运算放大器应用基础知识授课课件

《电子电路的分析与应用》课程教学资源建设建设院校：主要参与企业：金华职业技术学院金华市灵声电子有限公司浙江省东晶电子有限公司杭州康芯电子有限公司核心知识篇《电子电路的分析与应用》课程教学资源建设建设院校：主要运算放大器应用基础知识三极管三极管放大电路三极管分立放大电路构成集成运放内部电路集成运放集成运放构成放大电路集成运放构成应用产品运算放大器应用基础知识三极管三极管放大电路三极管分立放大电学习任务布置1．理解基本概念、查询其定义及计算公式比例放大、同相放大、反相放大、加法电路、减法电路、积分电路、微分电路、转换电路、比较电路等2．分析各类运放应用电路3．测试基本运放应用电路基本参数学习任务布置1．理解基本概念、查询其定义及计算公式教学过程设计教学过程设计学生学习参考资源列表学习参考图片1.放大电路类型图片;2.放大电路产品图片;3放大电路应用系统图片与参考文献学习参考网站1．/深圳市创明达电子科技有限公司2．/综合电子论坛3．/电子开发网4．/info/电子天下5．/

6．/应用电子网7．/中国电子制作8./show.aspx?id=2220&cid=37电子DIY9.各校精品课程网站学生学习参考资源列表学习参考图片学习参考网站学生学习参考资源列表学习参考书1.邓木生、周红兵，模拟电子电路分析与应用，高等教育出版社，2008年11月出版。2.吴志荣，电子技术与实践，高等教育出版社，2008年11月出版。3.余红娟，电子技术基本技术技能，人民邮电出版社，4.余红娟，电子电路分析与调试，人民邮电出版社，5.胡宴如主编《模拟电子技术》，高等教育出版社，2000年出版。学习资料1.放大电路基础知识2.三极管、集成运算放大器件手册与产品说明书动画与视频1.放大电路内部工作机理2.放大器调试视频3.基本操作技能演示习题与试题1.例题2.作业3.单元测试题学生学习参考资源列表学习参考书学习资料动画与视频习题与试题教师授课2学时:运算放大器应用基础知识目录一、运放的普及二、运放电路基本应用1.集成运放的理想特性2.虚断与虚短概念3.集成运放的两种基本电路(1)反相比例放大电路(2)同相比例放大电路4.运算电路(1)比例运算5.减法放大电路三、运放的其他应用四、例题(仪表放大器)五、作业教师授课2学时:运算放大器应用基础知识目录一、运放的普及1.运算放大器是运用得非常广泛的一种线性集成电路。而且种类繁多，市场上不下五六百种。用于对各种小信号进行放大。2.带宽在5M以上的有三百多种，最高的已达300MHZ，转换速率在5V/us以上的也不下几百种，最高达3000V/us

一、运放的普及1.运算放大器是运用得非常广泛的一种线性集成电二.运放电路基本应用1.集成运放的理想特性－＋＋

反相输入端unup

同相输入端信号传输方向ui输出端理想运放开环电压放大倍数ouAO集成放的符号、管脚二.运放电路基本应用1.集成运放的理想特性－＋＋反相输入二.运放电路基本应用1.集成运放的理想特性理想化的条件：开环电压放大倍数Aod∞;差模输入电阻rid开环输出电阻

rod共模抑制比KCMRR∞;0;∞;uuou上限截止频率fH→。理想运放的符号二.运放电路基本应用1.集成运放的理想特性理想化的条件：开环二.运放电路基本应2.虚断与虚短概念

集成运放的电压、电流，以及“虚短”、“虚断”示意图（1）虚短：由于两输入端之间的电压差为0，相当于两输入端短路，但又不是真正的短路，故称为“虚短”。虚短实际上指的是两输入端的电压相同，也就是up=un。（2）虚断：由于ii=0，相当于两输入端开路，但又不是真正的断开，故称为“虚断”。虚断表明两输入端没有电流。二.运放电路基本应2.虚断与虚短概念集成运放的电压、电流，3.集成运放的两种基本电路(1).反相输入放大电路虚地点i1=if

（虚断）因为有负反馈，利用虚短和虚断u+

=0

u－=u+=0（虚地）反馈方式：电压并联负反馈电压放大倍数:3.集成运放的两种基本电路(1).反相输入放大电路虚地点i3.集成运放的两种基本电路(1).反相输入放大电路例题：例题.

