模拟电子技术第3章集成运算放大器j

第3章集成运算放大器3.2信号运算电路3.3信号处理电路3.4集成运算放大器的应用3.5集成运算放大器的一般使用方法3.1集成运算放大器简介3.1集成运算放大器简介

集成电路（IC）：采用专门的制造工艺，将元器件及连线组成的完整电路制作在一块基片上，并完成特定的功能。一、集成运算放大器的结构及符号1、集成运算放大器的基本结构2、集成运算放大器的电路符号(1)开环差模电压放大倍数(开环增益)大

Ao(Ad)=uo/(u+-u-)=105-107倍;(2)共模抑制比高

CMRR=100db以上;(3)输入电阻大

ri>1M,有的可达100M以上;(4)输出电阻小

ro=几-几十开环：运算放大器外部，两个输入和输出之间没有任何连接。二、集成运放常用主要参数三、理想运算放大器

将集成运算放大器的一些参数近似理想化，得到理想运算放大器的模型，有(1)开环差模电压增益：(3)差模输入电阻：(4)输出电阻：(2)共模抑制比：注意：无特殊说明，今后我们分析的集成运算放大器均为理想运算放大器！四、运算放大器的电压传输特性(一)线性区(1)两个输入端之间电压近似为零分析运算放大器电路的两条原则（“虚短”）（“虚断”）(2)两个输入端电流近似为零(二)非线性区(1)两个输入端之间电压不为零(2)两个输入端电流近似为零（“虚断”）3.2信号运算电路

一、反相比例运算电路特点：运算放大器工作在闭环状态，即在运放外部，输出端与一个反相输入端有物理连接。特点：输入信号接反相输入端；反馈电阻接于输出与反相输入端之间；输出电压与输入电压反相。为平衡电阻一、反相比例运算

当时，有，称该电路为反相器或反号器。求电压增益值例1a在由KCLa二、同相比例运算(一)特点：输入信号接同相输入端；反馈电阻接于输出与反相输入端之间；输出电压与输入电压同相。由平衡电阻的概念有由平衡电阻的概念有二、同相比例运算(二)讨论(1)输出电压与输入电压同相;由上式可知(2)当时，有输出输入(3)当或有对应电路如下分析输出电压与输入电压的关系例2分析输出电压与输入电压的关系例3三、反相加法运算由图可知反相输入端虚地由KCL有由平衡电阻的概念有当有

该结论可推广为多个输入信号

电路如图，已知

求：输出电压的大小。

解：该电路实现了三个输入信号的反相加法运算，所以

例4A/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)+2.5V例5例5(续)uo=(ui/2)+2.5V=(ui+5)/2_++10k20k+5V5kui20kuo1uo_++20k20k10kuo1=-(10/20)(ui+5)=-(ui+5)/2uo=-(20/20)uo1=-uo1=(ui+5)/2四、减法运算

输入信号由两个输入端分别输入，称为差动输入。

由虚短得到

由虚断得到

当时-------利用叠加原理进行分析四、减法运算分析输出电压与输入电压的关系例6五、积分运算输出与输入对时间的积分成正比。当时六、微分运算电路如图，试求表达式

解：由图中各量的参考方向有由输出电压是输入电压的比例运算和微分运算的组合，称之为比例－微分调节器，简称PD调节器。例7电路如图，已知

求（1）写出的表达式（2）设，求达到所需的时间。例8解：（1）由第一级可以求出由第二级可以求出（2）由已知则带入数据有电路如图所示，求输出电流

与输入电压

之间运算关系的表达式;并判断反馈类型.

