电子技术第06讲(运放)

1、第6讲16.1 概述16.2 集成运放在信号运算方面的应用第16章集成运算放大器 1集成电路相对于分立电路而言：集成电路：多个元件及其联接组成一个芯片，不可分割。分立电路：由单个元件组成的电路。2运放结构：（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。（2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以增加输入电阻，减小输入电流。（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。16.1 集成运算放大器概述运算放大器（运放）：具有高开环放大倍数并带有深度负反馈的多级直接耦合放大电路。3运放方框图集成运放的电路简单说明输入端输入级中间级输出级输出端偏置电路4T5T

2、6RC3RE2RLRC4RE3T7T9T8T4R2R1T3R3RC1T1RC2T2-+RE4RE5T11T10+UCC-UEE集成运放内部结构（举例）第1级：差动放大器第2级：差动放大器第3级：单管放大器第4级：OCL互补对称射极跟随器5uu+ uo集成运算放大器符号反相输入端 u同相输入端 u+ 输出端 uo国际符号：国内符号：6集成运算放大器的特点(1) 开环差模电压放大倍数(开环增益)大 Auo(Ad)=uo/(u+-u-)=105-107倍;(2) 共模抑制比高 KCMRR=100db以上;(3) 输入电阻大 ri1M, 有的可达100M以上;(4) 输出电阻小 ro =几-几十7自学

3、：运放的主要参数（1）最大输出电压UOPP（2）开环电压放大倍数Auo（3）输入失调电压UIO（4）输入失调电流IIO（5）输入偏置电流IIB（6）共模输入电压范围UICM8集成运放的传输特性集成运放的工作区饱和区线性区uo-Uo(sat)+Uo(sat)理想特性实际特性u+ -u-9理想运放：集成运算放大器的分析方法 理想化Auo = KCMRR= ri = ro = 0运放工作在饱和区时：当u+u-时，uo=+Uo(sat);当u+u-时，uo=-Uo(sat)。注：运放的净输入为u+- u- ，故其不饱和最大输入为：(u+-u-)=uo/ Auo，见P99例16.1.110uo =Auo

4、 (u+ u) Auo u+ u0u+ uuouu+ ib-ib+运放工作在线性区时： u+ =u（虚短）ib-= ib+ =0 （虚断） ri ib- 0 ib+ 0集成运算放大器的分析方法输出电压变化范围:最大+UCC -UEE11集成运算放大器的分析方法:放大倍数与负载无关uouu+ ib-ib+RL因为ro = 0，运放输出即为其等效电源的电动势，故放大倍数与负载无关，放大倍数可以独立计算。ro12运放线性应用信号的放大、运算恒压源、恒流源电路有源滤波电路在运放的线性应用中，运放的输出与输入之间加深度负反馈，使运放工作于线性状态。1316.2 集成运放在信号运算方面的应用（1） 反相比

5、例运算放大器_+RFR1RPuiuoi1iFib-ib+虚地点i1=iF+ ib-=iF , ib- =0 ib+ =0u+ =0 u=u+=0平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):RP=R1/RF电压放大倍数:14_+RFR1RPuiuoi1i2ib-ib+例题1. R1=10k , RF=20k , ui =-1V。求:uo ，RP应为多大？Auf=-（RF/R1）=-20/10=-2uo= Auf ui=(-2)(-1)=2VRP=R1/RF=10/20=6.7 k 15（2） 同相比例运算放大器u-= u+= uiib+ =0ib- =0_+RFR1RPuiuoiFi1Auf=1+R

6、FR1iF=i1RP=R1/RFF1iFouRRu)1(1+=)16_+RFR1RPuiuoiFi1例题2. R1=10k , RF=20k , ui =-1V。求:uo ，RP应为多大？uo= Au ui=(3)(-1)=-3VRP=R1/RF =10/20=6.7 k Auf=1+ =1+20/10=3RFR117_+RFRfRPuiuoAuf=1+RFRf当RF=0或Rf= 时,Auf=1uo=ui（3） 电压跟随器此电路输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。18例3. 求S断开和闭合时的电压放大倍数Auf=uo/ui 。_+1 k R2ui

7、uoi1ifib-ib+uo1 k 10 k i1S1 k S断开时：Auf=-10/(1+1)=-5;19S闭合时：可将两个1 k 电阻“视作”并联，u-= u+=0ib+ =0ib- =0,故_+1 k R2uiuoi1ifib-ib+uo1 k 10 k i1S1 k 20例4. 求电压放大倍数Auf=uo/ui 。ib+ =0ib- =0,u-= u+=0_+RFR1RPuiuoi1iFib-ib+R2R3i2 i3uFi1 =iF = i2 +i3uiR1-uFRF=-uFRFuF -uoR2uFR3+uo = - ui R1RF + R2 +RF R2R3R1RF + R2 +RF

