电工电子技术教学PPT

1、 6.1 6.1 方波信号发生器的设计说明方波信号发生器的设计说明 6.2 6.2 集成运算放大器基础知识集成运算放大器基础知识 6.3 6.3 放大器中的负反馈放大器中的负反馈 6.4 6.4 集成运放的应用电路集成运放的应用电路 6.5 6.5 集成运放的选取和使用集成运放的选取和使用 6.6 6.6 方波信号发生器的设计过程方波信号发生器的设计过程 6.7 6.7 拓展实训拓展实训第第6 6章章 集成运算放大器集成运算放大器 方波信号发生器的设计说明 1. 1. 设计目的设计目的 (1)(1)掌握方波信号发生器电路的设计方法及工作掌握方波信号发生器电路的设计方法及工作原理。原理。 (2)

2、(2)熟悉集成运算放大器的线性应用及非线性应熟悉集成运算放大器的线性应用及非线性应用。用。 (3)(3)初步了解利用集成运放的基本应用电路设计初步了解利用集成运放的基本应用电路设计和分析复杂组合电路的方法。和分析复杂组合电路的方法。 2. 2. 设计内容设计内容 设计一个用集成运算放大器构成的方波信号发生设计一个用集成运算放大器构成的方波信号发生器。其指标为：方波幅值为器。其指标为：方波幅值为6V6V，频率为，频率为500 Hz500 Hz，相对误差。相对误差。 定义定义： 集成运放，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益集成运放，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益 模拟集成电路。模拟集成电路

3、。 特点特点： 增益高，输入电阻大，输出电阻低，共模抑制比高，增益高，输入电阻大，输出电阻低，共模抑制比高， 失调与漂移小。失调与漂移小。结构结构：由四部分组成，即输入级、中间级、输出级和偏置电路。由四部分组成，即输入级、中间级、输出级和偏置电路。集成运算放大器的结构框图集成运算放大器的结构框图 集成运放的符号集成运放的符号 集成运算放大器的封装形式图集成运算放大器的封装形式图 集成运算放大器的符号集成运算放大器的符号 集成运放一般采用金属封装和双列直插式塑料封装集成运放一般采用金属封装和双列直插式塑料封装 。它有两个输入端和一个输出端，它有两个输入端和一个输出端， 标有标有“-”的输入端与输

4、出端成反相关系，称为反相输入端；的输入端与输出端成反相关系，称为反相输入端； 标有标有“+”的输入端与输出端成同相关系，称为同相输入端。的输入端与输出端成同相关系，称为同相输入端。一般可将运放简单地视为具有一个信号输出端和同相、反相两一般可将运放简单地视为具有一个信号输出端和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元。个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元。 反相输入端 同相输入端主要技术参数主要技术参数1.1.开环差模电压增益开环差模电压增益 odA运放在无外加反馈的情况下的直流差模增益，运放在无外加反馈的情况下的直流差模增益，其值为输出电压与输入差模电压之比的对数的其值为输

5、出电压与输入差模电压之比的对数的2020倍，即倍，即Ood20lgUAUU决定运放精度的重要因素，单位为分贝决定运放精度的重要因素，单位为分贝(dB)(dB)； 越大，运放性能越稳定，精度也越高越大，运放性能越稳定，精度也越高odA2. 2. 输入失调电压输入失调电压IOU使输出电压为零时需要在输入端所加的补偿电压，使输出电压为零时需要在输入端所加的补偿电压，其数值表征输入级差分对管失配的程度，在一定程度其数值表征输入级差分对管失配的程度，在一定程度上反映了温漂的大小。上反映了温漂的大小。3. 3. 输入失调电压温漂输入失调电压温漂IOU表示温度变化引起的输入失调电压的变化，即表示温度变化引起

6、的输入失调电压的变化，即IOIOUddUT 4. 输入失调电流输入失调电流 表示当输出电压等于零时，两个输入端的偏置电流之差，用公式表示为表示当输出电压等于零时，两个输入端的偏置电流之差，用公式表示为 它用以描述差分对管输入电流的不对称情况。一般运放为它用以描述差分对管输入电流的不对称情况。一般运放为0.010.1mA0.010.1mA，该值，该值越小越小越好，高质量的低于越好，高质量的低于1nA1nA。5. 输入失调电流温漂输入失调电流温漂 表示输入失调电流在温度变化时产生的变化量，其值为在规定工作温度范围表示输入失调电流在温度变化时产生的变化量，其值为在规定工作温度范围内，输入失调电流的变

7、化量与温度变化量之比值，用公式表示为内，输入失调电流的变化量与温度变化量之比值，用公式表示为 一般运放为每度几纳安，高质量的运放只有每度几皮安。一般运放为每度几纳安，高质量的运放只有每度几皮安。IOIIOI2BB1IOIII IOIIOIIOIOIddIT 6. 6. 输入偏置电流输入偏置电流 表示当运算放大器的输出电压等于零时，两输入端偏置电流的平均值，即表示当运算放大器的输出电压等于零时，两输入端偏置电流的平均值，即 它是衡量差分对管输入电流绝对值大小的指标，它的值主要取决于集成运放输入它是衡量差分对管输入电流绝对值大小的指标，它的值主要取决于集成运放输入级的静态集电极电流和输入级放大管的