R1=10k,Rf=20k,ui=-1V。求:uo、Ri。说明R的作用，R应为多大？特点：共模输入电压=0（u－=u+=0）缺点：输入电阻小（

Ri=R1）R为平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):R=R1//Rf3.集成运放的两种基本电路(1).反相输入放大电路例题：例3.集成运放的两种基本电路(2).同相输入放大电路u-=u+=uii1=if（虚断）平衡电阻R=Rf//R1因为有负反馈，利用虚短和虚断反馈方式：电压串联负反馈特点：输入电阻高缺点：共模输入电压≠0（u－=u+=ui）电压放大倍数:3.集成运放的两种基本电路(2).同相输入放大电路u-=3.集成运放的两种基本电路(2).同相输入放大电路(跟随器)Auf=1此电路是同相比例运算的特殊情况，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,应用广泛。ui=u+=u-=uo因为有负反馈，利用虚短和虚断：3.集成运放的两种基本电路(2).同相输入放大电路(跟随器3.集成运放的两种基本电路(2).同相输入放大电路(跟随器)Auf=1此电路是同相比例运算的特殊情况，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,应用广泛。ui=u+=u-=uo因为有负反馈，利用虚短和虚断：3.集成运放的两种基本电路(2).同相输入放大电路(跟随器叠加原理

ui1作用

ui2作用

综合：则有：5.2.3减法运算电路叠加原理ui1作用ui2作用综合：则有：5.2.5.3电压比较器

将一个模拟电压信号与一参考电压相比较，输出一定的高低电平。功能：构成：运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系uo=f(ui)是非线性函数。uoui0+UOM-UOM5.3电压比较器

将一个模拟电压信号与一参考电压相比较1.运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。运放工作在非线性状态基本分析方法2.运放工作在非线性状态的分析方法：若U+＞U-则UO=+UOM；若U+＜U-则UO=-UOM。虚断（运放输入端电流=0）

注意：此时不能用虚短！uoui0+UOM-UOM1.运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。运放uoui0+UOM-UOM1.过零比较器:（门限电平=0）uoui0+UOM-UOM一.单门限电压比较器uoui0+UOM-UOM1.过零比较器:（门限电平=tuituo+Uom-Uom例题：利用电压比较器将正弦波变为方波。tuituo+Uom-Uom例题：利用电压比较器将正弦波变为2.单门限比较器（与参考电压比较）uoui0+Uom-UomUREFUREF为参考电压当ui>UREF时,uo=+Uom当ui<UREF时,uo=-Uom

运放处于开环状态2.单门限比较器（与参考电压比较）uoui0+Uom-Uuoui0+Uom-UomUREF当ui<UREF时,uo=+Uom当ui>UREF时,uo=-Uom

若ui从反相端输入uoui0+Uom-UomUREF当ui<UREF时,uoui0+UZ-UZ（1）用稳压管稳定输出电压忽略了UD3.限幅电路——使输出电压为一稳定的确定值当ui>0时,uo=+UZ当ui<0时,uo=-UZ

uoui0+UZ-UZ（1）用稳压管稳定输出电压忽略了UD3（2）稳幅电路的另一种形式：将双向稳压管接在负反馈回路中uoui0+UZ-UZ当ui>0时,uo=-UZ当ui<0时,uo=+UZ

（2）稳幅电路的另一种形式：uoui0+UZ-UZ当ui>二.迟滞比较器1.工作原理——两个门限电压。特点:电路中使用正反馈——运放工作在非线性区。（1）当uo=+UZ时，（2）当uo=-UZ时，UT+称上门限电压UT-称下门限电压UT+-UT-称为回差电压二.迟滞比较器1.工作原理——两个门限电压。特点:电路中使迟滞比较器的电压传输特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-设ui

