第3章 集成运算放大器及应用

1、第第3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用是一种是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的的直接耦合放大电路直接耦合放大电路集成运算放大器：集成运算放大器：抑制零漂，提高共模抑制比抑制零漂，提高共模抑制比, 输入电阻大，采用输入电阻大，采用差动放大电路差动放大电路输出级主要提高带负载能力，输出级主要提高带负载能力，输出电阻低，多采用输出电阻低，多采用射随器射随器电路方框图电路方框图中间级中间级输入级输入级输出级输出级偏置电路偏置电路中间级应有足够大的电压

2、放大倍数中间级应有足够大的电压放大倍数 提供各级静提供各级静态电流态电流第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用模拟集成电路模拟集成电路命名命名按照按照GB343082, 由五部分组成：由五部分组成：CF0741CT金属圆型封装070通用 型运算放大器线性放大器符合国家标准第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用第第1部分部分第第2部分部分第第3部分部分第第4部分部分第第5部分部分用字母表示器用字母表示器件符合国家标件符合国家标准准用字母表示器件的类用字母表示器件的类型型用阿拉伯用阿拉伯数字表示数字表示器件的系器件的系列和品种列和品种代号代号用字母表示器用字母表

3、示器件的工作温度件的工作温度范围范围用字母表示器件的封用字母表示器件的封装装符符号号意义意义符符号号意义意义符符号号意义意义符符号号意义意义C中国制中国制造造TTTL C070oCW陶瓷扁平陶瓷扁平HHTLE-4085oCB塑料扁平塑料扁平EECLR-5585oCF全封闭扁平全封闭扁平CCMOSMLL-55125oCLLD陶瓷直插陶瓷直插F线性放大器线性放大器P塑料直插塑料直插D音响、电视电路音响、电视电路J黑陶瓷直插黑陶瓷直插W稳压器稳压器K金属菱形金属菱形J接口电路接口电路T金属圆形金属圆形一、外形与符号一、外形与符号(a)圆形(b)双列直插式(c)扁平形管脚图管脚图 7411234876

4、5A 四运放LM324引脚排列图 外引线排列图 国内符号：国内符号： A u+u-uou- - - 反相输入端反相输入端u+ - - 同相输入端同相输入端uo - - 输出端输出端 信号从反相输入端输入时，输出与输入相位相反。信号从反相输入端输入时，输出与输入相位相反。 信号从同相输入端输入时，输出与输入相位相同。信号从同相输入端输入时，输出与输入相位相同。 国际符号：国际符号：u-u+ uo Rid 高高:几十几十k 几百几百k 1）特点：）特点：理想运放：理想运放： Rid KCMR很大很大KCMR Rod 小：几十小：几十 几百几百 Rod 0 A ud 很大很大:104以上以上 107

5、Aud 二、集成运放的基本特性二、集成运放的基本特性第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用2 2）传输特性）传输特性uo Uom UomO非线性区线性区非线性区ui集成运放的传输特性凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，从而影响输出的手段，称为从而影响输出的手段，称为反馈反馈。反馈信号削弱了净输入信号反馈信号削弱了净输入信号这里的信号一般是指交流信号，判断正负反馈，这里的信号一般是指交流信号，判断正负反馈，就要判断反馈信号与输入信号的相位关系，同相

6、（就要判断反馈信号与输入信号的相位关系，同相（反反馈信号与输入信号作用相同馈信号与输入信号作用相同）是）是正反馈正反馈，反相（，反相（反馈反馈信号与输入信号作用相反信号与输入信号作用相反）是）是负反馈负反馈。补充：补充：反馈：反馈：反馈信号增强了净输入信号反馈信号增强了净输入信号负反馈：负反馈：正反馈：正反馈：注意：注意：补充：补充：放大器放大器输出输出输入输入取取+ + 加强输入信号加强输入信号 正反馈正反馈 用于振荡器用于振荡器取取 - - 削弱输入信号削弱输入信号 负反馈负反馈 用于放大器用于放大器开环开环闭环闭环反馈网络反馈网络叠加叠加反馈反馈信号信号实际被放大信号实际被放大信号反馈框

