模拟电路与项目训练 课件 项目3 线性测温区间显示电路的分析与制作

集成运算放大器简介《模拟电路分析与实践》-系列微课目录集成运放电路符号与实物01集成运放的电压传输特性02集成运放的理想模型03集成运放电路符号与实物1、什么是集成运算放大器集成运算放大电路，简称集成运放，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。因首先用于信号的运算，故而得名。2、集成运算放大器的电路符号国家标准符号国内外常用符号集成运放电路符号与实物3、端口意义反相输入端同相输入端输出端集成运放电路符号与实物4、实物通用集成运放芯片按运放的个数分为单运放、双运放、四运放。单运放12348765双运放12348765四运放1234567141312111098集成运放电路符号与实物5、外部电源连接运算放大器正常工作时，必须提供外部电源，通常使用正负双电源供电。单运放：7脚接正电源，4脚接负电源；电源如果接反了，芯片会烧掉！运放也能单电源工作：V+接VCC，V－接GND。双运放：8脚接正电源，4脚接负电源；四运放：4脚接正电源，11脚接负电源。集成运放的电压传输特性1、集成运算的电路模型根据放大电路模型的有关知识，可以将集成运算放大器等效为图示的电路模型。集成运算放大器的输入电阻

集成运算放大器的输出电阻

受控电压源基本指标（TL082为例）：开环增益Avo:100V/mV

（100dB）输入电阻ri:1012Ω输出电阻ro:几十Ω输出电压范围（V）：+VOM＝(V+)-1.5-VOM＝(V-)+1.5集成运放的电压传输特性2、集成运放的传输特性运算放大器的输出电压和输入电压之间的关系曲线称为电压传输特性（简称传输特性）vo=f(vP-vN)若V-<Avo(vP-vN)<V+vo=Avo(vP-vN)若Avo(vP-vN)≥V+vo=+Vom≈V+若Avo(vP-vN)≤V-vo=-

Vom≈V-当Avo＝100dBV＝±12V(vP–vN)max=±12uV集成运放的理想模型1、理想的运算放大器具有的参数为：（1）开环电压增益Avo→∞；（2）输入电阻ri＝∞；（3）输出电阻ro＝0；（4）共模抑制比KCMR＝∞。集成运放的理想模型2、理想运算放大器的电路模型：集成运放的理想模型3、理想运算放大器的传输特性集成运放的理想模型4、虚短和虚断对工作在线性区的理想运放，利用其理想参数可以导出下面的两条重要法则：（1）在线性区，运算放大器的输出：vo=Avo(vP-vN),也就是(vP-vN)＝

vo/Avo,

vo输出最高不会超过±Vom，Avo－>∞,所以(vP–vN)－>0,记为vP=vN，称为“虚短”。

集成运放的理想模型4、虚短和虚断对工作在线性区的理想运放，利用其理想参数可以导出下面的两条重要法则：（2）因为理想运放的ri是∞，所以iP=iN=0，即运放的输入电流为0，称之为“虚断”。

“虚短”和“虚断”是用来分析各种运放线性应用电路的有力法则，必须熟练掌握。谢谢《模拟电路分析与实践》-系列微课反馈的基本概念《模拟电路分析与实践》-系列微课目录反馈的定义01负反馈放大电路的方框图02反馈的定义T+++CRb1CCRb1b2RVL+uoR-u+-ib2CcReCeICTUBEICICVEIB稳定工作点电路：VE=ICReVB的电位固定UBE=VB-VEIC=βIB负反馈电路！反馈的定义基本放大电路A反馈网络F反馈是指将放大电路输出量的部分或者全部，通过一定的方式，反送到放大电路的输入回路中去。正向传输反向传输开环——无反馈通路闭环——有反馈通路负反馈放大电路的方框图

反馈放大电路的输入信号反馈信号基本放大电路的输入信号（净输入信号）比较环节输出信号加强输入信号正反馈用于振荡器削弱输入信号负反馈用于放大器负反馈放大电路的方框图

开环放大倍数反馈系数闭环放大倍数反馈深度，数值越大反馈越深谢谢《模拟电路分析与实践》-系列微课反馈类型的判断（一）《模拟电路分析与实践》-系列微课目录直流反馈与交流反馈01正反馈与负反馈02判断反馈通路

判断电路是否存在反馈通路负载是否是反馈元件？注意:

负载不属于放大电路的一部分，不算作反馈元件。反馈通路判断反馈通路判断电路是否存在反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路本级反馈本级反馈级间反馈直流反馈直流反馈与交流反馈-+++CTRb1CCRb1b2RVL+uoRu+-ib2CcReCe根据反馈到输入端的信号是交流还是直流还是同时存在直流反馈——若电路将直流量反馈到输入回路，则称直流反馈。电路引入直流反馈的目的，是为了稳定静态工作点Q交流反馈交流反馈——若电路将交流量反馈到输入回路，则称交流反馈。交流反馈，影响电路的交流工作性能。旁路电容直流反馈与交流反馈判断下图中有哪些反馈通路，是交流反馈还是直流反馈？交、直流反馈交流反馈

注意电容的“隔直通交”作用！正反馈与负反馈负反馈——引入反馈后使净输入量减小，输出幅度小，

放大倍数下降。正反馈——引入反馈后使净输入量增大，输出幅度增大，

放大倍数增大。用于振荡电路多用于改善放大器性能

输出端输入端取样端反馈端正反馈与负反馈

判断法：瞬时极性法+•假设输入信号某一瞬时的极性。•根据输入与输出信号的相位关系,输出信号与反馈信号的相位关系，确定反馈信号的瞬时极性。•再根据反馈信号与输入信号的连接情况,判断出反馈的类型。输入端与反馈端连接在同一点上，极性相反是负反馈输入端与反馈端不在同一点上，极性相同是负反馈++̶̶+̶正反馈与负反馈判断下图电路中是否有反馈通路，是正反馈还是负反馈？反馈通路̶̶负反馈反馈通路+̶+负反馈正反馈与负反馈判断下图电路中是否有反馈通路，是正反馈还是负反馈？反馈通路+̶̶̶负反馈反馈通路+̶̶̶正反馈谢谢《模拟电路分析与实践》-系列微课反馈类型的判断（二）《模拟电路分析与实践》-系列微课目录电压反馈与电流反馈01串联反馈与并联反馈02电压反馈与电流反馈电压反馈——

反馈信号取自输出电压的部分或全部。判断方法：输出端与取样端连接在同一点上即为电压反馈输出端取样端稳定输出电压电压反馈与电流反馈电流反馈——

反馈信号取自输出电流。输出端取样端判断方法：输出端与取样端不在同一点上即为电流反馈稳定输出电流电压反馈与电流反馈判断下图电路中的反馈是电压反馈还是电路反馈？反馈通路电压反馈反馈通路电流反馈电压反馈与电流反馈判断下图电路中的反馈是电压反馈还是电路反馈？反馈通路电压反馈反馈通路电流反馈串联反馈与并联反馈由反馈网络与放大电路输入端的连接方式判定RSuiuidufusAF反馈网络与基本放大电路串联连接串联反馈uid=

ui

uf判断方法：

输入端与反馈端不在同一点上即为串联反馈串联反馈与并联反馈反馈网络与基本放大电路并联连接并联反馈iiifisiidRSAFiid=

ii

if判断方法：

输入端与反馈端连接在同一点上即为并联反馈串联反馈与并联反馈RCRB1RB2REC2C1+VCCuiuo++--判断下图电路中反馈类型？反馈通路+̶+正、负反馈电压、电流反馈串联、并联反馈电流串联负反馈负反馈电流反馈串联反馈串联反馈与并联反馈判断下图电路中反馈类型？反馈通路+̶̶̶̶负反馈电压反馈并联反馈电压并联负反馈归纳

——找输入输出有无联系支路♦判别有无反馈

——看反馈信号是直流还是交流♦判别交流、直流反馈

——看输出端与取样端的连接方式♦判别电压、电流反馈

——看输入端与反馈端的连接方式♦判别串联、并联反馈

——瞬时极性法♦判别正、负反馈归纳♦电压串联负反馈♦电流串联负反馈♦电压并联负反馈♦电流并联负反馈谢谢《模拟电路分析与实践》-系列微课负反馈对放大电路性能的影响《模拟电路分析与实践》-系列微课目录提高放大倍数的稳定性01减小非线性失真02扩展频带03改变输入电阻和输出电阻04提高放大倍数的稳定性