8、级的静态集电极电流和输入级放大管的 值。双极型三极管输入级的集成运放的输入值。双极型三极管输入级的集成运放的输入偏置电流为几十纳安至偏置电流为几十纳安至 ；场效应管输入级的集成运放的输入偏置电流在；场效应管输入级的集成运放的输入偏置电流在1nA1nA以下。以下。一般一般 越小，零漂越小。越小，零漂越小。7. 7. 输入偏置电流温漂输入偏置电流温漂 表示输入偏置电流在温度变化时产生的变化量。其值为输入偏置电流的变化量表示输入偏置电流在温度变化时产生的变化量。其值为输入偏置电流的变化量与温度变化量之比值，用公式表示为与温度变化量之比值，用公式表示为 一般每度为几皮安。一般每度为几皮安。1ABIBB

9、IddIT)(212B1BBIIIBIBIBIBI8. 8. 差模输入电阻差模输入电阻 表示差模输入电压的变化量与相应的输入电流变化量之比，用公式表示为表示差模输入电压的变化量与相应的输入电流变化量之比，用公式表示为 它用来衡量集成运放向信号源索取电流的大小。此值越大，集成运放向信号它用来衡量集成运放向信号源索取电流的大小。此值越大，集成运放向信号源索取电流越小。一般集成运放的差模输入电阻为几兆欧，以场效应管作为输入源索取电流越小。一般集成运放的差模输入电阻为几兆欧，以场效应管作为输入级的集成运放级的集成运放 可达可达 。9. 9. 输出阻抗输出阻抗 是指运算放大器工作在线性区时，输出端的内部

10、等效小信号阻抗。是指运算放大器工作在线性区时，输出端的内部等效小信号阻抗。 越小，越小，带负载能力越强带负载能力越强 idridrIDIDidIUridrM 106OrOrOr1. 电压传输特性集成运放的基本特性集成运放的基本特性uo0uiUOMUOM uo= f ( ui ) , 其中其中 ui = u u UiUi+线性区线性区uiUiUi+Ui+和uiUi- u-时，时，u0=UO+iiuO+rid+输出电压u u0 0只有两种可能：当u+ u-时，时，u0= UO “虚断”的条件原则上仍成立， 即ii 0 “虚短”原则上不成立，即u u+ +和和u u- -不一定相等！不一定相等！ 理

11、想运放工作在理想运放工作在非线性区非线性区的分析依据的分析依据uiuO_+u-u+ 反馈是将放大电路的输出量反馈是将放大电路的输出量( (电压或电流电压或电流) )的一部分或全部，通过一定的网络的一部分或全部，通过一定的网络反送到输入回路，如果引入的反馈信号增强了外加输入信号的作用，使放大倍数反送到输入回路，如果引入的反馈信号增强了外加输入信号的作用，使放大倍数增大，则称为增大，则称为正反馈正反馈；反之，如果它削弱了外加输入信号的作用，使放大电路的；反之，如果它削弱了外加输入信号的作用，使放大电路的放大倍数减少，则称为放大倍数减少，则称为负反馈负反馈。 反馈的类型及判别方法反馈的类型及判别方法

12、根据反馈信号本身的交、直流性质根据反馈信号本身的交、直流性质 直流反馈直流反馈交流反馈交流反馈根据反馈信号在放大电路输出端采样方式根据反馈信号在放大电路输出端采样方式 电压反馈电压反馈电流反馈电流反馈负反馈四种组态性能比较负反馈四种组态性能比较图一图一图二图二反馈放大电路的工作原理反馈放大电路的工作原理负反馈放大电路方框图负反馈放大电路方框图放大倍数放大倍数 反馈系数反馈系数 净输入信号净输入信号 故：故：则则OiXAXOFXXFiiFXXXOiiFiO()()XA XA XXA XF XFAAXXA1iOF 反馈放大电路的闭环放大倍数，表示引入反馈后，放大电路的反馈放大电路的闭环放大倍数，表

13、示引入反馈后，放大电路的输出信号与外加输入信号之间的总的放大倍数；输出信号与外加输入信号之间的总的放大倍数； 回路增益，表示反馈放大电路中，信号沿着放大网络和反馈网回路增益，表示反馈放大电路中，信号沿着放大网络和反馈网络组成的环路传递一周后所得到的放大倍数；络组成的环路传递一周后所得到的放大倍数； 反馈深度，表示引入反馈后放大电路的放大倍数与无反馈时相反馈深度，表示引入反馈后放大电路的放大倍数与无反馈时相比所变化的倍数。它表征系统引入负反馈后放大电路各项性能的改善程度。比所变化的倍数。它表征系统引入负反馈后放大电路各项性能的改善程度。 FAFA FA1如果如果 ，称为深度负反馈，则，称为深度负

