电子技术演示文稿

1、第三章 集成运算放大器一、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作在一块硅基片上，构成完整的能完成特定功能的电子电路。 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。 二、集成运算放大器的简单介绍1. 集成运放的组成差动输入级中间级输出级偏置电路输入端输出端抑制零漂，共模抑制比高低输出电阻，多采用射随器放大作用的主要单元提供各级静态电流2. 集成运放的管脚图及符号F007管脚图F 741（F 007）12348765符号A 反相输入端B 同相输入端F 输出端 Au u+uuoABF 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

2、与输入相位相同。 三、集成运算放大器的主要技术参数1. 最大输出电压Uopp 输出不失真的最大输出电压值2. 开环差模放大倍数Auo 运放在开环时的差模放大倍数其值越高越好 （104107）3. 输入失调电压UIO 当无输入信号时，为使输出的电压值为零，在输入端加入的补偿电压。其值越小越好 （0.55mV）4. 输入失调电流IIO 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。IIOIB1IB2 其值越小越好 （110nA）5.输入偏置电流IIB6. 共模抑制比KCMR四、集成运算放大器的理想化模型 实际运放 u+uuoriroAuoUiuiAuo很高， 104ri很高，几十几百kr

3、o很低，几十几百KCMR 很高 理想运放 u+uuoAuoUiuiAuori=ro=0KCMR五、集成运算放大器的电压传输特性 及其分析特点 运算放大器的电压传输特性 集成运放的输出电压uo与输入电压ui (u+u)之间的关系uof (ui) 称为集成运放的电压传输特性。uoui+UOMUOMuoAuo ui = Auo(u+u) ui |UiM| ，运放饱和， 工作在非线性区线性区引入深度负反馈，可以使运放工作在线性区。O uoud反馈电路开环系统：不加反馈网络时的电路系统，此时的放大倍数叫开环放大倍数。uoui+UOMUOM理想运放的电压传输特性ui 0， |uo|UOM即u+ u时，运放

4、处于非线性区。闭环系统：加上反馈网络时的电路系统，此时的放大倍数叫闭环放大倍数。 O 运算放大器的分析特点1. 线性区 集成运放两个输入端之间的电压通常非常接近于零，但不是短路，故简称为“虚短”。 虚短 uoAuo（uu） 由于 AuouuuoAuo0uu u+uuoui当u0 （接地） u u 0 称此时的反相输入端为“虚地点”。反之，也成立。 所以 虚 断 流入集成运放两个输入端的电流通常为零，但又不是断路故简称为“虚断”。 riII+ 02. 非线性区 在非线性区，虚短概念不成立，但虚断概念成立。 u+IuouI+一、分析线性区理想运放的两个概念 虚短uuII+ 0 虚断 u+IuouI

5、+二、基本运算电路 比例运算 uouiifi1R1R2Rf1. 反相比例电路 i+0 （虚断） u +0 u + u 0 （虚地点） i1=u iR1 if = uuo=uoRf i i +0 i 1 i f即 ui/R1=uo/ Rf uo、ui 符合比例关系，负号表示输出输入电压变化方向相反。 电路中引入深度负反馈， 闭环放大倍数Auf 与运放的Au无关，仅与R1、Rf 有关。 R2 平衡电阻 同相端与地的等效电阻 。其作用是保持输入级电路的对称性，以保持电路的静态平衡。 R2R1/Rf 当R1Rf 时， uoui ，该电路称为反相器。2. 同相比例电路 uouiR2R1Rf i+0 （虚

6、断） u + ui u + u ui （虚短） i1=（0u i）R1 if = (uuo )Rf =( u iuo)Rf i i +0 i 1 ififi1 当Rf有限值时，R1 +uoui R2 平衡电阻 R2R1/RfAuf =1 电路成为电压跟随器。 uoui 此电路输入电阻大，输出电阻小。例1、应用运放来测量电阻的电路如图，U10V，R1=1M，输出端接电压表，被测电阻为Rx，试找出Rx与电压表读数uo之间的关系。Rx R1 U V解:此电路为反相比例电路例2、理想化运放组成的电路如图，试推算输出电压uo的表达式。 uouiR1R3R2R4解:此电路为同相比例电路判断这个等式 、 加

7、法运算电路uo ui2ifi2R2RPRfui3i3R3ui1i1R1 在调节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，调节方便。 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，且不如反相求和电路调节方便。 减法运算电路（差动运算电路） uoui2ifi1R1R2Rfui1R3利用叠加原理同相端输入ui1反相端输入当 R1= R2= R3= Rf =R 时，uo= ui2ui1 (减法器） R2/ R3 = R1/ Rf 当例5、已知RF4R1，求uo与ui1、 ui2的关系式。 A1 +ui1 A2 uoui2R1R2RFuo解:A1为跟随器；A2为

8、差放。uo= ui1uo5 ui24 ui1例6、如图，求uo 与 ui1、ui2的关系式。 A1 +ui1 A2 uoui210kuo10k30k10k6k解:A1为反向加法器；A2为反相比例电路。 积分电路 uouiiCi1RRPCuituotUOMuo正比于ui的积分OO 延迟 积分电路的应用uitUuotTU信号延迟时间T后，电压值达到U 方波转化为三角波 uituotOOOO 微分电路 iR uiRRPCiCuouo正比于ui的微分uituotOO例8、电路如图，已知运放UOM=10V，输入信号波形如图，R1M，C0.05F，求输出波形。 （电容初始能量为零） uiRRPCuoui

9、/vt/s1ORC=11060.05106s=0.05suo = UOMAX10s =20 tt = 0.5suo/vt/s100.5解:O例10、已知运放UOM=15V试求图中uo1、 uo2、 uo3及开关S闭合0.2s后uo的值。 A1 +2Vuo1 A2 uo20.5VR10k10k10k20k A3 uo3R20k Ruo1F10kS解: 输出电压超出UOM，uo=15V 集成运放在信号处理方面的应用滤波电路的种类:按电路功能: 低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器按所用元件: 无源滤波器和有源滤波器按阶数: 一阶、二阶、 、高阶 一、有源滤波器 所谓滤波器，它能使一定频率范围内

10、的信号顺利通过，而在此频率范围以外的信号衰减很大，不易通过。滤波器分类(按频率特性进行分类)：低通高通带通带阻12.4.2 有源滤波器RR1RFC+-+1.一阶有源低通滤波器传递函数RCRC传递函数中出现 的一次项,故称为一阶滤波器幅频特性：相频特性：RR1RFC+-+幅频特性及幅频特性曲线01+RF/R10.707(1+RF/R1)0传递函数RC1、时：有放大作用3、运放输出，带负载能力强。2、时：幅频特性与一阶无源低通滤波器类似电路特点:2. 一阶有源高通滤波器R1RCRR1RFC+-+低通RR1RFC+-+高通传递函数1RC幅频特性及幅频特性曲线传递函数1RC幅频特性：0 01+RF/R

11、10.707(1+RF/R1)0RR1RFC+-+3.二阶有源低通滤波器RR1RFC+-+CRP，AF=1+RF/R1传递函数中出现 的二次项,故称为二阶滤波器，R1= 时：AF=1时：RC+-+CR一阶低通和二阶低通幅频特性曲线的区别0-3dbAF理想低通一阶低通二阶低通阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器二、采样保持电路RC+-+S控制信号控制信号ui/uot采样采样采样保持保持保持 采样保持电路能快速而准确地跟随输入信号的变化进行间隔采样。OO三、电压比较器 过零比较器 比较器是一种用来比较输入信号ui和参考电压UR的电路。 uiRRPuououi+UOMUOMu+ u时， 即ui 0