电力电子技术---集成运算放大器

1、(16-1)第第1616章章 集成运算放大器集成运算放大器(16-2)集成电路集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导体基将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。片上。集成电路的优点：集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。功耗小。集成电路的分类：集成电路的分类：模拟集成电路、数字集成电路；模拟集成电路、数字集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；1 集成运放的简单介绍集成运放的简单介绍(16-3)一、集成运算放大器的特点一、集成运算放大器的特点 应用范围：应用范围：模拟计算机模拟计算机、信号运算信

2、号运算、信号处理信号处理、信信号测量号测量及及波形产生波形产生等方面。等方面。 与制造工艺有关与制造工艺有关（1）在集成电路工艺中还难于制造）在集成电路工艺中还难于制造电感电感元件；制造元件；制造大于大于200pF的的电容电容也比较困难；也比较困难；（2）运放的输入级都采用）运放的输入级都采用差动放大电路差动放大电路；（3）集成电路中的）集成电路中的合适阻值为合适阻值为100 30k ，高阻值，高阻值的电阻往往用晶体管的电阻往往用晶体管恒流源恒流源代替；代替；（4）集成电路中的）集成电路中的二极管二极管都采用都采用晶体管晶体管构成。构成。(16-4)UEE+UCC u+uo u反相反相输入端输

3、入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS二、电路的简单说明二、电路的简单说明输输入入级级中中间间级级输输出出级级与与uo反相反相与与uo同相同相对输入级的要求：对输入级的要求：尽量减小零点漂移尽量减小零点漂移, ,尽量提高尽量提高 KCMRR , , 输输入阻抗入阻抗 ri 尽可能大。尽可能大。对中间级的要求：对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。足够大的电压放大倍数。对输出级的要求：对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足够的输出电主要提高带负载能力，给出足够的输出电流流io 。即输出阻抗。即输出阻抗 ro小。小。(16-5)运放举例：运放举例：F007F007（5G245G24）

4、22反相输入端反相输入端66输出端输出端33同相输入端同相输入端44负电源端负电源端77正电源端正电源端88空脚空脚（NC）1 1、55接调零电位器接调零电位器 F007 1 2 3 48 7 6 5三、主要参数三、主要参数（1） 最大输出电压最大输出电压U op-p（2）开环电压放大倍数）开环电压放大倍数Auo 希望希望Auo大大。Auo越高，所构越高，所构成的运算电路越稳定，运算成的运算电路越稳定，运算精度也越高。精度也越高。（3）输入失调电压）输入失调电压UIO 要求要求愈小愈好愈小愈好（4）输入失调电流）输入失调电流IIO 要求要求愈小愈好愈小愈好（5）输入偏置电流）输入偏置电流IIB

5、 要求要求愈小愈好愈小愈好（6）共模输入电压范围）共模输入电压范围U ICM(16-6)四、理想运放及其分析依据四、理想运放及其分析依据理想运放：理想运放： rid KCMRR ro 0 0Auo 运放符号运放符号uu+ uo u u+ uo国际符号国际符号国内符号国内符号(16-7)u+u-uo+UO（sat）-UO（sat）实际特性实际特性理想特性理想特性线性区线性区饱和区饱和区ooAUuu由于由于Ao=，因而有，因而有 0uu（1）由于）由于rid ， 故认为故认为i+ i-=0， “虚断虚断”； uu ， “虚短虚短”。即即 )( uuAuuoo（2） 工作在线性区工作在线性区 工作在

6、饱和区工作在饱和区当当u+u-时，时，uo=+Uo（sat）；当当u+u-时，时，uo=-Uo（sat）；(16-8)虚短路虚短路虚断路虚断路放大倍数与负载无关，放大倍数与负载无关， 可以分开分析可以分开分析。0iIuuu+uo_+ uIi信号的放大、运算信号的放大、运算有源滤波电路有源滤波电路运放线运放线性应用性应用(16-9) 2 运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用1、比例运算、比例运算（1）反相输入）反相输入+-+uoRFifi1R1 R2ui+-+FoFofRuRuui 1i1iRuRuui 1fii 1Fo1iRuRu 1FioufRRuuA 根据根据两条两

7、条分析依据分析依据虚断、虚短虚断、虚短可知：可知： uu=0当当RF=R1时，时，uo=-ui，Auf= -1，反相器反相器平衡电阻平衡电阻 R2=R1/RF(16-10)+-+uoRFifii1K R2ui+-+1K 1K 10K ii例例1、电路如下图所示，试分别计算开关、电路如下图所示，试分别计算开关S断开和闭断开和闭合时的电压放大倍数合时的电压放大倍数Auf。S(16-11)(2)同相输入同相输入 +-+uoRFifi1R1 R2ui+-+ 1i1R-uRui 1fii 1 uu=ui根据根据两条两条分析依据分析依据虚断、虚断、虚短虚短可知：可知：FofRuui FoRuu iou=（

