第5章集成运算放大器及其应用

1、第第5章章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用 集成运算放大器概述集成运算放大器概述 放大电路中的反馈放大电路中的反馈 基本运算电路基本运算电路 电压比较器电压比较器 信号发生器信号发生器 基本运算电路基本运算电路 5.1 5.1 集成运算放大器概述集成运算放大器概述 运算放大器是具有运算放大器是具有很高的开环电压放大倍数很高的开环电压放大倍数的的直接耦直接耦合合的多级放大电路。的多级放大电路。集成运放集成运放将整个电路的各个元件做在将整个电路的各个元件做在一个半导体基片上。一个半导体基片上。 集成运放的封装外形如右图集成运放的封装外形如右图所示。使用时，要根据所用集所示。使用时，要

2、根据所用集成电路型号的成电路型号的管脚图管脚图来连接。来连接。工作稳定、使用方便、工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。体积小、重量轻、功耗小。LM3245.1.1 5.1.1 集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成差动放大差动放大输入级输入级u-u+中间放大级中间放大级互补输出级互补输出级恒流偏置电路恒流偏置电路 差动输入级有两个输入差动输入级有两个输入u+、u-，当信号从，当信号从u-输入，输出输入，输出uo与与u-极性相反，称极性相反，称u-反相输入端反相输入端；当信号从；当信号从u+输入，输出输入，输出uo与与u+极性相同，称极性相同，称u+同相输入端同相输入端。增益级增益级一

3、般高增益共射电路一般高增益共射电路低阻功率输出级，低阻功率输出级，提高负载能力。提高负载能力。提供稳定合适的偏流提供稳定合适的偏流一般由恒流源组成一般由恒流源组成uo其输入电阻高、其输入电阻高、能减小零点漂移能减小零点漂移和抑制干扰信号。和抑制干扰信号。与与uo反相反相与与uo同相同相集成运放的基本结构集成运放的基本结构输入级输入级中间级中间级输出级输出级-UEE+UCC u+uo u-反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2ISAuo开环差模开环差模电压放大倍数电压放大倍数u+u-输出端输出端反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端信号传输方向信号传输方向 uiuo集成运

4、算放大器的符号集成运算放大器的符号iuuouAuuAu00)( 5.1.2 5.1.2 集成运算放大器主要参数集成运算放大器主要参数1、最大输出电压、最大输出电压UOPP 集成运放工作在线性区的最大不失真输出电压。一般略小集成运放工作在线性区的最大不失真输出电压。一般略小于电源电压。于电源电压。2、开环电压放大倍数、开环电压放大倍数Au0 在没有外接反馈电路时所测出的差模电压放大倍数。在没有外接反馈电路时所测出的差模电压放大倍数。3、差模输入电阻、差模输入电阻 rid 差模信号作用时集成运放的输入电阻。一般在差模信号作用时集成运放的输入电阻。一般在1M 以上。以上。4、开环输出电阻、开环输出电

5、阻 ro集成运放没有引入负反馈情况下的输出电阻。一般是几百集成运放没有引入负反馈情况下的输出电阻。一般是几百欧姆。欧姆。5.1.3 5.1.3 集成运算放大器电压传输特性集成运算放大器电压传输特性uo_+ +Au0uiAu0越大，运放的线性范围越大，运放的线性范围越小，必须加越小，必须加负反馈负反馈才能才能使其工作于线性区。使其工作于线性区。UomUomUimUimuiuo0线性区线性区饱和区饱和区饱和区饱和区 传输特性传输特性是表示输出电压与输是表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线。入电压之间关系的特性曲线。即即 uo = f ( ui ) 线性区：线性区： uo =Au0ui 非线性非

6、线性区区(饱和区饱和区)： 当当ui Uim 时，时，uo = Uom当当ui u-, uo=+Uom , u+ UH , 就有就有 u- u+ , uo 立即由立即由UZ 变成变成UZ 在在 uc UH 时，时， u- u+ , uo 保持保持 + UZ 不变；不变；uo UZR2R1C+uc-+RF0UHuctULUZuo0t- UZ此时，此时，C 经输出端放电经输出端放电!2. 当当uo = -UZ 时，时，u+=ULuc降到降到UL时，时，uo上翻上翻。当当uo 重新回到重新回到UZ 以后，以后，电路又进入另一个周期电路又进入另一个周期性的变化。性的变化。Tuo UZR2R1C+uc-

7、+RF5.5.2 5.5.2 三角波信号发生器三角波信号发生器同相滞回同相滞回比较器比较器积分运积分运算电路算电路特点：特点：由由同相的滞回比较器同相的滞回比较器和和反相积分器反相积分器级联构成，级联构成，滞回比较器的输出作为反相积分器的输入，反相滞回比较器的输出作为反相积分器的输入，反相积分器的输出又作为滞回比较器的输入。积分器的输出又作为滞回比较器的输入。R1uo1R01R2+-uoR02RC+-oMHURRU21 oMLURRU21 00uo1tUOMUOMuotUHUL tuRCuood11uo1R02R01RCR2R1+-+-uo5.5.3 5.5.3 正弦波信号发生器正弦波信号发生

8、器 1. 1. 自激振荡自激振荡 如果：如果：,dfXX 则去掉则去掉,iX仍有信号输出。仍有信号输出。基本放大基本放大电路电路A A反馈电路反馈电路F FdXoXfX反馈信号代替了放大反馈信号代替了放大电路的输入信号。电路的输入信号。基本放大基本放大电路电路A A反馈电路反馈电路F F iX+ + + +dXoXfX2. 2. 自激振荡条件自激振荡条件基本放大基本放大电路电路A反馈电路反馈电路FdXoXfXdfXAFX 1 AF（1）振幅条件：）振幅条件：1| AF（2）相位条件：）相位条件： nFA2 (n是整数是整数)正弦正弦振荡的条件振荡的条件: :可以通过调整放大电路的放大倍数达到。

9、可以通过调整放大电路的放大倍数达到。振荡电路必须是正反馈振荡电路必须是正反馈3. 3. 起振起振放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。分量。选频网络：选频网络：把把fo分量选出，把其他频率的分量衰减掉。分量选出，把其他频率的分量衰减掉。此时：此时： ，且，且 A+ F =2n ，即可起振。即可起振。 起振：起振： 稳幅：稳幅：起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若这时若|AF|仍大于仍大于1，则输出将会饱和失真。，则输出将会饱和失真。达到需要的幅值后，将参数调整为达到需要的幅值后，将参数调整为AF=1，即可稳幅。，即可稳幅。1 FA5.5.4 RC5.5.4 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路)CRCR( j)CCRR(CjRCj/RCj/RUUFof12211221112222111111 时时, ,相移为相移为0 01221212CRfCRfoo 212121CCRRfo 如果：如果：R1=