14、反馈，则|1|1AFFFAAFAAXXA11iOF 即深度负反馈放大电路的闭环放大倍数即深度负反馈放大电路的闭环放大倍数 几乎与放大网络的几乎与放大网络的放大倍数放大倍数 无关，而主要取决于反馈网络的反馈系数无关，而主要取决于反馈网络的反馈系数 。FAAF 深度负反馈放大电路的一个突出优点就是只要反馈系数的值深度负反馈放大电路的一个突出优点就是只要反馈系数的值 一定，就能一定，就能保持闭环放大倍数保持闭环放大倍数 的稳定，避免了影响放大倍数的稳定，避免了影响放大倍数 的干扰因素对闭环的干扰因素对闭环放大倍数放大倍数 的影响。故实际的反馈网络常由电阻等元件组成，反馈系数取决于的影响。故实际的反馈

15、网络常由电阻等元件组成，反馈系数取决于某些电阻值，基本不受温度等因素的影响。某些电阻值，基本不受温度等因素的影响。FFAAFA 负反馈对放大器的影响负反馈对放大器的影响 1. 1. 提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性由反馈放大电路的工作原理可知，由反馈放大电路的工作原理可知， FAAA1F则则22F)1 (1)1 (11dFAFAFAFAAA式子两边同乘以式子两边同乘以 ，可得可得AAFAAAd11dFFFdAA 闭环放大倍数闭环放大倍数 的相对变化率的相对变化率 只有开环放大倍数只有开环放大倍数 的相对变化的相对变化率率 的的 。由此可见，放大倍数受外界影响大为减小，放大器的稳定性得。

16、由此可见，放大倍数受外界影响大为减小，放大器的稳定性得到提高。到提高。FAFFdAAAAAdFA112. 减小非线性失真非线性失真：在放大电路的输出波形中产生了输入信号原来没有的谐波成分。如果正弦波输入信号经过放大后产生的失真波形为正半周大，负半周小，反馈系数为常数的情况下，反馈信号也是正半周大，负半周小，则的波形就变成了正半周小，负半周大，这样把输出信号的正半周压缩，负半周扩大，结果使正负半周的幅度趋于一致，从而改善输出波形，减小非线性失真。3. 改变输入电阻和输出电阻输入电阻的变化取决于输入端的负反馈方式(串联或并联)，串联负反馈使输入电阻增大，并联负反馈使输入电阻减小。输出电阻的变化取决

17、于输出端反馈方式(电流或电压)，电流负反馈可以稳定输出电流，即负载电阻变化时，输出电流基本不变，接近恒流源的特性，考虑到理想电流源的电阻为无穷大，这就意味着放大电路的输出电阻增大。电压负反馈可以稳定输出电压，即负载电阻变化时，输出电压基本不变，接近恒压源的特性，考虑到理想电压源的电阻为零，这就意味着放大电路的输出电阻减小。集成运放的应用电路集成运放的应用电路 比例运算电路比例运算电路 定义：将信号按比例放大的电路称为比例运算电路。比例电路的输出电压和输入定义：将信号按比例放大的电路称为比例运算电路。比例电路的输出电压和输入 电压之间存在比例关系，即可以实现比例运算。电压之间存在比例关系，即可以

18、实现比例运算。基本形式：反相比例电路、同相比例电路、差分比例电路基本形式：反相比例电路、同相比例电路、差分比例电路反相比例电路反相比例电路 根据理想运放工作在线性区时根据理想运放工作在线性区时“虚短虚短”和和“虚断虚断”的特点，可知的特点，可知 ， 。这说明反相比例运算电路中，集成运放的反相输入端和同相输入端两点的电位相等，这说明反相比例运算电路中，集成运放的反相输入端和同相输入端两点的电位相等，且均等于零，如同这两点接地一样，但又不是真正接地，这种现象称为且均等于零，如同这两点接地一样，但又不是真正接地，这种现象称为“虚地虚地”。故。故 0ii0uu1i1Rui FoFoFRuRuui 反相

19、比例电路反相比例电路 又又 ，则，则 ，故，故0iF1ii i1FouRRu电压放大倍数为电压放大倍数为oFui1uRAuR 平衡电平衡电阻阻结论：电压放大倍数取决于电阻结论：电压放大倍数取决于电阻 和和 的比的比值值FR1R同相比例电路同相比例电路定义定义：如果输入信号从同相输入端输入，而反相输入端通过电阻接地，则称为如果输入信号从同相输入端输入，而反相输入端通过电阻接地，则称为 同相比例电路。同相比例电路。0iioF11uRRRuiuuui1Fi1F1o)1 (uRRuRRRuoFui11uRAuR 有图可知有图可知又因为又因为则则结论结论：输出电压与输入电压的幅输出电压与输入电压的幅值成

