CH集成运算放大器实用实用教案

1、2022-5-201第1页/共78页第一页，共79页。2022-5-202 集成集成(j chn)运算放大器是具有很高放大倍数的多运算放大器是具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展早、应用广的模拟集成级直接耦合放大电路。是发展早、应用广的模拟集成(j chn)电路。电路。：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、 价格低。价格低。按集成度：按集成度：按导电类型：按导电类型：按功能：按功能：小、中、大和超大规模。小、中、大和超大规模。双、单极性和两种兼容。双、单极性和两种兼容。数字和模拟。数字和模拟。第2页/共78页第二页，共79页。2022-5-203 1.

2、 元器件参数的一致性和对称性好；元器件参数的一致性和对称性好； 2. 电阻电阻(dinz)的阻值受到限制，大电阻的阻值受到限制，大电阻(dinz)常用三极管恒流源代替，电位器需外常用三极管恒流源代替，电位器需外接；接； 3. 电容的容量受到限制，电感不能集成，电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感和变压器均需外接；故大电容、电感和变压器均需外接； 4. 二极管多用三极管的发射结代替。二极管多用三极管的发射结代替。第3页/共78页第三页，共79页。2022-5-20416.1.2 电路(dinl)运算(yn sun)(yn sun)放大器方框图 输入级：输入电阻高，能减小零点输入级：输

3、入电阻高，能减小零点(ln din)(ln din)漂漂移和抑制干扰信号。移和抑制干扰信号。 中间级中间级：电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路：电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。构成。 输出级输出级：输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或：输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。射极输出器构成。输入级输入级 中间级中间级 输出级输出级偏置电路第4页/共78页第四页，共79页。2022-5-205 15VI3430PfR815VUi1IET1T3T7T5R1R2R3T4T6T2I82IB9T8IC9T9IB13IB122IB13T1

4、3IRR5R6T15R7D2D1T16T17T18T19T14R9T10T11R4I10Ui2F007（5G24)的内部的内部(nib)电路电路 第5页/共78页第五页，共79页。2022-5-206反相输入(shr)端同相输入(shr)端+UCCUEEuo+uu +Auo信号传输方向输出端开环电压放大倍数(a)(b)(a) 符号; (b)引脚 7 6 5 F0071 2 3 4 U-U+-UCC+UCC输出输出第6页/共78页第六页，共79页。2022-5-207集成集成(j chn)运放运放 741的电路原理图的电路原理图同相输入(shr)输入级输入级偏置电路偏置电路中间级中间级输出级输出

5、级+UCCuo+- -UEET12T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T13T14T16T18T17T20T15T19R1R2R3R4R5R7R8R9R10R11R12C反相输入(shr)输出第7页/共78页第七页，共79页。16.1.3 16.1.3 主要参数主要参数2022-5-208 1. 最大输出电压(diny) UOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压(diny)。 2.开环差模电压(diny)增益 Auo 没有接反馈电路时的差模电压(diny)放大倍数。 Auo愈高，运算精度越高,运算电路越稳定。 6.共模输入电压范围 UICM 能承受的共模输入电压的最大值

6、。超出，共模抑制性能(xngnng)下降。 3.3.输入失调电压输入失调电压 U UIOIO：输入电压输入电压=0=0，输出电压，输出电压0 0的值。（的值。（mvmv级）级） 4.4.输入失调电流输入失调电流 I IIOIO：输入电压输入电压=0=0，两个输入端静态基极电流的差（，两个输入端静态基极电流的差（A A级）。级）。 5.5.输入偏置电流输入偏置电流 I IIBIB：输入电压输入电压=0=0，两个输入端静态基极电流的平，两个输入端静态基极电流的平均值均值( (A A级）。级）。第8页/共78页第八页，共79页。2022-5-2091. 1. 开环电压放大开环电压放大(fngd)(f