7、图：反馈框图：负反馈对放大电路性能影响的仿真负反馈对放大电路性能影响的仿真输出波形输入波形引入负反馈前输出波形失真引入负反馈前输出波形失真引入负反馈后输出波形不失真引入负反馈后输出波形不失真输出波形输入波形第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用三、集成运放的线性及非线性特点三、集成运放的线性及非线性特点线性：线性： 条件：引入深度负反馈。集成运放工作在线性区时,输出电压在有限值之间变化,而集成运放Aud,则uid=uod/Aud0,由uid=uu,得 uu 可见,同相端和反相端电压几乎相等, 称为虚假短路,简称“虚短”。第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用

8、由集成运放的输入电阻Rid,得0ii 上式说明上式说明, ,流入集成运放同相端和反相端的流入集成运放同相端和反相端的电流几乎为零电流几乎为零, , 称为虚假断路称为虚假断路, ,简称简称“虚断虚断”。 ,0u 如果信号从反向端输入，同相端接地如果信号从反向端输入，同相端接地 0u反相端近于反相端近于“地地”电位，即电位，即虚地虚地。第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用当当 时，时，uuomoUu非线性特点：非线性特点： 当集成运放工作在开环或正反馈时在开环或正反馈时,由于Aud很大,只要有微小的电压输入,集成运放就一定工作集成运放就一定工作在非线性区在非线性区。其特点是:输

9、出电压只有两种状态,不是正饱和电压Uom,就是负饱和电压UomomUou当当时，时， uu另外一个特点是虚断，即另外一个特点是虚断，即0ii第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用主要参数主要参数1、开环电压放大倍数开环电压放大倍数Ao没有外接反馈时所测出没有外接反馈时所测出的差模电压放大倍数。的差模电压放大倍数。2、最大输出电压最大输出电压UOPP能使输出电压与输入电压能使输出电压与输入电压保持不失真关系的最大输出电压。保持不失真关系的最大输出电压。3、输入失调电压输入失调电压UIO为使输出等于零而在输入为使输出等于零而在输入端加的微小补偿电压。端加的微小补偿电压。4、输入失

10、调电流输入失调电流IIO当输入信号为零时，两个当输入信号为零时，两个输入端的静态基极电流之差。输入端的静态基极电流之差。5、输入偏置电流输入偏置电流IB当输入信号为零时，两个输入当输入信号为零时，两个输入端的静态基极电流的平均值。端的静态基极电流的平均值。第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用7、输出电阻输出电阻Rod6、差模输入电阻差模输入电阻Rid9、最大共模输入电压最大共模输入电压UicM8、最大差模输入电压最大差模输入电压UidM11、单位增益带宽单位增益带宽BWG10、转换速率转换速率SR第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用四、四、 集成运放的线

11、性应用集成运放的线性应用常见的常见的基本运算基本运算电路有比例、加法、减法、电路有比例、加法、减法、微积分和乘法运算等微积分和乘法运算等 uu0iifii 10uu111RuRuuiiiFFfRouRouuii1FouRRu1FiofRRuuAuR R2 2R R1 1R RF Fu ui iu uo o1ifi1、反相比例运算、反相比例运算平衡电阻，保证输入端平衡电阻，保证输入端对地的静态电阻相等对地的静态电阻相等R R2 2R R1 1R RF Fu ui iu uo o电路的输入电阻1iRR 平衡电阻F12/RRR 第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用仿真：仿真：第第