20、正比，但相位相同，电路实值成正比，但相位相同，电路实现了同相比例运算，并电压放大现了同相比例运算，并电压放大倍数取决于电阻倍数取决于电阻 和和 的比值。的比值。FR1R电压跟随器电压跟随器： 电路的输出电压与输入电压不仅幅值相等，电路的输出电压与输入电压不仅幅值相等，而且相位相同，两者之间具有一种跟随关系。而且相位相同，两者之间具有一种跟随关系。即当即当 或或 时，电压放大倍数等于时，电压放大倍数等于 1 1。1R0FRiuu ouu uuiouu F12/ RRR 差分比例电路差分比例电路由图可知由图可知0ii利用叠加原理求得反相输入端的电位利用叠加原理求得反相输入端的电位1 iF1FoF1

21、1uRRRuRRRu2i323uRRRu1 iF1FoF112i323uRRRuRRRuRRR)(2i1 i1FouuRRu同相输入端的电位为同相输入端的电位为uu又因为又因为则则21RR 3FRR 反相加法运算电路反相加法运算电路22i11 iFoRuRuRu根据运放反相输入端根据运放反相输入端“虚地虚地”可知，可知，0u)(22i11 iFoRuRuRuRRR21)(i2i1FouuRRu 同相加法运算电路同相加法运算电路根据运放同相根据运放同相“虚断虚断”和叠加原理可得和叠加原理可得432F1/RRRRR2i423421 i43243/uRRRRRuRRRRRu34FF24o1i2112

22、34324/(1)(1)()/iRRRRRRuuuuRRRRRRRRi2i1ouuu 结论结论：电路的输出电压等于两个输入电压之和电路的输出电压等于两个输入电压之和。RRR21当 时【例【例6-36-3】电路如图所示电路如图所示 ， ， ， ， ， 求求 和和 。12310kRRRF150kRF2100kRi10.1Vu i20.2Vu o1uou解解：电路由两级集成运放组成，第一级为反相比例运算电路电路由两级集成运放组成，第一级为反相比例运算电路F1o1i11500.10.5(V)10RuuR 第二级为加法运算电路第二级为加法运算电路o1i2F1oF2F2i2i12323110.20.5()

23、()100()3(V)1010uuRuRRuuRRRR R 积分运算电路积分运算电路特点：它和反相比例运算电路的差别是用电容代替了电阻特点：它和反相比例运算电路的差别是用电容代替了电阻 。 为使得直流电阻平衡，要求为使得直流电阻平衡，要求 电容两端的电压与流过电容的电流电容两端的电压与流过电容的电流之间存在积分关系即之间存在积分关系即CC1duitCFR21RR 根据理想运放根据理想运放“虚短虚短”和和“虚断虚断”的概念可知，的概念可知， ， ，则，则0ii0uuiC11uiiRoCCi111dduuitu tCRC 结论：结论：输出电压与输入电压是积分的关系，相位上相反输出电压与输入电压是积

24、分的关系，相位上相反。积分时间常数积分时间常数CR1当输入电压当输入电压 为阶跃电压时，电容以近似为阶跃电压时，电容以近似恒流方式进行充电，则输出电压与时间成线恒流方式进行充电，则输出电压与时间成线性关系；当电容充电到运放反向电压最大值性关系；当电容充电到运放反向电压最大值 时，电路进入非线性状态，或者积时，电路进入非线性状态，或者积分时间已到，则积分停止，积分波形分别如分时间已到，则积分停止，积分波形分别如图中的线图中的线2 2和线和线1 1所示。所示。 结论：输入阶跃信号时，积分电结论：输入阶跃信号时，积分电路可以产生斜坡信号，利用这个路可以产生斜坡信号，利用这个原理也可以将方波信号转换为

25、三原理也可以将方波信号转换为三角波信号。角波信号。iuOPPU【例【例6-4】给定电容给定电容 ，试设计并实现，试设计并实现 的运算电路的运算电路。 F 1C)d10d20(i21 iotutuu解解：本题要求实现的运算包括积分运算和反相加法运算，因此设计电路图如图所示。本题要求实现的运算包括积分运算和反相加法运算，因此设计电路图如图所示。根据根据“虚短虚短”和和“虚断虚断”的概念可知的概念可知)d1d1(d)(1d)(1d1i221 i12i21i121CCotuCRtuCRtRuRuCtiiCtiCuu与要求实现的与要求实现的 比较得比较得2011CR1012CR)d10d20(i2i1o

26、tutuu又因为，则可得又因为，则可得 ， 。根据运放输入端对地的直流电阻平衡要求，则可得根据运放输入端对地的直流电阻平衡要求，则可得150kR 2100kR 31250 100/33.3(k)50100RRR 微分运算电路微分运算电路微分是积分的逆运算，将积分运算电路中电容和电阻的位置互换，即可组成微分是积分的逆运算，将积分运算电路中电容和电阻的位置互换，即可组成基本微分运算电路，如图所示。根据理想运放基本微分运算电路，如图所示。根据理想运放“虚短虚短”和和“虚断虚断”的概念可的概念可 ， ，则，则0ii0uuC1CdduiiCt CiuuCio1111dddduuui RR CR Ctt结

