第16章教案电工学电子技术(第七版)秦曾煌

1、第1章教案电工学电子技术（第七版）秦曾煌第16章集成运算放大器本章要求了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。理解运算放大器的电压传输特性，掌握其基本分析方法。理解用集成运放组成的比例、加减、微分和积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器的工作原理。理解电压比较器的工作原理和应用。本章重点理想运放的传输特性、运放电路的分析方法。本章难点运放电路的分析方法。教学方法讲授法、演示法、练习法教学手段多媒体教学教学时数6学时学时分配I-J容：学时.16.1集成运算放大器的简单介绍16.2运算放大器在信号运算方面的应用216.3运算放大署在信号处理方面的应用16.5使用运算放大器应注意的儿个问题116.1

2、集成运算放大器的简单介绍前面讲述的是分立元件以及用分立元件组成的电路。本章讲述一种发展最早的集成电路-集成运算放大器。集成电路的问世标志了电子技术进入微电子学时代。按功能划分，可分为数字集成电路和模拟集成电路；按集成度划分，可分为小规模、中规模、大规模和超大规模集成电路。集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。16.1.1集成运算放大器的特点co+$特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺中ADUQ高：80dB140dB集成运放的符号：Qri高：105口Q10曲rQ0珈几十QD几百QQKDCMRD高：D70dB130dB16.1.2电路

3、的简单说明a3外形及管脚的作用2反相输入端3-同相输入端6-输出端牛-正电源端7-负电源端1、5-接调零电位器8-闲置端(NC)输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都釆用带恒流源的差放。中间级：要求电压放大倍数高。常釆用带恒流源的共发射极放大电路构成。输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。16.1.3主要参数最大输出电压UOPP能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。开环差模电压增益Auo运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。Auo愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。输入失调电压UIO输入失调电流IIO。愈小愈好输入

4、偏置电流IIB共模输入电压范围UICM运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。16.1.4理想运算放大器及其分析依据1理想运算放大器2.电压传输特性uo=f(ui)线性区：uo=Auo(u+-u一)非线性区：u+u一时，uo=+Uo(sat)u+u一时,(1)输出只有两种可能,uo=+Uo(sat)u+1，不能小于1。u-=u+主0,反相输入端不存在“虚地”现象。当R1=8或RF=0时，uo=ui，Auf=1，称电压跟随器。由运放构成的电压跟随器输入电阻高、输出电阻低，其跟随性能比射极输出器更好16.2.2加法运算电路因虚断，i-=0所以ii1+i

5、i2=ifFoiiiiRuRuRu=+2211因虚短,u-=u+=0FoiiiiRuRuRu=+2211uoRFuiR2R1+8?u+u一uoui+8ii2ifuuou+一)uRRuRR(ui212Fi111Fo+=16.2.3减法运算电路由虚断可得2212iuRRRu+=+11111RRRuuuuuuFioiRi+-+=+=-由虚短可得：+-=uu11221211iFiFouRRuRRR)RR(u-+=其中R2/R3=R1/RF如果取R1=R2，R3=RF()121iiFouuRRu-=如R1=R2=R3=RF12iiouuu-=输出与两个输入信号的差值成正比。16.2.4积分运算电路由虚短

6、及虚断性质可得i1=ifdtduCRucFi=1dtduCoF-=当电容CF的初始电压为uC(t0)时，则有()?+-=?0101tuuCRucttiFo()0101tuuCRottiF+-=?当电容CF的初始电压为0时，则有=iFouCRu11若输入信号电压为恒定直流量，即ui=Ui时ui2uoRFui1R3R2+8R1+-+ifu+uC=dtUCRuiFo11tCRUF1i=线性积分时间FiOMCRUUt10n出=一仏30时，|T(j3)|衰减很快显然，电路能使低于30的信号顺利通过，衰减很小，而使高于30的信号不易通过，衰减很大，称一阶有源低通滤波器。为了改善滤波效果，使330时信号衰减

7、得更快些，常将两节RC滤波环节串接起来，组成二阶有源低通滤波器。C1uiRFifiCuiuoRFuCCR+8-?R1+-+-幅频特性21uA0|Auf02.有源高通滤波器3333301Fioj11)(j)(j)(j-+=RRUUT330f0j1-=uA式中RC1可见，电路使频率大于30的信号通过，而小于30的信号被阻止，称为有源高通滤波器。16.3.2采样保持电路it1釆样保持电路，多用于模-数转换电路（A/D）之前。由于A/D转换需要一定的时间，所以在进行A/D转换前必须对模拟量进行瞬间釆样，并把釆样值保存一段时间，以满足A/D转换电路的需要。用于数字电路、计算机控制及程序控制等装置中。工作

8、原理在模拟开关上加釆样脉冲釆样阶段：uG为高电平，S闭合(场效应管导通)，ui对存储电容C充电，uo=uC=ui。7aU111II保持阶段：uG为0,S断开(场效应管截止)，输出保持该阶段开始瞬间的值不变。釆样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。16.3.3电压比较器uiuoRFCR+8?R1+-+-幅频特性21uA|Auo电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的大小和极性。用途：数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，以及波形产生及变换等场合。UR是参考电压运放处于开环状态当u+u-时，uo=+Uo(sat)u+即uiuiUR时，uo=一Uo(sat)i+厲3严L0亠KfaatJ可见，在ui=UR处输出电压uo发