集成运算放大器4.pptVIP

7.1 集成运算放大器简介,7.2 集成运放中的负反馈,7.3 负反馈对运放电路性能的影响,7.4 集成运放在模拟信号运算方面 的应用,第7章 集成运算放大器,第7章 集成运算放大器,一、理想运算放大器： a 表示符号 b 特点 c 分析理想运放的依据,二、分析简单的运放电路：比例、 加法、减法运算电路,重点掌握内容：,优点：体积小，重量轻，功耗低，可靠性 高，价格便宜。 分类1：SSI，MSI，LSI，VLSI。 分类2：数字集成电路，模拟集成电路。 模拟集成电路：集成运算放大器，集成功率放大器，集成稳压电源，集成A/D、D/A转换器等。,集成器件的简单介绍,集成运算放大器的简称：集成运放。 集成运算放大器：是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的多级直接耦合放大器。 集成运放的应用几乎遍及所有电子技术领域，如应用于信号运算、信号处理、信号测量等。 本章主要介绍集成运放的基本组成、特性、运放中的反馈网络及运放基本应用电路。,第7章 集成运算放大器,各级之间采用直接耦合，不采用电容元件，大多采用外接电容器。 输入级采用差分放大电路，温度漂移很小。 采用晶体管恒流源代替电阻。 集成电路中的二极管都采用晶体管构成。,集成运算放大器的特点,运算放大器方框图,输入级采用差分放大电路，有同相 和反相两个输入端，要求应尽量减 小零点漂移，尽量提高KCMR，输入 电阻尽可能大。,7.1.1 集成运放的组成,中间级主要完成电压放大，所以应有 足够大的电压放大倍数，一般采用多 级共射放大电路组成。,7.1.1 集成运放的组成,输出级要求输出电阻小，带负载能力强， 能输出足够大的电压和电流，一般由互补 功放或射级输出器构成。,7.1.1 集成运放的组成,偏置电路的作用是为上述各级电路提供 稳定和合适的偏置电流，决定各级的静 态工作点，一般由各种恒流源电路构成。,7.1.1 集成运放的组成,集成运放在电路中的图形符号,同相输入端,反相输入端,输出端,表示放大器,电压放大倍数,F007（5G24）外引线图,接 线 图,俯 视 图,输入失调电压 UIO； 输入失调电流 IIO； 输入偏置电流 IIB； 开环差模电压放大倍数 Auo； 最大差模输入电压 Uidmax； 最大共模输入电压 Uicmax； 最大输出电流Iomax； 最大输出电压 Uomax； 差模输入电阻 rid 和输出电阻ro。,7.1.2 集成运放的主要参数,7.1.3 理想运放,运算放大器符号,反相输入端 u,同相输入端 u+,输出端 uo,美国符号：,国内符号：,分为线性区和饱和区,线性区很窄,运放在线性区工作,通常引入深度电压负反馈, 集成运放的电压传输特性,线性区：,两个输入端的电流为零 ； 当 时， ； 当 时， ； 饱和区的判定：,饱和工作区的分析依据,输入端不取电流（“虚断”） ； 两个输入端子的信号关系满足“虚短” ； 输出信号满足 ； “接地”与“虚地”。,线性工作区的分析依据,“三虚”,例题7.1.1,F007运放的正负电源电压为15V，开环电压放大倍数 Auo=2105， Uo(sat)= 13V。今有以下几种输入电压，试求出输出电压的大小及极性。 (1) u+ = +15V, u- = -10V ； (2) u+ = - 5V , u- = +10V； (3) u+ = 0 V , u- = + 5 mV； (4) u+ = +5 mV , u- = 0 V 。,解题的关键是找出进入饱和区工作时的临界值，即拐点。,无反馈（开环）,有反馈（闭环）,7.2 集成运放中的负反馈,7.2.1 反馈的基本概念,将某个系统的输出信号（电压或电流）的一部分或全部通过反馈电路引回到输入端，与输入信号迭加在一起，就称为反馈。,若引回的反馈信号削弱了输入信号，就称为负反馈（使放大倍数降低）；若引回的反馈信号增强了输入信号，就称为正反馈（使放大倍数升高） 。,7.2.1 反馈的基本概念,7.2.2 负反馈的分类,1.电压负反馈和电流负反馈 根据反馈所采样的信号不同。,电压负反馈：如果反馈信号取自输出电压信号，叫电压负反馈。电压负反馈具有稳定输出电压、减小输出电阻的作用。,电流反馈：如果反馈信号取自输出电流信号，叫电流反馈。电流负反馈具有稳定输出电流、增大输出电阻的作用。,7.2 集成运放中的负反馈,2. 