27、论：电路的输出电结论：电路的输出电压与输入电压是微分压与输入电压是微分的关系，且相位相反。的关系，且相位相反。 电压比较器电压比较器常见的电压比较器有单限比较器、滞回比较器和双限比常见的电压比较器有单限比较器、滞回比较器和双限比较器。较器。UU时OOPPUU UU时OOPPUU 单限比较器单限比较器 只有一个阈值电压只有一个阈值电压 ； 它有同相输入和反相输入两种形式；它有同相输入和反相输入两种形式； 输入电压输入电压 加在集成运放的反相输入端，加在集成运放的反相输入端， 作为阈值电压加在同相输入端，作为阈值电压加在同相输入端， 则则TUiuTU ( (高电平高电平) ) ( (低电平低电平)

28、 )iTOOPPuUUU 时，iTOOPPuUUU 时，原理：原理：0TU一般单限比较器电路一般单限比较器电路根据叠加原理，可求得集成运放反相输入端电位为根据叠加原理，可求得集成运放反相输入端电位为REF212i211URRRuRRRu0uuREF12iTURRuUuu 优点优点：结构简单、灵敏度高，结构简单、灵敏度高， 缺点：缺点：抗干扰能力差，输入电压因干扰在阈值附近发生微小变化时，输出抗干扰能力差，输入电压因干扰在阈值附近发生微小变化时，输出电压会频繁地跳变。电压会频繁地跳变。滞回比较器滞回比较器（1 1）若）若 ，输入电压从零增加的过程中，经过，输入电压从零增加的过程中，经过 时输出电

29、压不时输出电压不变，只有经过变，只有经过 时输出电压才产生跃变；时输出电压才产生跃变；（2 2）反之，输入电压减小的过程中，经过）反之，输入电压减小的过程中，经过 时输出电压不变，只有经过时输出电压不变，只有经过 时输出电压才产生跃变。通常选取时输出电压才产生跃变。通常选取 。结论：输入电压增加到一个较大的阈值或减小到一个较小的阈值时才产生跃变。结论：输入电压增加到一个较大的阈值或减小到一个较小的阈值时才产生跃变。 看成两个不同的单限比较器的组合看成两个不同的单限比较器的组合 它有同相和反相输入两种形式它有同相和反相输入两种形式。T2T1UU1TU2TUiu2TUT2T1UU1TU 双限比较器

30、双限比较器（1 1）若）若 ，输入电压从零增加的过程中，经过，输入电压从零增加的过程中，经过 时输出电压产生一次跃时输出电压产生一次跃变，继续增大到变，继续增大到 时，产生一次反方向的跃变；时，产生一次反方向的跃变； （2 2）输入电压减小的过程中，经过）输入电压减小的过程中，经过 时输出电压产生一次跃变，继续减小到时输出电压产生一次跃变，继续减小到 时再产生一次反方向的跃变。时再产生一次反方向的跃变。 双限比较器与前两种比较双限比较器与前两种比较 器的区别：器的区别： 在输入电压单向变化时，输出电压跃变两次。在输入电压单向变化时，输出电压跃变两次。1TU2TUT2T1UU2TU2TU1TU集

31、成运放的选取和使用集成运放的选取和使用集成运放的选取集成运放的选取在没有特殊要求的场合，尽量选用通用型集成运放，这样既可降低成本，又能在没有特殊要求的场合，尽量选用通用型集成运放，这样既可降低成本，又能 保证货源。当一个系统中使用多个运放时，尽可能选用多运放集成电路，例如保证货源。当一个系统中使用多个运放时，尽可能选用多运放集成电路，例如LM324LM324、 LF347LF347等都是将四个运放封装在一起的集成电路。等都是将四个运放封装在一起的集成电路。 评价集成运放性能的优劣，应看其综合性能。一般用优值系数评价集成运放性能的优劣，应看其综合性能。一般用优值系数K K来衡量集成运放来衡量集成

32、运放的优良程度，其定义为的优良程度，其定义为IOBUISRK 对于放大音频、视频等交流信号的电路，选转换速率大的运放比较合适；对于处对于放大音频、视频等交流信号的电路，选转换速率大的运放比较合适；对于处理微弱的直流信号的电路，选用精度比较高的运放比较合适理微弱的直流信号的电路，选用精度比较高的运放比较合适( (即失调电流、失调电压即失调电流、失调电压及温漂均比较小及温漂均比较小) )。 实际选择集成运放时，除要考虑优值系数外，还应考虑其他因素。例如，信号实际选择集成运放时，除要考虑优值系数外，还应考虑其他因素。例如，信号源的性质是电压源还是电流源，负载的性质，集成运放输出电压和电流是否满足环源

33、的性质是电压源还是电流源，负载的性质，集成运放输出电压和电流是否满足环境条件，集成运放允许工作范围、工作电压范围、功耗与体积等因素的要求。境条件，集成运放允许工作范围、工作电压范围、功耗与体积等因素的要求。 集成运算放大器的使用要点集成运算放大器的使用要点 集成运放的电源供给方式集成运放的电源供给方式集成运放有两个电源接线端集成运放有两个电源接线端 和和 ，但有不同的电源供给方式。不同，但有不同的电源供给方式。不同的电源供给方式对输入信号的要求是不同的。的电源供给方式对输入信号的要求是不同的。1.1.对称双电源供电方式对称双电源供电方式运算放大器多采用对称双电源方式供电，相对于公共端运算放大器

