPNOuuuu同相输入比例运算电路的特例同相输入比例运算电路

10、的特例：电压跟随器第20页/共40页第二十页，编辑于星期五：三点 三十八分。三、加减运算电路三、加减运算电路3I32I211I321FPN 0RuRuRuiiiiuuRRR)(3I32I211IffFORuRuRuRRiu1. 反相求和第21页/共40页第二十一页，编辑于星期五：三点 三十八分。2. 2. 同相求和同相求和 设 R1 R2 R3 R4 R Rfff3I32I211IPfPfO)()1 (RRRuRuRuRRRRuRRu)(3I32I211IfORuRuRuRu与反相求和运算电路的结果差一负号4321iiii4P3PI32PI21PI1RuRuuRuuRuuP43213I32I2

11、1I1)1111(uRRRRRuRuRu)( )(4321P3I32I21I1PPRRRRRRuRuRuRu第22页/共40页第二十二页，编辑于星期五：三点 三十八分。3. 3. 加减运算加减运算)(2I21I14I43I3fORuRuRuRuRu设 R1 R2 Rf R3 R4 R5)(I1I2fOuuRRu若R1 R2 Rf R3 R4 R5，uO?实现了差分放大电路第23页/共40页第二十三页，编辑于星期五：三点 三十八分。四、积分运算电路和微分运算电路四、积分运算电路和微分运算电路RuiiRCI)(d11O IO21tutuRCutttuRCud1IO)()(1 1O12IO21Itu

12、ttuRCuttu为常量，则在若tRuCuud1ICO1. 积分运算电路第24页/共40页第二十四页，编辑于星期五：三点 三十八分。移相利用积分运算的基本关系实现不同的功能利用积分运算的基本关系实现不同的功能1) 输入为阶跃信号时的输出电压波形？2) 输入为方波时的输出电压波形？3) 输入为正弦波时的输出电压波形？线性积分，延时波形变换第25页/共40页第二十五页，编辑于星期五：三点 三十八分。2. 2. 微分运算电路微分运算电路tuRCRiutuCiiRCRddddIOI虚地第26页/共40页第二十六页，编辑于星期五：三点 三十八分。讨论讨论：电路如图所示第27页/共40页第二十七页，编辑于

13、星期五：三点 三十八分。2.4 2.4 理想运放组成的电压比较器理想运放组成的电压比较器一、概述一、概述二、单限比较器二、单限比较器三、滞回比较器三、滞回比较器第28页/共40页第二十八页，编辑于星期五：三点 三十八分。一、概述一、概述1. 电压比较器的功能比较电压的大小。比较电压的大小。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。2. 电压比较器的描述方法 电压传输特性电压传输特性 uOf(uI)电压传输特性的三要素：（1）输出高电平UOH和输出低电平UOL（2）阈值电压UT（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向第29页/共40页第二十九页，编辑于星期五

14、：三点 三十八分。3. 3. 几种常用的电压比较器几种常用的电压比较器（1）单限比较器：只有一个阈值电压（3）窗口比较器： 有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。（2）滞回比较器：具有滞回特性 输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。T2T1UUU回差电压：第30页/共40页第三十页，编辑于星期五：三点 三十八分。4 4、集成运放的非线性工作区、集成运放的非线性工作区电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈理想运放工作在非线性区的特点：1) 净输入电流为02) uP uN时， uOUOM uP 0 时 uO UOM; uI 0 时 uO U

15、OM 1. 过零比较器2. 2. 一般单限比较器一般单限比较器，得令0PNI211REF212NuuuRRRURRRuREF12TURRUOMOUU第32页/共40页第三十二页，编辑于星期五：三点 三十八分。（1）若要UT 0，则应如何修改电路？（2）若要改变曲线跃变方向，则应如何修改电路？（3）若要改变UOL、UOH呢？REF12TURRUOMOUU0REFU第33页/共40页第三十三页，编辑于星期五：三点 三十八分。（1 1）写出 uP、uN的表达式，令uP uN，求解出的 uI即为UT；（2 2）根据输出电压幅值或输出端限幅电路决定输出高、低电平；电压比较器的分析方法电压比较器的分析方法

16、（3 3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出电压跃变方向。第34页/共40页第三十四页，编辑于星期五：三点 三十八分。三、滞回比较器三、滞回比较器，得令PNO211PIN,uuuRRRuuuOMOHOMOL UUUUREF211TURRRU1. 阈值电压第35页/共40页第三十五页，编辑于星期五：三点 三十八分。2. 2. 工作原理及电压传输特性工作原理及电压传输特性 设uIUT，则 uN uP， uO+UOM。此时uP +UT，增大 uI，直至+UT，再增大， uO才从+UOM跃变为 UOM。 设 uI+UT，则 uN uP， uOUOM。此时uP UT，减小 uI，直至UT

17、，再减小， uO才从UOM跃变为+UOM。 OMOUUOM211TURRRU第36页/共40页第三十六页，编辑于星期五：三点 三十八分。1. 若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？讨论一讨论一：如何改变滞回比较器的电压传输特性如何改变滞回比较器的电压传输特性2. 若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？3. 若要改变输入电压过 阈值电压时输出电压的 跃变方向，则应如何修 改电路？向左右移多少？改变输出限幅电路第37页/共40页第三十七页，编辑于星期五：三点 三十八分。讨论二讨论二：从电压传输特性识别电路，画波形从电压传输特性识别电路，画波形 已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它们各为哪种电压比较器；输入电压如图所示，画出各电路输出电压的波形。同相输入单限比较器反相输入滞回比较器窗口比较器2 20 0t tu uI I/V/V第38页/共40页第三十八页，编