8、 R2R3Auf= RP=R1/(RF + R2 /R3)21（4） 差动放大器（减法运算）uo R1 + ui1R2 R1 + R2 ui2R2 R1 + R2 =ib+ =0ib- =0ui2R2 R1 + R2 u+ =u- = u+ u- =uo R1 + ui1R2 R1 + R2 u-=ui1-R1i1i1=(ui1-uo)/(R1+R2)_+R2R1R1ui2uoR2ui1i1iF22例题5. R1=10k , R2=20k , ui 1=-1V， ui 2=1V 。求:uo uo_+R2R1R1R2ui1_+ui2_+R2R1RPuo= (uo2- uo1)=(20/10)3-

9、(-1) =8VR2R1uo1= ui1=-1Vuo2= ui2(1+R2/R1)=3V23例题6. 若ui1=sin t V， ui2=1V ，求:uo uo1= ui1= sin t Vuo2= ui2(1+R2/R1)=3Vuo= (uo2 - uo1)=(20/10)(3- sin t )=6 - 2 sin t VR2R124(5) 反相求和运算（加法运算）_+RFR1R2ui2uoRPui1i1i2iF虚地uo =-(ui1 R1 RF +ui2 R2 RF )若R1 =R2 =R, uo = -(ui1 R RF +ui2 )取RP= R1/ R2/RFuo_+RFR1RPuii

10、b+ =0ib- =0,i1 + i2= iFui1 R1 =ui2 R2 +-uo RF 25（6） 同相求和运算：Auf= RFRf1+_+RFRfRPuiuou+ =ui1-R1i1(=ui2+R2i1 ) = +R2 R1 + R2 ui1R1 R1 + R2 ui2取R1/R2=RF/RfRfRF+u i1uoR1R2ui2-u+ i1ui1/R1+ui2/R2 1/R1+1/R2或用结点电压法求u+=26uo = Auf u+ =( )( + ) RFRf1+R2 R1 + R2 ui1R1 R1 + R2 ui2当R1 = R2 时, uo = ( )(ui1 + ui2)RFR

11、f1+1227（7） 微分运算：u-= u+= 0ui+uoRR2i1iFCib- =028例7：,求uo。ui+uoRR2i1iFCtui0tuo09029（8） 反相积分运算i1iFui-+RRPCuoucuc = -uoib+ =0ib- =0,iF =Cducdt-CduodtuiR=u-= u+= 030反相积分器：如果u i=直流电压U，输出将反相积分，经过一定的时间后输出饱和。tui0Utuo0-UomTM积分时限= t URC设Uom=15V,U=+3V, R=10k ,C=1F=0.05秒31反相积分器：如果ui =-U= -3V，画出uo的波形图。tui0tuo0+Uom-

12、U-=t0o(-U)dtRC1u= t URC0.05秒设Uom=15V，U=3V， R=10k，C=1F32应用举例：输入方波，输出是三角波。tui0tuo0三角波发生器33（9）三运放电路+A1-+A2RRRWui1ui2uo1uo2ab+R1R1-+A3R2R2uo+34+A1_+A2RRRWui1ui2uo1uo2ab+三运放电路（续）ib1-ib2-ib+ =0ib- =0,u-= u+,R、RW、R三个电阻可视为串联35三运放电路(续)uoR1R1+A3R2R2uo1uo2+A1_+A2RRRWui1ui2uo1uo2ab+uo=36三运放电路是差动放大器，放大倍数可调。由于输入均

13、在同相端，此电路的输入电阻高。三运放电路的特点37例1:由三运放放大器组成的温度测量电路uoR1R1+A3R2R2+A1_+A2RRRW+U=+5VRRRRtui ui =Rt - R2(Rt+R)URt 热敏电阻uo= ui=Rt - R2(Rt+R)URt=f(TC)集成化:仪表放大器38例2. A/D变换器要求其输入电压的幅度为0+5V，现有信号变化范围为-5V+5V。试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为0+5V。+5V-5V+5V+2.5V电平抬高电路A/D计算机uiuouo = (ui /2)+2.5 V39例2（续）uo = (ui /2)+2.5 V = (ui +5) /2 _+10k 20k+5V5k ui20kuo1uo_+20k20k10k uo1= -(10/20)(ui+5)= - (ui+5)/2uo= - (20/20)uo1= -