34、多采用对称双电源方式供电，相对于公共端( (地地) )的正极与负极分别接的正极与负极分别接 于运放的于运放的 和和 管脚上。在这种方式下，可把信号源直接接到运放的输入管脚上。在这种方式下，可把信号源直接接到运放的输入 脚上，而输出电压的振幅可达正负对称电源电压。脚上，而输出电压的振幅可达正负对称电源电压。CCVEEV2.2.单电源供电方式单电源供电方式单电源供电是将运放的单电源供电是将运放的 管脚连接到地上。此时为了保证运放内部管脚连接到地上。此时为了保证运放内部单元电路具有合适的静态工作点，在运放输入端一定要加入一个直流电单元电路具有合适的静态工作点，在运放输入端一定要加入一个直流电位位 ，

35、如图所示，如图所示 。分别加在集成运放的同相输入端和反相输入端。分别加在集成运放的同相输入端和反相输入端。 此时运放的输出是在某一直流电位基础上随输入信号变化。此时运放的输出是在某一直流电位基础上随输入信号变化。 静态时，运算放大器的输出电压近似为静态时，运算放大器的输出电压近似为 ，同时为了隔离，同时为了隔离掉输出中的直流成分而接入电容掉输出中的直流成分而接入电容 。CCVEEVEEVIVIVCC21V3C(a) V(a) VI I加在反向输入端加在反向输入端 (b) V(b) VI I加在同向输入端加在同向输入端集成运放的调零问题集成运放的调零问题当运算放大器组成的线性电路输当运算放大器组

36、成的线性电路输 入信号入信号为零时，输出往往不等于零。为了提高为零时，输出往往不等于零。为了提高电路的运算精度，要求对失调电压和失电路的运算精度，要求对失调电压和失调电流造成的调电流造成的误差进行补偿误差进行补偿。常用的调零方法：常用的调零方法： 内部调零法内部调零法 外部调零法外部调零法 集成运放的自激振荡问题集成运放的自激振荡问题运算放大器是一个高放大倍数的多级放大器，在接成深度负反馈条件下，很运算放大器是一个高放大倍数的多级放大器，在接成深度负反馈条件下，很 容易产生自激振荡。为使放大器能稳定地工作，就需外加一定的频率补偿网络，以容易产生自激振荡。为使放大器能稳定地工作，就需外加一定的频

37、率补偿网络，以 消除自激振荡。消除自激振荡。另外，防止通过电源内阻造成低频振荡或高频振荡的措施是：在集成运放的另外，防止通过电源内阻造成低频振荡或高频振荡的措施是：在集成运放的 正、负供电电源的输入端对地一定要分别加入一个电解电容和一个高频滤波电容。正、负供电电源的输入端对地一定要分别加入一个电解电容和一个高频滤波电容。集成运放的保护问题集成运放的保护问题集成运放的安全保护有三个方面：电源保护、输入保护和输出保护。集成运放的安全保护有三个方面：电源保护、输入保护和输出保护。1.1.电源保护电源保护电源的常见故障是电源极性接反和电压跳变。电源的常见故障是电源极性接反和电压跳变。 对于性能对于性能

38、 较差的电源，在电源接通和断开的瞬间，往往出现电压过冲。较差的电源，在电源接通和断开的瞬间，往往出现电压过冲。2.2.输入保护输入保护若集成运放的输入差模电压过高或者输入共模电压过高若集成运放的输入差模电压过高或者输入共模电压过高( (超出该集成运放的极超出该集成运放的极 限参数范围限参数范围) )，集成运放也会损坏。，集成运放也会损坏。下图所示是典型的输入保护电路。下图所示是典型的输入保护电路。3.3.输出保护输出保护当集成运放过载或输出端短路时，若没有保护电路，该运放就会损坏。但有些当集成运放过载或输出端短路时，若没有保护电路，该运放就会损坏。但有些 集成运放内部设置了限流保护或短路保护，

39、使用这些器件就不需再加输出保护。对于集成运放内部设置了限流保护或短路保护，使用这些器件就不需再加输出保护。对于 内部没有限流或短路保护的集成运放，可以采用图所示的输出保护电路，其中电阻内部没有限流或短路保护的集成运放，可以采用图所示的输出保护电路，其中电阻R R 起到限流保护的作用。起到限流保护的作用。方波信号发生器的设计过程方波信号发生器的设计过程1.1. 电路原理说明电路原理说明滞回比较器的上下门限电压分别为滞回比较器的上下门限电压分别为)(DZ211H211T1UURRRURRRU)(DZ211L211T2UURRRURRRU由上述内容可知，其上下门限电压的绝对值相等。同时，电容由上述内