串联负反馈和并联负反馈 根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同而定义。,串联反馈：反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入信号以电压作比较。,并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信号以电流作比较。,串联反馈使电路的输入电阻增大， 并联反馈使电路的输入电阻减小。,负反馈,电压串联负反馈,电压并联负反馈,电流串联负反馈,电流并联负反馈,负反馈的分类,负反馈总结,反馈电路直接从输出端引出的,是电压反馈; 从负载电阻的靠近“地”端引出，是电流反馈。,2.输入信号和反馈信号分别加在两个输入端上 的，是串联反馈。 加在同一个输入端上的是并联反馈。,串联电压负反馈,并联电压负反馈,串联电流负反馈,并联电流负反馈,1. 降低放大倍数,7.3 负反馈对运放电路工作性能的影响,2. 提高放大倍数的稳定性,3. 交流负反馈能改善波形的非线性失真,4、展宽通频带,5、负反馈对放大电路输入电阻的影响,6、负反馈对放大电路输出电阻的影响,5、负反馈对放大电路输入电阻的影响,对于串联负反馈，输入电阻增大； 对于并联负反馈，输入电阻减小。,6、负反馈对放大电路输出电阻的影响,对于电压负反馈，使输出电阻减小。,对于电流负反馈，使输出电阻增大。,四种负反馈类型对ri和ro的影响,7.4 集成运算在模拟信号运算方面的应用,7.4.1 比例运算电路,1. 反相比例运算电路,平衡电阻：保证输入端对地的静态电阻相等,引入电压并联负反馈,1. 反相比例运算电路,电位为零,电位为零，虚地,注意：,虽然,但不能将反相输入端和同相输入端直接相联或者直接接地,1. 反相比例运算电路,Au=-（RF/R1）= -20/10= -2 uo= Au ui=(-2)(-1)=2V R2=R1/RF=10/20=6.7 k,例题：R1=10k , RF=20k , ui = -1V。 求：uo 、R2应为多大？,P208 例题：7.4.2,1. 反相比例运算电路,此时的电路称为反相器,u-= u+=0,i1 =iF = i2 +i3,RP=R1/(RF + R2 /R3),1. 反相比例运算电路,1. 反相比例运算电路,电流并联负反馈：该电路可以用低阻值的RF 获得较高的电压放大倍数。,2. 同相比例运算电路,u-= u+= ui,i+ =0,i- =0,iF=i1,R2=R1/RF,电压串联负反馈,例题： R1=10k , RF=20k , ui =-1V。求:uo ，R2应为多大？,uo= Au ui=(3)(-1)= -3V R2=R1/RF =10/20=6.7 k,2. 同相比例运算电路,Au=1,uo=ui,即输出电压与输入电压大小相等，相位相同，该电路称为电压跟随器。,电压跟随器,R1=,u+= u- = 7.5V,电压跟随器,因为u+= 7.5V,所以,uo= u- = 7.5V,7.4.2 加法运算电路,1. 反相加法器,1. 反相加法器,实现了和放大,实现了加法运算,平衡电阻,加法运算与运算放大器本身的参数无关,只要电阻阻值足够精确,就可保证加法运算的精度和稳定性.,1. 反相加法器,7.4.3. 减法运算电路,由同相输入及反相输入的结论，运用叠加定理：,7.4.3. 减法运算电路,实现了差放大,思考：如何选择电阻，能得出如下结论,R1=R2,RF=R3,还需：RF=R1,实现了减法运算,P209例题7.4.3 P211例题7.4.4,例题3. R1=10k , R2=20k , ui 1=-1V， ui 2=1V 。求:uo,例题3. 若ui1=sin t V， ui 2=1V ，求:uo,uo1= ui1= sin t V,uo2= ui2(1+R2/R1)=3V,7.4.4. 积分运算电路,R1 = R2,反相积分器：如果u i=直流电压U(阶跃信号), 输出将反相积分，经过一定的时间后输出饱和。,积分时限,设Uo(sat)=15V, U=+3V, R=10k, C=1F,=0.05秒,反相积分器：如果ui = -U= -3V，画出uo的波形图。,设Uo(sat)=15V,U=+3V, R=10k，C=1F。,应用举例,在电路的输入端输入方波，输出是什么波形？,7.4.4. 积