,当ui=<UT-时,

uo从-UZ+UZ这时,uo=-UZ,u+=UT-设初始值:

uo=+UZ,

u+=UT+设ui,当ui=>UT+时,

uo从+UZ-UZ迟滞比较器的电压传输特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-例题：Rf=10k，R2=10k，UZ=6V，UREF=10V。当输入ui为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。上下限：uoui08V3V传输特性+6V-6V例题：Rf=10k，R2=10k，UZ=6V，UR3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V传输特性+6V-6V3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V传输特性+6V5.4集成运放的应用常识5.4.1运算放大器的选择运算放大器的种类很多，在工作中需要按系统对电路的要求进行选用。一般均选用通用型，其售价较低，且容易购买。只有在有特殊需要时，才选用某种特殊型运放。但并不是价格贵的就好，因为特殊型的也只是某几个技术指标比较突出，但是这些指标是以牺性另一些指标为代价的。另外在选用时，需注意可靠性。如果工作中经常有冲击电压或电流，则应选用有过载保护型的，而且在容量方面要留有充分的余地。5.4集成运放的应用常识5.4.1运算放大器的选择5.4.2运算放大器使用注意事项1.引脚排列5.4.2运算放大器使用注意事项1.引脚排列2.零点调整零点调整的常用方法是：将两输入端短路接地，利用外接调零电位器调整，使输出电压为0，具体的调零方法可参阅有关说明书。2.零点调整零点调整的常用方法是：将两输入端短路接地，利用3.消除寄生振荡集成运算放大器开环电压放大倍数很大，容易引起振荡，寄生振荡频率在几十到几百kHz范围。为此，常要加阻容补偿网络，具体参数和接法可查阅使用说明书。合适的补偿网络参数数值应通过实验确定。3.消除寄生振荡4.保护电路（1）电源极性的保护

电源极性保护

（2）输入保护：

输入保护电路

4.保护电路（1）电源极性的保护电源极性保护（2）输入（3）输出保护

输出端过压保护电路（3）输出保护输出端过压保护电路本章小结

（1）集成运放有线性和非线性两种工作状态，相应地就有两类应用：线性应用和非线性应用。（2）运放工作在线性区的两大特点，即un=up，ii=0是分析工作在线性区运放电路的重要依据。（3）集成运放的线性应用有：组成放大电路、运算电路等。为了工作在线性放大状态，作为线性应用的运放必须引入深度负反馈，此时应用虚短、虚断和虚地等概念可使电路的分析大为简化。本章小结（1）集成运放有线性和非线性两种工作状态，相应地就（4）运放工作在非线性区的特点是：un>up，则uo=+UOM；un<up，则uo=UOM，输出电压通常只有高电平和低电平两个稳定状态，它可以看成是由输入电压控制的开关。（5）集成运放的非线性应用有：组成电压比较器和非正弦波发生器等。为了使运放工作在非线性状态，必须使运放开环或引入正反馈，分析电路时主要画出它的传输特性或波形。（6）在使用集成运放时应注意做好相应的保护措施，以防不正常工作和损坏。（4）运放工作在非线性区的特点是：un>up，则uo=+UO《电子电路的分析与应用》课程教学资源建设建设院校：主要参与企业：金华职业技术学院金华市灵声电子有限公司浙江省东晶电子有限公司杭州康芯电子有限公司核心知识篇《电子电路的分析与应用》课程教学资源建设建设院校：主要运算放大器应用基础知识三极管三极管放大电路三极管分立放大电路构成集成运放内部电路集成运放集成运放构成放大电路集成运放构成应用产品运算放大器应用基础知识三极管三极管放大电路三极管分立放大电学习任务布置1．理解基本概念、查询其定义及计算公式比例放大、同相放大、反相放大、加法电路、减法电路、积分电路、微分电路、转换电路、比较电路等2．分析各类运放应用电路3．测试基本运放应用电路基本参数学习任务布置1．理解基本概念、查询其定义及计算公式教学过程设计教学过程设计学生学习参考资源列表学习参考图片1.放大电路类型图片;2.放大电路产品图片;3放大电路应用系统图片与参考文献学习参考网站1．/深圳市创明达电子科技有限公司2．/综合电子论坛3．/电子开发网4．/info/电子天下5．/