40、容可知，其上下门限电压的绝对值相等。同时，电容C C和电阻和电阻RFRF形成形成 一个负反馈通道，电容一个负反馈通道，电容C C根据根据 的高低电平进行充电或放电，当的高低电平进行充电或放电，当 时，时， 电容上的电电容上的电 压压 按指数增加，电容充电；当按指数增加，电容充电；当 或者或者 时，电路时，电路产生一次翻转；当产生一次翻转；当 时，电路输出时，电路输出 保持恒值。保持恒值。OU0OUCuT1CUu T2CUu T2CT1UuUOU2. 2. 运放的选择运放的选择 由于方波的前后沿与比较器所用运放的转换速率有关，而且所要求方波由于方波的前后沿与比较器所用运放的转换速率有关，而且所要

41、求方波频率为，前后沿时间较短，且误差不超过频率为，前后沿时间较短，且误差不超过5%5%，故选用精度较大的高速运放，故选用精度较大的高速运放，如如BG307BG307。3. 3. 稳压管的选择稳压管的选择稳压管的作用是限制和确定方波的幅值，改变稳压管的稳定电压即可改变输出稳压管的作用是限制和确定方波的幅值，改变稳压管的稳定电压即可改变输出方波的振幅。此外，方波振幅和宽度的对称性也与稳压管的对称性有关。为了得到稳定方波的振幅。此外，方波振幅和宽度的对称性也与稳压管的对称性有关。为了得到稳定而对称的方波输出，通常选用高精度双向稳压二极管，如而对称的方波输出，通常选用高精度双向稳压二极管，如2DW72

42、DW7型，稳压值为，是稳压型，稳压值为，是稳压管的限流电阻，具体值由所用稳压管确定。管的限流电阻，具体值由所用稳压管确定。4. 4. 积分器元件积分器元件R R、C C的确定的确定R R、C C的值与方波的频率有关，可先选择一个合适的电容的值与方波的频率有关，可先选择一个合适的电容 C C，再根据方波的，再根据方波的 频率选择电阻。频率选择电阻。 5. 5. 电路的调试电路的调试用示波器分别测量方波的输出电压幅值和振荡频率，如果不符合设计要求，可用示波器分别测量方波的输出电压幅值和振荡频率，如果不符合设计要求，可 适当改变反馈电阻。适当改变反馈电阻。拓拓 展展 实实 训训三角波信号发生器的设计

43、三角波信号发生器的设计1. 1. 实训目的实训目的(1)(1)掌握三角波信号发生器的设计方法及工作原理。掌握三角波信号发生器的设计方法及工作原理。(2)(2)了解集成运算放大器的波形变换及非线性应用了解集成运算放大器的波形变换及非线性应用。2. 2. 实训设备与器材实训设备与器材直流稳压电源直流稳压电源()1()1台，台，741741集成运放集成运放2 2个，个，2DW72DW7双向稳压管双向稳压管1 1只，电阻若干，电容只，电阻若干，电容1 1只，只， 电位器电位器1 1只。只。3. 3. 实训内容实训内容 设计一个用集成运算放大器构成的三角波信号发生器。指标为：三角波频率为，相对设计一个用

44、集成运算放大器构成的三角波信号发生器。指标为：三角波频率为，相对 误差，幅度为误差，幅度为 。1.52 V具体计算公式如下。具体计算公式如下。电路振荡频率：电路振荡频率： 。方波幅值：方波幅值： 。 三角波幅值：三角波幅值： 。CRRRfF124OZo1UUZ21o2URRU1)1)选择集成运算放大器选择集成运算放大器 由于方波的前后沿与用作开关器件的由于方波的前后沿与用作开关器件的A1A1的转换速率的转换速率SRSR有关，因此当输出方波的有关，因此当输出方波的 重复频率较高时，集成运算放大器重复频率较高时，集成运算放大器A1A1应选用高速运算放大器，一般要求时选用通用应选用高速运算放大器，一

45、般要求时选用通用 型运算放大器即可。集成运算放大器型运算放大器即可。集成运算放大器A2A2的选择原则是：为了减小积分误差，应选用的选择原则是：为了减小积分误差，应选用 输入失调参数小、开环增益高、输入电阻高、开环带宽较宽的运算放大器。输入失调参数小、开环增益高、输入电阻高、开环带宽较宽的运算放大器。 2)2) 选择稳压管选择稳压管wD 3)3)确定正反馈回路电阻和确定正反馈回路电阻和 和的比值决定了运算放大器的触发翻转电平，也就是决定了三角波的输出幅度。和的比值决定了运算放大器的触发翻转电平，也就是决定了三角波的输出幅度。 因此，根据设计要求的三角波输出幅度可以确定和的阻值。因此，根据设计要求

