第十一章集成运算放大器及其应用ppt课件

1、第十一章第十一章 集成运算放大器及其运用集成运算放大器及其运用第三节第三节 集成放大器简介集成放大器简介 第四节第四节 集成运放在信号运算电路中的运用集成运放在信号运算电路中的运用第六节第六节 集成运放在信号处置方面的运用集成运放在信号处置方面的运用第三节第三节 集成放大器简介集成放大器简介 集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点 集成运算放大器的简单引见集成运算放大器的简单引见 集成运算放大器的主要技术目的集成运算放大器的主要技术目的 集成运算放大器的理想化模型集成运算放大器的理想化模型 集成运算放大器的电压传输特性及其分集成运算放大器的电压传输特性及其分析特点析特点一、集成运算放大器的特

2、点一、集成运算放大器的特点 集成电路：将整个电路中的元器件制造在集成电路：将整个电路中的元器件制造在一块硅基片上，构成完好的能完成特定功能的一块硅基片上，构成完好的能完成特定功能的电子电路。电子电路。运算放大器：具有高放大倍数、高输入电阻、运算放大器：具有高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大器。低输出电阻的直接耦合放大器。 二、集成运算放大器的简单引见二、集成运算放大器的简单引见1. 集成运放的组成集成运放的组成输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路输入输入输出输出2. 集成运放的管脚图及符号集成运放的管脚图及符号F007管脚图管脚图F 741F 0 07123487

3、65符号符号A - 反相输入端反相输入端B - 同相输入端同相输入端F - 输出端输出端 AV u+uuoABF 信号从反相输入端输入时，信号从反相输入端输入时，输出与输入相位相反。输出与输入相位相反。 信号从同相输入端输入时，信号从同相输入端输入时，输出与输入相位一样。输出与输入相位一样。 三、集成运算放大器的主要技术目的三、集成运算放大器的主要技术目的1. 输入失调电压输入失调电压UiO当无输入信号时，为使输出的电压值为零，当无输入信号时，为使输出的电压值为零，在输入端参与的补偿电压。在输入端参与的补偿电压。 其值越小越好其值越小越好 0.55mV2. 输入失调电流输入失调电流IiO输入电

4、压为零时，流入放大器两个输入端输入电压为零时，流入放大器两个输入端的静态基极电流之差。的静态基极电流之差。 IiOIB1IB2 其值越小越好其值越小越好 1nA10nA3. 开环差模放大倍数开环差模放大倍数Auo运放在开环时的差模放大倍数运放在开环时的差模放大倍数 其值越高越好其值越高越好 1041075. 最大输出电压最大输出电压Uopp 输出不失真的最大输出电压值输出不失真的最大输出电压值共模抑制比共模抑制比KCMR 越大抗干扰才干越强越大抗干扰才干越强四、集成运算放大器的理想化模型四、集成运算放大器的理想化模型 实践运放实践运放 u+uuoriroAOUiuiAO很高，很高， 104ri

5、很高，几十很高，几十几百几百KrO很低，几十很低，几十几百几百KCMR 很高很高 理想运放理想运放 u+uuoAOUiuiAOri=rO=0KCMR五、集成运算放大器的电压传输特性五、集成运算放大器的电压传输特性 及其分析特点及其分析特点 运算放大器的电压传输特性运算放大器的电压传输特性 集成运放的输出电压集成运放的输出电压uO与输入电压与输入电压ui (u+u)之间的关系之间的关系uOf (ui) 称为集成运放的电压传称为集成运放的电压传输特性。输特性。uOui+UOMUOMuOAO ui = AO(u+u) ui |UiM| ，运放饱和，运放饱和， 任务在非线性区任务在非线性区线性区线性区

6、引入深度负反响，引入深度负反响，可以使运放任务可以使运放任务在线性区。在线性区。 uoud反响电路反响电路开环系统：不加反响网络时开环系统：不加反响网络时的电路系统，此时的放大倍的电路系统，此时的放大倍数叫开环放大倍数。数叫开环放大倍数。uOui+UOMUOM理想运放的电压传输特性理想运放的电压传输特性ui 0， |uO|UOM即即u+ u时，运放处时，运放处于非线性区。于非线性区。闭环系统：加上反响网络时闭环系统：加上反响网络时的电路系统，此时的放大倍的电路系统，此时的放大倍数叫闭环放大倍数。数叫闭环放大倍数。 运算放大器的分析特点运算放大器的分析特点1. 线性区线性区 集成运放两个输入端集