6．/应用电子网7．/中国电子制作8./show.aspx?id=2220&cid=37电子DIY9.各校精品课程网站学生学习参考资源列表学习参考图片学习参考网站学生学习参考资源列表学习参考书1.邓木生、周红兵，模拟电子电路分析与应用，高等教育出版社，2008年11月出版。2.吴志荣，电子技术与实践，高等教育出版社，2008年11月出版。3.余红娟，电子技术基本技术技能，人民邮电出版社，4.余红娟，电子电路分析与调试，人民邮电出版社，5.胡宴如主编《模拟电子技术》，高等教育出版社，2000年出版。学习资料1.放大电路基础知识2.三极管、集成运算放大器件手册与产品说明书动画与视频1.放大电路内部工作机理2.放大器调试视频3.基本操作技能演示习题与试题1.例题2.作业3.单元测试题学生学习参考资源列表学习参考书学习资料动画与视频习题与试题教师授课2学时:运算放大器应用基础知识目录一、运放的普及二、运放电路基本应用1.集成运放的理想特性2.虚断与虚短概念3.集成运放的两种基本电路(1)反相比例放大电路(2)同相比例放大电路4.运算电路(1)比例运算5.减法放大电路三、运放的其他应用四、例题(仪表放大器)五、作业教师授课2学时:运算放大器应用基础知识目录一、运放的普及1.运算放大器是运用得非常广泛的一种线性集成电路。而且种类繁多，市场上不下五六百种。用于对各种小信号进行放大。2.带宽在5M以上的有三百多种，最高的已达300MHZ，转换速率在5V/us以上的也不下几百种，最高达3000V/us

一、运放的普及1.运算放大器是运用得非常广泛的一种线性集成电二.运放电路基本应用1.集成运放的理想特性－＋＋

反相输入端unup

同相输入端信号传输方向ui输出端理想运放开环电压放大倍数ouAO集成放的符号、管脚二.运放电路基本应用1.集成运放的理想特性－＋＋反相输入二.运放电路基本应用1.集成运放的理想特性理想化的条件：开环电压放大倍数Aod∞;差模输入电阻rid开环输出电阻

rod共模抑制比KCMRR∞;0;∞;uuou上限截止频率fH→。理想运放的符号二.运放电路基本应用1.集成运放的理想特性理想化的条件：开环二.运放电路基本应2.虚断与虚短概念

集成运放的电压、电流，以及“虚短”、“虚断”示意图（1）虚短：由于两输入端之间的电压差为0，相当于两输入端短路，但又不是真正的短路，故称为“虚短”。虚短实际上指的是两输入端的电压相同，也就是up=un。（2）虚断：由于ii=0，相当于两输入端开路，但又不是真正的断开，故称为“虚断”。虚断表明两输入端没有电流。二.运放电路基本应2.虚断与虚短概念集成运放的电压、电流，3.集成运放的两种基本电路(1).反相输入放大电路虚地点i1=if

（虚断）因为有负反馈，利用虚短和虚断u+

=0

u－=u+=0（虚地）反馈方式：电压并联负反馈电压放大倍数:3.集成运放的两种基本电路(1).反相输入放大电路虚地点i3.集成运放的两种基本电路(1).反相输入放大电路例题：例题.