46、的三角波输出幅度可以确定和的阻值。 4)4)确定积分时间常数确定积分时间常数 积分元件的参数值应根据三角波所要求的重复频率来确定，当正反馈回路电阻积分元件的参数值应根据三角波所要求的重复频率来确定，当正反馈回路电阻 和确定之后，再选取电容和确定之后，再选取电容C C值，然后再由频率计算值，然后再由频率计算R R。集成差分放大电路的设计集成差分放大电路的设计1. 1. 实训目的实训目的(1)(1)掌握利用集成运算放大器设计差分电路的方法及其工作原理。掌握利用集成运算放大器设计差分电路的方法及其工作原理。(2)(2)了解集成运算放大器的使用方法。了解集成运算放大器的使用方法。2. 2. 实训电路及

47、其工作原理实训电路及其工作原理1)1)双运放差分放大电路双运放差分放大电路 2)2)电路工作原理电路工作原理差分输入信号从两个放大器的同相端输入，可以有效地消除两输入端的共模分量，差分输入信号从两个放大器的同相端输入，可以有效地消除两输入端的共模分量， 获得很高的共模抑制比和极高的输入电阻。该放大电路的输出电压获得很高的共模抑制比和极高的输入电阻。该放大电路的输出电压(不考虑可调电阻不考虑可调电阻)为为id341234ic3412o)21 (21)1 (uRRRRRRuRRRRu显然，若满足的匹配条件，上式第一项为零，即共模输出电压，则由上式可知，显然，若满足的匹配条件，上式第一项为零，即共模

48、输出电压，则由上式可知， 闭环差模电压增益为闭环差模电压增益为 21od1RRA因此该电路有较高的差模电压增益且能提供有效的共模抑制能力，并联在反馈因此该电路有较高的差模电压增益且能提供有效的共模抑制能力，并联在反馈 回路中的可调电阻能调节增益而不影响共模抑制比回路中的可调电阻能调节增益而不影响共模抑制比。3. 3. 实训内实训内容容 已知输入信号源内阻，负载电阻，共模电压输入范围，电源电压已知输入信号源内阻，负载电阻，共模电压输入范围，电源电压( (或或) )，( (或或) )，试设计，试设计 一个由集成运算放大器组成的差分放大电路，要求该电路满足下列技术指标。一个由集成运算放大器组成的差分

49、放大电路，要求该电路满足下列技术指标。差模电压增益；差模输入阻抗；共模抑制比。差模电压增益；差模输入阻抗；共模抑制比。(1)(1)根据已知条件和设计要求，选定电路方案根据已知条件和设计要求，选定电路方案( (以图所示的参考电路为例以图所示的参考电路为例) )，计算，计算 和选取元件参数，并在实验电路板上组装所设计的电路，检查无误后接通电源，进行和选取元件参数，并在实验电路板上组装所设计的电路，检查无误后接通电源，进行 静态调试静态调试调零和消除自激振荡。调零和消除自激振荡。(2)(2)测量放大电路的主要性能指标如下测量放大电路的主要性能指标如下。测量差模电压增益测量差模电压增益 。在两输入端加

50、差模输入电压。在两输入端加差模输入电压 ，输入频率为，输入频率为 ， 有效值为有效值为200mV的正弦信号，测量输出电压的正弦信号，测量输出电压 ，观测输出电压，观测输出电压 与输入电压的波形，并与输入电压的波形，并 记录它们幅值和相位的关系，算出差模电压增益，记录它们幅值和相位的关系，算出差模电压增益， 并与理论值比较。并与理论值比较。测量共模电压增益测量共模电压增益 。将输入端。将输入端 并接，加共模输入电压并接，加共模输入电压 ，输入频率，输入频率 为为 ，有效，有效 值为值为 的的 正弦信号，正弦信号， 测量输出电压测量输出电压 ，计算，计算 。odAidu500HzoduocAicu

51、ocu500Hz1VocA4. 4. 实训总结实训总结(1)(1)双端输入、双端输出及共模输入时，设计双端输入、双端输出及共模输入时，设计电路的输入端与信号源的输出端电路的输入端与信号源的输出端 应如何连接？画应如何连接？画图说明。图说明。(2)(2)测量差模电压增益与共模电压增益应选用测量差模电压增益与共模电压增益应选用什么测量仪器什么测量仪器( (如示波器、交流毫伏表如示波器、交流毫伏表) )？为什么？为什么？(3)(3)差分放大电路调零时，为什么要把输入端差分放大电路调零时，为什么要把输入端接地？怎样用示波器进行零点检测？接地？怎样用示波器进行零点检测？本本 章章 小小 结结 (1)(1)集成运放实质上是一个高放大倍数的多级直接耦合放大电路，它通常由偏置电集成运放实质上是一个高放大倍数的多级直接耦合放大电路，它通常由偏置电路、输入级、中间级和输出级组成。路、输入级、中间级和输出级组成。 (2)(2)集成运放的电压传输特性分为线性区和非线性区。当集成运放工作在线性集成运放的电压传输特性分为线性区和非线性区。当集成运放工作在线性区时，多处于负反馈工作状态，具有区时，多处于负反馈工作状态，具有“虚短虚短”和和“虚断虚断”两个重要特点，它是分析许两个重要特点，它是分析许多运算应用电路的出发点，其基本应用电路有比例、加法、积分和微分运算电路；当多运