7、ngd)倍数倍数: : 开环输入电阻开环输入电阻: 开环输出电阻开环输出电阻: 共模(n m)抑制比: 运算放大器的实际技术指标接近理想化条件，用理想运运算放大器的实际技术指标接近理想化条件，用理想运算放大器分析电路可使问题简化。为此算放大器分析电路可使问题简化。为此(wi c),后面对运算放后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。大器的分析都是按其理想化条件进行的。16.1.4 16.1.4 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据 ouA idr0or CMRRK 分析运算放大器电路时，将它看成是理想的分析运算放大器电路时，将它看成是理想的运算放大器。理运算放大器。理想

8、化的条件：想化的条件：第9页/共78页第九页，共79页。2022-5-2010线性区：线性区：uo = Auo( (u+ u)非线性区：非线性区：u+ u 时， uo = +Uo(sat) u+ u 时， uo = + Uo(sat) u+ 0 ui = Ui 0时，时，| T(j)| 衰减衰减(shui jin)很很快。快。 电路使低于电路使低于0的信号的信号(xnho)衰减小，通过；高于衰减小，通过；高于0的信号的信号(xnho)衰减大，通不过。称一衰减大，通不过。称一阶有源低通滤波器。阶有源低通滤波器。 为使为使 0 时信时信号衰减更快，将两节号衰减更快，将两节RC滤波环节滤波环节(hu

9、nji)串起来，组成二阶有串起来，组成二阶有源低通滤波器。源低通滤波器。uoRFCR+ R1+ui+RC一阶一阶二阶二阶 幅频特性幅频特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | O第33页/共78页第三十三页，共79页。2022-5-203401F1Fioj11111RRRCjRRUUi1jUCRRU URRU)(11FouiuoRFCR+ R1+输入输入(shr)为正弦波信号，有为正弦波信号，有:故：故：频率.频率.称截止称截止角RC1: 式中0第34页/共78页第三十四页，共79页。2022-5-2035 大于大于0 的信号通过的信号通过(tnggu) ，小于，小于0 的信号被阻

10、止，的信号被阻止，称有源高通滤波器。称有源高通滤波器。 ,0 时时当当 ,时时当当 20f0)(1)(j uATf0)(juAT 0)(j T 01Fioj11)(j)(j)(j RRUUT 0f0j1 uA模为模为:,0时时当当 2)(jf0uAT 幅频特性幅频特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | O第35页/共78页第三十五页，共79页。2022-5-2036 SuC+ui+uo+ 模拟(mn)开关模拟(mn)输入信号 采样保持电路采样保持电路，用于模，用于模 - - 数转换电路（数转换电路（A/DA/D）之前。由于）之前。由于A/D A/D 转换需要一定的时间，所以在进行

11、转换需要一定的时间，所以在进行A/D A/D 转换前必须对模拟量进行转换前必须对模拟量进行瞬间采样，并把采样值保存一段时间，以满足瞬间采样，并把采样值保存一段时间，以满足A/D A/D 转换电路的转换电路的需要。需要。采样存储电容控制信号电压跟随器第36页/共78页第三十六页，共79页。2022-5-2037 uG为 低电平， S 断开(场效应管截止)，输出 保持该阶段开始瞬间的值不变。uitouGto采样速率愈高，愈接近模拟信号的变化情况。采样速率愈高，愈接近模拟信号的变化情况。 SuC+ui+uo+ 第37页/共78页第三十七页，共79页。第38页/共78页第三十八页，共79页。第39页/

12、共78页第三十九页，共79页。2022-5-2040 第40页/共78页第四十页，共79页。2022-5-2041电压传输电压传输(chun sh)特特性性阈值电压阈值电压( (门限电平门限电平) )：输出跃变所对应的输入电压。：输出跃变所对应的输入电压。 uiuoOURURuouiR2+ R1+在 ui =UR 处输出电压 uo 发生跃变。参考电压第41页/共78页第四十一页，共79页。2022-5-2042uitOUROuot +Uo (sat) Uo (sat)t1t2URuouiR2+ R1+电压传输特性电压传输特性uiuoOUR第42页/共78页第四十二页，共79页。2022-5-2

