集成运放的应用 第三章.ppt

第一节概述 一 理想运放 第三章集成运放的应用 对比较器电路的分析不能像对放大电路和运算电路的方法 一般的分析方法是集中在输出跳变得瞬间所对应的ui来分析uo与ui的对应关系 这时可认为电路满足uiP uiN iP iN 0 ui uT 一般电压比较器按uT的不同和连接方式的不同可以有 单门限比较器滞回比较器双限比较器 实际计算过程中采用理想运放代替实际运放误差很小 二 集成运放两个工作区域1 理想运放工作在线性区时的特点输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系 即 理想运放工作在线性区特点 1 理想运放的差模输入电压等于零 虚短 2 理想运放的输入电流等于零 由于rid 两个输入端均没有电流 即 虚断 2 理想运放工作在非线性区时的特点 传输特性 理想运放工作在非线性区特点 1 uO的值只有两种可能 当u u 时 uO UOPP当u u 时 uO UOPP 在非线性区内 u u 可能很大 即u u 虚地 不存在 2 理想运放的输入电流等于零 虚断 实际运放Aod 当u 与u 差值比较小时 仍有Aod u u UOPP 运放工作在线性区 但线性区范围很小 例如 F007的Uopp 14V Aod 2 105 线性区内输入电压范围 第二节基本运算电路 一 比例运算电路 1 反相比例运算电路 同相端电阻R2应与反相端电阻相等 由于运放的增益一般大于10的5次方满足虚短虚断的要求 输出与输入反相 2 同相比例运算电路 利用虚短和虚断得 电压串联负反馈 电压跟随器 3 差动比例运算电路 二 求和运算电路 1 反相求和电路 2 同相求和运算电路 3 加减运算电路 三 积分运算电路 四 微分运算电路 实际运算中 不需要记忆以上公式 因为公式和电路图是相匹配的 电路图变化 公式应做相应的变化 只需要牢牢记住运放工作于线性区域 虚短 同相输入端和反向输入端电位相等 虚断 进入运放的电流为零 第三节电压比较器 运放有两个工作区 线性工作区和非线性工作区 运算电路使用的是运放的线性区电压比较器使用的是运放的非线性区概念及构成通过对两输入电压的相对比较 在输出端得到高电平或低电平结果的电路器件 uo与ui的函数关系uo f ui 称为电压传输特性 引起uo发生跳变得参考电压称为阈值电压 或门槛电压 记为uT 一 单门限比较器 只有一个阈值电压uT的比较器 传输曲线如图 若Ui UT时 VO VOH若Ui UT时 VO VOL 根据uT的取值不同可分为过零比较器和一般门限比较器 过零比较器用途非常广泛 在交流调压 电气控制系统中经常使用 根据所接输入端得不同可以有同相过零比较器和反相过零比较器 一般门限比较器 当uT 0条件下构成的比较器 有两种电路形式 uREF为参考电压 根据比较器在临界状态条件可求得电路的阈值电压 二 滞回比较器单门限电压比较器结构简单 灵敏度高 但抗干扰能力差 如输入电压在uT附近时会造成uo反复跳动 造成比较器工作不稳定 为解决这一问题 可将比较器设置两个阈值 只要干扰信号不超过这两个阈值比较器就不会跳变 从而提高比较器的抗干扰能力 利用这种思想设计出来的电压比较器称为滞回比较器 或称施密特触发器 电路构成如图所示 电路是在单门限比较器基础上增加了正反馈电路实现的 三 双限比较器 第四节正弦波震荡电路 正弦波振荡电路的基础知识自激振荡现象扩音系统在使用中有时会发出刺耳的啸叫声 其形成的过程如图所示 一 产生震荡条件和正弦震荡电路 1 正弦波振荡的形成过程 放大电路在接通电源的瞬间 随着电源电压由零开始的突然增大 电路受到扰动 在放大器的输入端产生一个微弱的扰动电压ui 经放大器放大 正反馈 再放大 再反馈 如此反复循环 输出信号的幅度很快增加 这个扰动电压包括从低频到甚高频的各种频率的谐波成分 为了能得到我们所需要频率的正弦波信号 必须增加选频网络 只有在选频网络中心频率上的信号能通过 其他频率的信号被抑制 在输出端就会得到如图ab段所示的起振波形 RC桥式振荡电路 在图中 集成运放组成一个同相放大器 它的输出电压uo作为RC串并联网络的输入电压 而将RC串并联网络的输出电压作为放大器的输入电压 当f f0时 RC串并联网络的相位移为零 放大器是同相放大器 电路的总相位移是零 满足相位平衡条件 而对于其他频率的信号 RC串并联网络的相位移不为零 不满足相位平衡条件 由于RC串并联网络在f f0时的传输系数F 1 3 因此要求放大器的总电压增益Au应大于3 这对于集成运放组成的同相放大器来说是很容易满足的 由R1 Rf V1 V2及R2构成负反馈支路 它与集成运放形成了同相输入比例运算放大器 第五节串联型稳压电源 稳压二极管的缺点是工作电流较小 稳定电压值不能连续调节 线性串联型稳压电源的工作电流较大 输出电压一般可连续调节 稳压性能优越 目前这种稳压电源已经制成单片集成电路 广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中 线性串联型稳压电源的缺点是损耗较大 效率低 一 线性串联型稳压电路的工作原理 显然 VO VI VR 当VI增加时 R受控制而增加 使VR增加 从而在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响 若负载电流IL增加 R受控制而减小 使VR减小 从而在一定程度上抵消了因IL增加 使VI减小 对输出电压减小的影响 在实际电路中 可变电阻R是用一个三极管来替代的 控制基极电位 从而就控制了三极管的管压降VCE VCE相当于VR 要想输出电压稳定 必须按电压负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路 典型的串联型稳压电路如图所示 它由调整管 放大环节 比较环节 基准电压源几个部分组成 1 输入电压变化 负载电流保持不变 输入电压VI的增加 必然会使输出电压VO有所增加 输出电压经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较 获得误差信号 V 误差信号经放大后 用VO1去控制调整管的管压降VCE增加 从而抵消输入电压增加的影响 VI VO Vf VO1 VCE VO 负载电流变化 输入电压保持不变 负载电流IL的增加 必然会使输入电压VI有所减小 输出电压VO必然有所下降 经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较 获得的误差信号使VO1增加 从而使调整管的管压降VCE下降 从而抵消因IL增加 使输入电压减小的影响 IL VI VO Vf VO1 VCE VO 串联型稳压电源的内阻很小 如果输出端短路 则输出短路电流很大 同时输入电压将全部降落在调整管上 使调整管的功耗大大增加 调整管将因过损耗发热而损坏 为此必须对稳压电源的短路进行保护 过载也会造成损坏 书上例子 将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器 早期的集成稳压器外引线较多 现在的集成稳压器只有三个 输入端 输出端和公共端 称为三端集成稳压器 特点 体积小 可