8、1+FR1R）ui1FioufRRuuA11 当当R1=或或RF=0时，时，Auf=1，电压跟随器电压跟随器(16-12)例例1、电路如下图所示，求、电路如下图所示，求uo+-uo15K -+15K 7.5K +15Vuo只电源电压和分压电阻有关，其精度和稳定性较只电源电压和分压电阻有关，其精度和稳定性较高，可作为基准电压。高，可作为基准电压。(16-13)例例2、电路如下图所示，求、电路如下图所示，求uo+-+ui1R1uo1+-+ui2R2uo2+-+uoR3R4(16-14)2、加法运算、加法运算+-+uoRFifi11R11R2R12i12ui1ui2ui3i13R13+-13fiii

9、i 1211 13i3FoRuRuRuRu 12i211i1 1313FoRuRuRuRu12i211i1uo= -（ui1+ ui2+ui3）如何实现如何实现uo=ui1+ ui2+ui3？当当R11=R12 =R13 =RF时，时，如何实现如何实现uo= -（4ui1+2 ui2+0.5ui3）？设）？设RF=100K 平衡电阻平衡电阻 R2=R11/R12 /R13 /RF(16-15)3、减法运算、减法运算+-+uoRFifi1R1 R2ui2+-+ui1+-R31-Ruui1FoRuu-uu根据3R3Rui22R +ou=（1+FR1R）ui11FRR-+u=3R3Rui22R+当R

10、1=R2和RF=R3时，ui2ouFR1Rui1-=（）ui2ouui1-=当RF=R1时，(16-16)+-+uoF+-+ui1R1uo1Rui2R2例例1、电路如下图所示，求、电路如下图所示，求uo(16-17)4、积分运算、积分运算+-+uocFifi1R1 R2ui+-+-uc uu=0i11iRu i fcFducdtfii 1duo -cFdt uo= -1R1CFuidt积分电路除用于信号运算外，在控制和测量中也广泛应用积分电路除用于信号运算外，在控制和测量中也广泛应用(16-18) uo= -1R1CFuidtuitUi0uot-Uo(sat)0uit0uo积分运算的波形变换作

11、用积分运算的波形变换作用(16-19)+-+uocFifi1R1 R2ui+-+-ucRF 例例1、电路如下图所示，求、电路如下图所示，求uo与与ui的关系式的关系式比例比例-积分调节器，简称积分调节器，简称PI调节器调节器 在自动控制系统中需要有调节器（或称校正电路），在自动控制系统中需要有调节器（或称校正电路），以保证系统的以保证系统的稳定性稳定性和和控制的精度控制的精度。(16-20)5、微分运算、微分运算+-+uoifi1RF R2ui+-+c1+-cui 1c1ducdt c1duidtifFoRu uoc1duidt= -RFuitUi0uot0(16-21)+-+uoifiRR1

12、 R2ui+-+RF c1iC例例1、电路如下图所示，求、电路如下图所示，求uo与与ui的关系式。的关系式。比例比例-微分调节器，简称微分调节器，简称PD调节器调节器 也用于控制系统中，使调节过程起也用于控制系统中，使调节过程起加速加速作用。作用。(16-22) 3 运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用1、有源滤波器、有源滤波器2、采样保持电路、采样保持电路+-+uo-+Cui-+RS控控制制信信号号uo控制信号控制信号采样采样 保持保持 保持保持 保持保持 采样采样 采样采样 该电路在该电路在数字电路数字电路、计算机及程计算机及程序控制序控制等装置中都得到应用等装置中

13、都得到应用(16-23)3、电压比较器（开环状态）、电压比较器（开环状态）+-+uoi1R1 R2uR+-+ui+-UR0+Uo（sat）-Uo（sat）uoui(16-24)过零比较器过零比较器+-+uoi1R1 R2-+ui+-+Uo（sat）-Uo（sat）uoui0ouitUo(sat)-Uo(sat)ouot比较器将正弦波电压变换为矩形波电压(16-25)例1、电路如图所示，ui是一正弦电压，试分析并画出u”o，uo，uo的波形。ouitUo(sat)-Uo(sat)ou”otCRDRLuo+-+u”oR1 R2uiuotououotoUo(sat)(16-26)DZuo+-+R1

14、R2ui+UZ-UZuoui0有限幅的过零比较器有限幅的过零比较器(16-27) 5 使用运算放大器应注意的几个问题使用运算放大器应注意的几个问题1、选用元件、选用元件 按按技术指标技术指标可分为：通用型、高速型、高阻型、低功耗型、可分为：通用型、高速型、高阻型、低功耗型、大功率型、高精度型等；大功率型、高精度型等； 按其按其内部电路内部电路可分为：双极型和单极型；可分为：双极型和单极型； 按每一集成片中按每一集成片中运算放大器的数目运算放大器的数目可分为：单运放、双运放可分为：单运放、双运放和四运放。和四运放。通常根据通常根据实际要求实际要求来选用运算放大器。来选用运算放大器。如有些放大器的输入信号微弱，应如何来选用运算放大器？如有些放大器的输入信号微弱，应如何来选用运算放大器？(16-28)2、消振、消振（1）什么是自激振荡？）什么是自激振荡？（2）如何消振？）如何消振？（3）如何检验是否已消振？）如何检验是否已消振？3、调零、调零（1）为什么要调零？）为什么要调零？（2）如何调零？）