7、成运放两个输入端之间的电压通常非常接之间的电压通常非常接近于零，但不是短路，近于零，但不是短路，故简称为故简称为“虚短。虚短。 虚短虚短 uOAOuu AOuuuoAO0uu 当当u0 接地接地 u u 0 称此时的反相输入端为称此时的反相输入端为“虚地点虚地点。反之，。反之，也成立。也成立。 u+uuoAOUiui 虚虚 断断 流入集成运放两个流入集成运放两个输入端的电流通常为零，输入端的电流通常为零，但又不是断路故简称为但又不是断路故简称为“虚断。虚断。 riII+ 02. 非线性区非线性区 在非线性区，虚短概念不成立，但虚断在非线性区，虚短概念不成立，但虚断概念成立。概念成立。 u+Iu

8、oAOUiuI+ 例：利用理想运放组成的二极管检测电路，例：利用理想运放组成的二极管检测电路，求出流过求出流过D的电流的电流 iD 及及D两端的电压两端的电压uD。 uoui15V1.5K0.67VDiDiRii 0 uu0 iimA105 . 115R0-uiRD iiV67.0oD uu解：解：虚地点虚地点第四节第四节 集成运放在信号运算集成运放在信号运算电路中的运用电路中的运用 分析线性区理想运放的两个概念分析线性区理想运放的两个概念 根本运算电路根本运算电路一、分析线性区理想运放的两个概念一、分析线性区理想运放的两个概念 虚短虚短uuII+ 0 虚断虚断 u+IuoAOUiuI+二、根

9、本运算电路二、根本运算电路 比例电路比例电路 uouiifi1R1R2Rf1. 反相比例电路反相比例电路 i+0 虚断虚断 u +0 u + u 0 虚地点虚地点 i1=u iR1 if = uuo=uoRf i i +0 i 1 i f即即 ui/R1=uo/ Rf 1iouRRAffuu uo、ui 符合比例关系，负号表示输出输入电符合比例关系，负号表示输出输入电压变化方向相反。压变化方向相反。 电路中引入深度负反响，电路中引入深度负反响， 闭环放大倍数闭环放大倍数Auf 与运放的与运放的Au无关，仅与无关，仅与R1、Rf 有关。有关。 R2平衡电阻平衡电阻 同相端与地的等效电阻同相端与地

10、的等效电阻 。其作用是坚持输入。其作用是坚持输入级电路的对称性，以坚持电路的静态平衡。级电路的对称性，以坚持电路的静态平衡。 R2R1/Rf 当当R1Rf 时，时， uoui ，该电路称为反相器。，该电路称为反相器。2. 同相比例电路同相比例电路 uoifi1uiR2R1Rf i+0 虚断虚断 u + ui u + u ui 虚短虚短 i1=0u iR1 if = (uuo )Rf =( u iuo)Rf i i +0 i 1 i f1iouRR1Affuu RR1ioiuuuf 当当Rf有限值时，有限值时，R1 +uoui R2平衡电阻平衡电阻 R2R1/RfAuf =1 电路成为电压电路成

11、为电压跟随器。跟随器。 uoui此电路输入电阻大，输出此电路输入电阻大，输出电阻小。电阻小。例：运用运放来丈量电阻的电路如图，例：运用运放来丈量电阻的电路如图，U10V，R1=1M，输出端接电压表，被测电阻为，输出端接电压表，被测电阻为Rx ，试找出试找出Rx与电压表读数与电压表读数uo之间的关系。之间的关系。Rx R1 U V解解:此电路为反相比例电路此电路为反相比例电路1iouRRAxfuu O56i1u10ou1010ouuRRx例例2、理想化运放组成的电路如图，试推算输、理想化运放组成的电路如图，试推算输出电压出电压uo的表达式。的表达式。 uouiR1R3R2R4解解:此电路为同相比