12、3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用例题例题1. R1=10k , Rf=20k , , ui =-1V=-1V。求。求: :uo 、Ri。说明。说明R0的的作用，作用， R0应为多大？应为多大？特点：特点：u u= =u u+ +=0=0 R0为平衡电阻：为平衡电阻： R0=R1/Rfuu+A+RiiRuu+ffoi110Ri1RR210201ffRRAuVuAuiuo2) 1)(2(f第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用2、同相比例运算、同相比例运算1111,RRuuARRRuuuuufiouffoiifouRRu)1 (1或 第第3 3章章 集成运算放

13、大器及应用集成运算放大器及应用仿真：仿真：第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用3、反相加法运算、反相加法运算111Ruii222Ruii333RuiifofRuifiiii321foiiiRuRuRuRu332211时当fRRRR321)(321iiiouuuu)(332211ifififouRRuRRuRRu第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用仿真：仿真：第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用4、同相加法运算、同相加法运算)(332211RuRuRuRuiiifo5 5、 减法运算减法运算R R2 2R R1 1R RF Fu ui

14、iu uo oR R2 2R R1 1R RF Fu uo ou ui iR R3 3R R2 2R RF Fu uo oR RF Fu uo ou ui i1 1u ui i2 2u ui i3 3R R1 12 2R R1 11 1R R1 13 3R R1 1R RF Fu uo ou ui i1 1u ui i2 2R R2 21 1R R2 22 2R R2 2R R1 1R RF Fu uo ou ui i1 1R R3 3R R2 2R R1 1R RF Fu uo oR R3 3u ui i2 2由同相输入及反相输入由同相输入及反相输入的结论的结论 ，运用，运用叠加定理叠加定理

15、ooouuui11ouRRufi23231f1o1)1(uRRRRRuRRuf第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用i23231fi11fo1uRRRRRuRRu第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用仿真：仿真：第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用dtuCRdtiCuuiFfF1co11-0u i1f1uiiRuiuo +-R2CFi1R1积分电路ifuctui0tuo0 当输入信号当输入信号ui为方波时，输出电压为方波时，输出电压uo为三角波。为三角波。6 6、积分运算、积分运算第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用仿

16、真：仿真： 第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用7、 微分运算电路微分运算电路 uiuo +- RbCi1微分电路微分电路ifucR1电路电路R1 反馈电阻反馈电阻；Rb平衡电阻平衡电阻，且且Rb= R1第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用ci1duduiCCdtdtof1i111duui Ri RR Cdt 输入输出关系输入输出关系uiuo +- RbCi1微分电路微分电路ifucR10 uu由虚短得，由虚短得，1f0，uii 0ii由虚断得由虚断得第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用应用：应用：设输入设输入isinut ，则输出，

17、则输出 ocossin90uRCtRCt tui0tuo0第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用五五. . 集成运放的非线性应用集成运放的非线性应用1、过零电压比较器、过零电压比较器当当U UREFREF=0=0时时, ,输入电压和零电输入电压和零电平比较平比较, , 称为过零比较器称为过零比较器当当 时，时，uuomoUuomUou当当时，时， uuuo otoiut第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用 oiutuo ot2、 滞回比较器滞回比较器一种能判断出两种状态的开关电路，广泛应用于自动控制电路中。一种能判断出两种状态的开关电路，广泛应用于自动控制

18、电路中。uoiuoR1R2uI+ uoUREFRfu+u-uT+Tuf2OM2f2REFfRRURRRURuTf2OM2f2REFf)(RRURRRURuT时时设电路输出为设电路输出为OMU时时设电路输出为设电路输出为OMU 转换。时，电路输出状态发生或等于当TTuuuIuT+：上门限电平：上门限电平Tu：下门限电平：下门限电平TTuuu：回差电压：回差电压第第3 3章章 集成运算放大器及应用集成运算放大器及应用3 双限比较器双限比较器（窗口比较器）（窗口比较器）其中：其中：UAUBRUAA1D1RUBA2D2uIuORLRRuO0uIUBUA下门限下门限上门限上门限 单限比较器和滞回比较单限比较器和滞回比较器在输入电压器在输入