电路如图所示，求输出电压

与输入电压

之间运算关系的表达式。电路如图所示，求输出电压

与输入电压

之间运算关系的表达式。电路如图所示，求输出电压

与输入电压

之间运算关系的表达式。电路如图所示，运算放大器A1，A2的电源电压为要求：(1)写出输出电压与输入电压之间关系表达式;(2)求该电路的输入电阻。

3.3信号处理电路

一、有源滤波器

如果在多个不同频率的输入信号中选取或除去某些频率的信号，完成该功能的电路称为滤波器。滤波器：按信号性质:模拟滤波器和数字滤波器按电路功能: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…高阶种类:传递函数：幅频特性相频特性filter传递函数、幅频特性低通高通带通带阻反馈回路的等效阻抗为一、有源滤波器1.一阶有源低通滤波器传递函数传递函数中出现的一次项,故称为一阶滤波器定义截止频率为幅频特性传递函数1、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:R–1RCRR1RFC+-+传递函数–1RC2.一阶有源高通滤波器幅频特性及幅频特性曲线传递函数1RC–幅频特性01+RF/R10.707(1+RF/R1)0RR1RFC+-+一阶低通和二阶低通幅频特性曲线的区别二阶低通0-3dbAF理想低通一阶低通阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器RR1RFC+-+RC01+RF/R10.707(1+RF/R1)0例9二、电压比较器其功能是比较两个输入信号的大小，其结果用输出端的高低电平来表示。常用于模拟和数字信号的转换、对信号的控制及测量。++uouiUR++uouiURuoui0URUR为参考电压当ui>UR时,uo=U+o当ui<UR时,uo=U-o

特点:运放处于开环状态(1)单限电压比较器(一)++uouiURuoui0UR当ui<UR时,uo=U+o当ui>UR时,uo=U-o----

ui从反相端输入(1)单限电压比较器(二)uoui0++uoui过零比较器:当UR=0时++uouiuoui0++uouituituo利用电压比较器将正弦波变为方波。例9输出限幅电路uoui0+UZ-UZ++uiuoUZuoui0+UZ-UZ忽略了UD输入信号和参考电压均接在反相端反相输入端虚地因此当时,if向右，与参考方向相同同理当时,电路的门限电压为总结1、电路简单。2、容易引入干扰。(2)迟滞型电压比较器当时,当时,令

由0→+得到上图中A到D段当由+

→0时得到上图中D到F段输出电压在两个不同的门限电压上下跳变回差电压tuiUHULtuoU+oU-o输入正弦波的情况UR=0三、采样—保持电路采样：把连续变化的模拟信号转变为离散的信号；保持：在两次采样的时间间隔内，将前一次采样结束的信息保持下来。采样—保持原理电路图场效应管T作为模拟开关电容C作为保持元件集成运放接成跟随器，起阻抗变换和隔离作用u作为采样控制信号ui是待采样信号uo为采—保后的离散信号3.4集成运算放大器的应用一、矩形波和三角波产生电路集成运放处于比较器状态；输出电压为矩形波;电容电压为近似的三角波。二、测量放大器在非电量测量系统中，常用各种传感器把非电量转变为电压、电流信号，放大后给检测系统.第一级放大电路由A1、A2组成，均采样同相输入，输入电阻高，电路结构对称，可抑制零漂。两个运放的输入信号极性相反，当R2=R3时，R1的中点相当于地.当R4=R5，R6=R7时，1413121110981234567NCNCINFMTHDADJ

2THDADJ1OUT(S)OUT(T)OUT(Q)RARBVCCVEE

/GNDRFMCT集成电路，如正弦波、方波、三角波、矩形波和锯齿波，而且占空比可调。可将其归属于压控振荡器集成电路系列。

5G8038是函数发生器的典型产品。三、函数发生器函数发生器是一种能产生多种信号波形的专用5G803823965478101112+VCC方波5G8038–VEE/GNDR2CR1RLRP1RP2电路可同时产生正弦波、方波和三角波，若调整RP1，可得到不同占空比的矩形波和锯齿波。三角波正弦波函数发生器5G8038的典型应用电路3.5集成运算放大器的一般使用方法一、消振运放在输入端不加信号的情况下，输出端也可能有交流电压输出，表明运放产生了自激振荡，使运放不能正常工作。消除自激振荡的方法是在补偿端接入适当的电容或RC电路，来破坏自激振荡的条件。二、调零实际的运放在零输入时，输出不为零，在输出端反映输入有信号，这样将给其线性应用带来一定的误差，因此需要调零，即零输入—零输出。三、保护措施1、电源保护作用：a、防止电源极性接反，如图ab、防止电源电压跳变，如图b2、输入保护由于运放对差模和共模电压输入信号都有一定的限制，因此在某些工作状态下，对可能的过电压输入须保证运放不被损坏。3、输出保护运放内部都有保护电路以防输出端过载或短路，而对于输出端可能遇到高电压的情况，可用下面