R1=10k,Rf=20k,ui=-1V。求:uo、Ri。说明R的作用，R应为多大？特点：共模输入电压=0（u－=u+=0）缺点：输入电阻小（

Ri=R1）R为平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):R=R1//Rf3.集成运放的两种基本电路(1).反相输入放大电路例题：例3.集成运放的两种基本电路(2).同相输入放大电路u-=u+=uii1=if（虚断）平衡电阻R=Rf//R1因为有负反馈，利用虚短和虚断反馈方式：电压串联负反馈特点：输入电阻高缺点：共模输入电压≠0（u－=u+=ui）电压放大倍数:3.集成运放的两种基本电路(2).同相输入放大电路u-=3.集成运放的两种基本电路(2).同相输入放大电路(跟随器)Auf=1此电路是同相比例运算的特殊情况，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,应用广泛。ui=u+=u-=uo因为有负反馈，利用虚短和虚断：3.集成运放的两种基本电路(2).同相输入放大电路(跟随器3.集成运放的两种基本电路(2).同相输入放大电路(跟随器)Auf=1此电路是同相比例运算的特殊情况，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,应用广泛。ui=u+=u-=uo因为有负反馈，利用虚短和虚断：3.集成运放的两种基本电路(2).同相输入放大电路(跟随器叠加原理

ui1作用

ui2作用

综合：则有：5.2.3减法运算电路叠加原理ui1作用ui2作用综合：则有：5.2.5.3电压比较器

将一个模拟电压信号与一参考电压相比较，输出一定的高低电平。功能：构成：运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系uo=f(ui)是非线性函数。uoui0+UOM-UOM5.3电压比较器

将一个模拟电压信号与一参考电压相比较1.运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。运放工作在非线性状态基本分析方法2.运放工作在非线性状态的分析方法：若U+＞U-则UO=+UOM；若U+＜U-则UO=-UOM。虚断（运放输入端电流=0）

注意：此时不能用虚短！uoui0+UOM-UOM1.运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。运放uoui0+UOM-UOM1.过零比较器:（门限电平=0）uoui0+UOM-UOM一.单门限电压比较器uoui0+UOM-UOM1.过零比较器:（门限电平=tuituo+Uom-Uom例题：利用电压比较器将正弦波变为方波。tuituo+Uom-Uom例题：利用电压比较器将正弦波变为2.单门限比较器（与参考电压比较）uoui0+Uom-UomUREFUREF为参考电压当ui>UREF时,uo=+Uom当ui<UREF时,uo=-Uom

运放处于开环状态2.单门限比较器（与参考电压比较）uoui0+Uom-Uuoui0+Uom-UomUREF当ui<UREF时,uo=+Uom当ui>UREF时,uo=-Uom

若ui从反相端输入uoui0+Uom-UomUREF当ui<UREF时,uoui0+UZ-UZ（1）用稳压管稳定输出电压忽略了UD3.限幅电路——使输出电压为一稳定的确定值当ui>0时,uo=+UZ当ui<0时,uo=-UZ

uoui0+UZ-UZ（1）用稳压管稳定输出电压忽略了UD3（2）稳幅电路的另一种形式：将双向稳压管接在负反馈回路中uoui0+UZ-UZ当ui>0时,uo=-UZ当ui<0时,uo=+UZ

（2）稳幅电路的另一种形式：uoui0+UZ-UZ当ui>二.迟滞比较器1.工作原理——两个门限电压。特点:电路中使用正反馈——运放工作在非线性区。（1）当uo=+UZ时，（2）当uo=-UZ时，UT+称上门限电压UT-称下门限电压UT+-UT-称为回差电压二.迟滞比较器1.工作原理——两个门限电压。特点:电路中使迟滞比较器的电压传输特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-设ui

,当ui=<UT-时,

uo从-UZ+UZ这时,uo=-UZ,u+=UT-设初始值:

uo=+UZ,

u+=UT+设ui,当ui=>UT+时,

uo从+UZ-UZ迟滞比较器的电压传输特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-例题：Rf=10k，R2=10k，UZ=6V，UREF=10V。当输入ui为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。上下限：uoui08V3V传输特性+6V-6V例题：Rf=10k，R2=10k，UZ=6V，UR3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V传输特性