13、043ui UR，uo=+ Uo (sat)ui UR，uo= Uo (sat)URuouiR2+ R1+uiuoURR2+ R1+ uiuoOUR电压传输特性电压传输特性uiuoOURui UR，uo= Uo (sat)第43页/共78页第四十三页，共79页。2022-5-2044URuouiR2+ R1+uiuoURR2+ R1+Ot +Uo(sat) Uo(sat)uouitOUROuot +Uo (sat) Uo (sat)t1t2第44页/共78页第四十四页，共79页。2022-5-2045UZ UZ电压传输特性电压传输特性 Uo(sat) +Uo(sat)uiuoOURuoRDZU

14、RuouiR2+ R1+第45页/共78页第四十五页，共79页。2022-5-2046URuouiR2+ R1+tuituo+Uo(sat)Uo(sat)第46页/共78页第四十六页，共79页。2022-5-2047NoImageRF UU当当 uo = + Uo(sat)， 则则 当当 uo = Uo(sat)，则，则iuu 门限电压受输出电压的控制R2uoui+ R1+)(o(sat)F 2 2 URRRUu oF 2 2uRRRu)(o(sat)F 2 2URRRUu第47页/共78页第四十七页，共79页。2022-5-2048uiuoO Uo(sat)+Uo(sat) U电压传输特性电

15、压传输特性 UuitOuoOt+Uo(sat)Uo(sat) U U两次跃变之间有迟滞特性(txng)。RFuoui+ R1+第48页/共78页第四十八页，共79页。2022-5-2049)(o(sat)F 2 2RF 2FRURRRURRRu 可见：可见：传输特性不再对称于纵轴，传输特性不再对称于纵轴， UU +URRFR2uoui+ R1+ U U第49页/共78页第四十九页，共79页。2022-5-2050o(sat)F 2 2 2URRRUUU 第50页/共78页第五十页，共79页。2022-5-2051V2V6201010 U V 2V6201010 U第51页/共78页第五十一页，

16、共79页。2022-5-2052 V33.1V62010105201020V33.5V62010105201020 UU第52页/共78页第五十二页，共79页。2022-5-2053第53页/共78页第五十三页，共79页。2022-5-2054 例例1 1：图中所示为运放组成的过温保护电路，：图中所示为运放组成的过温保护电路，R R 是热敏电是热敏电阻，温度升高阻值变小阻，温度升高阻值变小(bin xio)(bin xio)。KA KA 是继电器，温度是继电器，温度升高，超过规定值，升高，超过规定值，KA KA 动作，自动切断电源。分析其工作动作，自动切断电源。分析其工作原理。原理。 温度温度

17、 超规定值，超规定值，ui UR， uo= +UOM，T 导通。导通。 KA 动作，动作，切断切断(qi dun)电源。电源。 温度未超规定值，温度未超规定值，Ui +UR , 就有就有 u- u+ uo 立即立即(lj)由由UZ 变成变成UZ . +URuc0t0tuoUom-Uom在在 uc UR 时，时， u- u+ , uo 保持保持 + UZ 不变；不变；RFCRoUzDZR2R1第60页/共78页第六十页，共79页。第九章 信号运算(yn sun)、处理及波形发生电路9-61C 经输出经输出(shch)端放电，端放电，+URuct-UR(b)当当uo = -UZ 时，时，u+=-U

18、Ruc达到达到(d do)+UR时，时，uo上上翻。翻。RFCRoUzDZR2R1第61页/共78页第六十一页，共79页。2Z212U RRR 1uo ,uC Z212U RRR UZ+UZ1 Z2 1 2R2ZZ2 1 2 R0URRRUtuUuURRRUuccc Z2 1 2R3ZZ2 1 2R0URRRUtuUuURRRUuccc 第62页/共78页第六十二页，共79页。2022-5-2063 1 2F2121ln2RRCRTTT 1 2F21ln211RRCRTf Z2 1 2R2ZZ2 1 2 R0URRRUtuUuURRRUuccc Z2 1 2R3ZZ2 1 2R0URRRUtu