UCC、RL、TA的相对变化量Af的相对变化量放大倍数稳定性提高减小非线性失真无负反馈Auiuo大小uf加入负反馈Fuf+–uiduo略大略小略小略大uiA接近正弦波改善了波形失真扩展频带fA(f)OAm0.707AmfLfHBWAf(f)Amf0.707AmffLffHfBWf无反馈时放大器的通频带：

fbw=fH－fL

fH有反馈时放大器的通频带：fbwf=fHf－fLf

fHf可以证明：BWf

=(1+AF)BW放大器的一个重要特性：增益与通频带之积为常数即：Amf×fbwf=Am×fbw改变输入电阻和输出电阻对输入电阻的影响取决于反馈网络与基本放大电路输入回路的连接方式

串联负反馈并联负反馈改变输入电阻和输出电阻RSuiuidufusAF串联负反馈——输入电阻增大Rif改变输入电阻和输出电阻并联负反馈iiifisiidRSAFRif——输入电阻减小改变输入电阻和输出电阻对输出电阻的影响取决于反馈网络与基本放大电路输出回路的连接方式

电压负反馈电流负反馈改变输入电阻和输出电阻电压负反馈AFRoRof——输出电阻减小输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。改变输入电阻和输出电阻电流负反馈AFRoRof——输出电阻增大输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。引入负反馈的一般原则要稳定直流量——引入直流负反馈要稳定交流量——引入交流负反馈要稳定输出电压——引入电压负反馈要稳定输出电流——引入电流负反馈要增大输入电阻——引入串联负反馈要减小输出电阻——引入电压负反馈谢谢《模拟电路分析与实践》-系列微课比例运算电路《模拟电路分析与实践》-系列微课目录反相比例运算电路01同相比例运算电路02反相比例运算电路反馈电阻+̶̶̶并联反馈电压反馈反馈类型：电压并联负反馈u+

=0

虚短：u+=u－u-

=0（虚地）虚地点

虚断：i+=i－=0i1=if电压放大倍数:反相比例运算电路uu+A+RiiRuu-­+ffoi11RRR1=Rfuo=-ui反相器反相比例运算电路R2平衡电阻运放两个输入端对地电阻相等R1//RfR2=R1//Rf反相比例运算电路R2特点：并联负反馈♦输入电阻小，对输入电流有

一定要求。♦在放大倍数较大时，该电路

结构不再适用。电压负反馈♦输出电阻小，带负载能力强。♦共模输入电压为0，因此对

运放的共模抑制比要求低。u+=u－=0同相比例运算电路uu+­A+o-­uu+fiRf1iR1Ri2反馈电阻++++串联反馈电压反馈反馈类型：电压串联负反馈u+=ui

虚短：u+=u－u-

=uiui

虚断：i+=i－=0i1=if电压放大倍数:同相比例运算电路uu+­A+o-­uu+fiRf1iR1Ri2电压跟随器同相比例运算电路uu+­A+o-­uu+fiRf1iR1Ri2平衡电阻运放两个输入端对地电阻相等R1//RfR2=R1//Rf同相比例运算电路uu+­A+o-­uu+fiRf1iR1Ri2特点：串联负反馈♦输入电阻大。电压负反馈♦输出电阻小，带负载能力强。

u+=u－=ui♦共模输入电压为ui，因此对

运放的共模抑制比要求低。谢谢《模拟电路分析与实践》-系列微课加法和减法运算电路《模拟电路分析与实践》-系列微课目录加法运算电路01减法运算电路02加法运算电路uuu0u2RAfofRi2+i+i2u-R+i1Ri11加法运算电路uuu0u2RAofi2+i+iR2u-fR+i1iR11RRR平衡电阻R0=R1//R2//Rf加法运算电路Rui1u+i1A+uoRffi-­u+ui2R1R2+A+uo-uu+fifRRRuii1同相比例运算:加法运算电路Rui1u+i1A+uoRffi-­u+ui2R1R2ui1ui2u+R1R2ui1单独作用ui2单独作用叠加加法运算电路Rui1u+i1A+uoRffi-­u+ui2R1R2当R1=R2=Rf