12、例电路此电路为同相比例电路2o1i1uRuR 判别这个等式判别这个等式 、 啊，见鬼了啊，见鬼了!哈，哈，very good! uouiR1R3R2R4u+解解:此电路为同相比例电路此电路为同相比例电路2o11uRuR 4i34RuuRR 42oi314(1)()RRuuRRR 加法运算电路加法运算电路uo ui2ifi2R2RPRf0iiiiiif321 0 uuRuii111 Ruii222 Ruii333 Ruiff0 RuRuRuRuiiif3322110 )(332211RuRuRuRuiiifo ui3i3R3ui1i1R1RRRRf 321若若)(uuuu3i2i1io RRRR

13、RfP/ 321 平平衡衡电电阻阻 在调理某一路信号的输入电阻的阻值时，在调理某一路信号的输入电阻的阻值时，不影响其它输入电压与输出电压的比例关系，不影响其它输入电压与输出电压的比例关系，调理方便。调理方便。 求和电路也可从同相端输入，但同相求和求和电路也可从同相端输入，但同相求和电路的共模输入电压较高，且不如反相求和电电路的共模输入电压较高，且不如反相求和电路调理方便。路调理方便。 减法运算电路差动运算电路减法运算电路差动运算电路 uoui2ifi1R1R2Rfui1R3)( 011接接地地uuii uRRRRRuifO232311)(1 ( 接接地地）uuii22( 0 uRRuif110

14、2 uRRuRRRRRuuuifif112323102010)(1 ( 利用叠加原理利用叠加原理同相端输入同相端输入ui1反相端输入反相端输入当当 R1= R2= R3= Rf =R 时，时，uo= ui2ui1 (减法器减法器 )-(RR ,RRRR i1i210123uuuff 时时当当R2/ R3 = R1/ Rf 平平衡衡条条件件例：知例：知RF4R1，求，求u0与与ui1、 ui2的关系式。的关系式。 A1 +ui1 A2 uoui2R1R2RFuo解解:A1为跟随器；为跟随器；A2为差放。为差放。uo= ui1u)RR1(u2i1Fo uRRu)RR1(1i1F2i1F uo5 u

15、i24 ui1uRRo1F 例例6、如图，求、如图，求uo 与与 ui1、ui2的关系式。的关系式。 A1 +ui1 A2 uoui210kuo10k30k10k6k解解:oi1i23030()610uuu oo1010uu i1i253uu A1为反向加法器；为反向加法器；A2为反相比例电路。为反相比例电路。i1i2(53)uu 例例7、如图，求、如图，求uo 。 A1 + A3 uo100kuo150k80k20k A2 +12k50k100k12k11k30k60kuo20.3V0.4V A1：反相比例：反相比例 A2：同相比例：同相比例 A3：差动输入：差动输入解：解：o180() (

16、 0.3)V1.2V20u o26012(1)0.4V0.6V3012 12u oo2o1100()1.2V50uuu 第六节第六节 集成运放在信号处置方集成运放在信号处置方面的运用面的运用 有源滤波器有源滤波器 采样坚持电路采样坚持电路 滤波电路的种类滤波电路的种类:按电路功能按电路功能: 低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器按所用元件按所用元件: 无源滤波器和有源滤波器无源滤波器和有源滤波器按阶数按阶数: 一阶、二阶、一阶、二阶、 、高阶、高阶 一、有源滤波器一、有源滤波器 所谓滤波器，它能使一定频率范围内的信号所谓滤波器，它能使一定频率范围内的信号顺利经过，而在此频率范围以外的信号衰减很大，顺利经过，而在此频率范围以外的信号衰减很大，不易经过。不易经过。RR1RFC+-+iU oU 一阶有源低通滤波器一阶有源低通滤波器i11jjUUCRC i1jURC fo+11RUUR oFufi11 =(1)1jURAURRC 01 RC 令令f1uf011jRRA f1uf201|1RRA 0 fuf01uf1|22RARA 称称00为截止角频率为截止角频率 001 1 =2RCfRC |Auf| |Auf0|0.7