19、UuURRRUuccc 第63页/共78页第六十三页，共79页。2022-5-2064第64页/共78页第六十四页，共79页。2022-5-2065A1：滞回比较(bjio)器 因 u- = 0 ，所以当 u+ = 0时，A1状态改变。0o2111o2121 uRRRuRRRu当 时时，即即当当 Z121o12oURRuRRu 第65页/共78页第六十五页，共79页。2022-5-2066TT1T2T = T1+ T2 = 2T1 = 2T2RCRRTf2141 uo1 UZ UZRCUURRTTZZ12212 tOuoZ12URRZ12URR (1) 改变比较器的输出(shch) uo1、电

20、阻R1 、R2 可改变三角波的幅值。 (2) 改变积分常数RC 可改变三角波的频率。tRCUuio第66页/共78页第六十六页，共79页。2022-5-2067第67页/共78页第六十七页，共79页。2022-5-2068Z12URRZ12URR O第68页/共78页第六十八页，共79页。2022-5-2069第69页/共78页第六十九页，共79页。2022-5-207012i1i212o1o2RuuRRuu )(2o1o46ouuRRu )21 (12462i1ioiofRRRRuuuuuAu ui1+R2+uo2uo1uoR6R6R4R4+R2R1+ui2ui+A2A1A3 +)(2 2i

21、1i12146ouuRRRRRu 所所以以第70页/共78页第七十页，共79页。2022-5-207116.6使用运算(ynsun)放大器应注意的几个问题 集成运放的用途(yngt)广泛，在使用前必须进行测试，使用中应注意其电参数和极限参数符合电路要求，同时还应注意以下问题。 3. 调零。调零。 为了为了(wi le)提高集成运放的精度提高集成运放的精度,消除因失调电压和失调消除因失调电压和失调电流引起的误差电流引起的误差,需要对集成运放进行调零。需要对集成运放进行调零。 集成运放的调零电路有两类，一类是内调零集成运放的调零电路有两类，一类是内调零;另外一种集成另外一种集成运放设有外接调零电路

22、的引线端运放设有外接调零电路的引线端, 按说明书连接即可，如常用的按说明书连接即可，如常用的 741，其中电位器，其中电位器RP可选择可选择10k的电位器的电位器, 如图所示。如图所示。1. 选用元件；2. 消振；第71页/共78页第七十一页，共79页。2022-5-20723. 3. 调零调零 (1)输入端保护 当输入端所加的电压过高时会损坏集成运放，可在输入端加入两个反向(fn xin)并联的二极管，如图所示，将输入电压限制在二极管的正向压降以内。4. 4. 保护保护(boh)(boh) A741的调零电路的调零电路(dinl)RPVui20k 20k uO10k 第72页/共78页第七十

23、二页，共79页。2022-5-2073输入端保护输入端保护 ui1uORRui2 (2)输出端保护输出端保护(boh) 为了防止输出电压过大为了防止输出电压过大,利用稳压管保护利用稳压管保护(boh)，如图，两个稳压管反向串联，可将输出电压限制在如图，两个稳压管反向串联，可将输出电压限制在稳压管的稳压值稳压管的稳压值UZ的范围内。的范围内。uiuoR1R2RfDZ输出输出(shch)端保护端保护 第73页/共78页第七十三页，共79页。2022-5-2074 (3)电源(dinyun)保护 为防止正负电源(dinyun)接反，用二极管保护。电源(dinyun)接错，二极管反向截止，集成运放上无电压。ui2 U EEU CCD1uOui1D2电源保护第74页/共78页第七