=R时，

减法运算电路利用反相比例器和加法器反相比例运算电路反相加法运算电路减法运算电路当R1=R2=Rf

时，

uo=ui2–ui1

减法运算电路差动减法器

ui1作用反相输入比例运算电路叠加原理减法运算电路叠加原理

ui2作用同相输入比例运算电路减法运算电路

综合：

ui1作用

ui2作用减法运算电路uo=ui2–ui1

差分输入运算电路或差分放大电路谢谢《模拟电路分析与实践》-系列微课积分和微分运算电路《模拟电路分析与实践》-系列微课目录积分运算电路01微分运算电路02积分运算电路

uouiiCiR1RCuC+A+Rf积分时间常数

积分运算电路+A+uouiiCiR1CuCtui0tuo0-UomTM积分时间积分运算电路+A+uouiiCiR1CuCtui0tuo0输入方波输出三角波微分运算电路uoC1RuiRiiCA++微分运算电路uoC1RuiRiiCA++波形变换输入矩形波输出尖脉冲波微分运算电路，求uo解：微分运算电路，求uotui0tuo090°可以移相！谢谢《模拟电路分析与实践》-系列微课过零比较器电路《模拟电路分析与实践》-系列微课目录电压比较器概述01过零比较器电路02电压比较器概述1、电压比较器的功能：比较电压的大小。输入电压是模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况，为二值信号。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。广泛用于各种设备的状态指示、自动控制、模拟量到开关量转换、信号变换。电压比较器概述2、电压比较器的描述方法：电压传输特性uo＝f(uI)电压传输特性的三个要素：（1）输出高电平UOH和输出低电平UOLUOHUOL（2）阈值电压UT（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向UT电压比较器概述3、几种常用的电压比较器（1）单限比较器：只有一个阈值电压（2）滞回比较器：具有滞回特性

输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。（3）窗口比较器：

有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出

电压跃变两次。电压比较器概述4、集成运放的非线性工作区电路特征：集成运放处于开环或正反馈状态。理想运放工作在非线性区的特点：（1）净输入电流为0（虚断）（2）uP>uN时，uO＝＋UOM

uP<uN时，uO＝－UOM

虚短不成立过零比较器1、电路形式（1）UT＝0（2）UOH＝＋UOM，

UOL＝－UOM（3）uI

<0时uO

＝-UOM

uI

>0时uO

＝+UOM，

信号从同相端输入：过零比较器1、电路形式（1）UT＝0（2）UOH＝＋UOM，

UOL＝－UOM（3）uI

<0时uO

＝＋UOM，

uI

>0时uO

＝－UOM

信号从反相端输入：过零比较器2、输入保护集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放的输入级，需加输入端限幅电路。二极管限幅电路使净输入电压最大值为±UD必要吗？过零比较器3、输出限幅电路为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。UOH＝＋UZ1＋UD2

UOL＝－(UZ2＋UD1)如果要求UZ1=UZ2UOH＝

－

UOL＝UZ不可缺少！过零比较器4、电压比较器的分析方法（1）、写出uP、uN的表达式，令uP＝uN，求解出的uI即为UT；（2）、根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；（3）、根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出电

压的跃变方向。过零比较器5、实例：设计一个波形变换电路，输入是正弦波，输出是方波，见下图，VOH＝－VOL＝5V。（1）、由图可知，VI>0，VO＝VOH，

VI<0，VO＝VOL，所以UT＝0V。（2）、VOH＝－VOL＝5V，运放采用±12V供电，输出加限幅电路，VZ1＝VOH－VD2＝5－0.7＝4.3V，选稳压管为4.3V的管子，型号为1N4731A。过零比较器5、实例：设计一个波形变换电路，输入是正弦波，输出是方波，见下图，VOH＝－VOL＝5V。（3）、输入信号VI从负到正时，当大于0时，输出VO正跳变，所以VI加在运放的同相输入，运放的反相输入接地。仿真电路及仿真结果如下：谢谢《模拟电路分析与实践》-系列微课单门限比较器电路《模拟电路分析与实践》-系列微课单门限比较器电路1、电路形式（1）图中阈值UT是正电压，加在运放的反相输入。（2）UOH＝＋UZ，

UOL＝－UZ（3）

uI

是信号输入，加在运放同相输入，

uI

<UT

时uO

＝-UZ uI

>UT

时uO

＝+UZ，

信号从同相端输入单门限比较器电路1、电路形式（1）图中阈值UT是正电压，加在运放的同相输入。（2）UOH＝＋UZ，

UOL＝－UZ（3） uI

是信号输入，加在运放