第2章集成运算放大器(用4学时)

第二章集成运算放大器 第二章集成运算放大器 2 1集成运算放大器的简单介绍 2 2理想运算放大器 2 4同相输入和反相输入放大电路的应用 2 3基本线性运放电路 2 5使用运算放大器应注意的几个问题 了解集成运放的基本组成理解运算放大器的电压传输特性 并掌握其基本分析方法 理解用集成运放组成的比例 加减 微分和积分等运算电路的工作原理 对你的期望 第二章集成运算放大器 第二章集成运算放大器 2 1集成运算放大器的简单介绍 2 2理想运算放大器 2 4同相输入和反相输入放大电路的应用 2 3基本线性运放电路 2 5使用运算放大器应注意的几个问题 2 1 1集成运算放大器的组成及符号 集成运算放大器 是一种高放大倍数 高输入电阻 低输出电阻的直接耦合放大电路 尽量减小零点漂移 尽量提高KCMRR 输入阻抗ri尽可能大 中间级应有足够大的电压放大倍数 输出级主要提高带负载能力 给出足够的输出电流io 输出阻抗ro小 通用型集成电路运算放大器 若将集成运放看成为一个 黑盒子 则可等效为一个双端输入 单端输出的差分放大电路 国际符号 国内符号 运放的符号 2 1 2运算放大器的电路模型 ri高 105 1011 运放的特点 KCMRR很大 ro小 几十 几百 Auo很大 104以上 107 2 1 3集成运算放大器的电压传输特性 线性区 饱和区 线性区 uo Auo u u 非线性区 u u A时 uo Uo sat u u A时 uo Uo sat 2 1 4主要参数 1 最大输出电压UOPP能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压 2 开环差模电压增益Auo运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数 Auo愈高 所构成的运算电路越稳定 运算精度也越高 6 共模输入电压范围UICM运放所能承受的共模输入电压最大值 超出此值 运放的共模抑制性能下降 甚至造成器件损坏 愈小愈好 3 输入失调电压UIO4 输入失调电流IIO5 输入偏置电流IIB 第二章集成运算放大器 2 1集成运算放大器的简单介绍 2 2理想运算放大器 2 4同相输入和反相输入放大电路的应用 2 3基本线性运放电路 2 5使用运算放大器应注意的几个问题 理想运放的符号 国际符号 国内符号 理想运放 ri KCMRR ro 0 Ao 2 2 1理想运算放大器的模型及符号 2 2 1理想运算放大器的模型及符号 2 2 2理想运算放大器分析依据 1 电压传输特性uo f ui 线性区 饱和区 O 2 理想运放工作在线性区的特点 因为uo Auo u u 所以 1 差模输入电压约等于0即u u 称 虚短 2 输入电流约等于0即i i 0 称 虚断 电压传输特性 Auo越大 运放的线性范围越小 必须加负反馈才能使其工作于线性区 O 3 理想运放工作在饱和区的特点 1 输出只有两种可能 Uo sat 或 Uo sat 2 i i 0 仍存在 虚断 现象 电压传输特性 当u u 时 uo Uo sat u u 时 uo Uo sat 不存在 虚短 现象 例F007运算放大器的正 负电源电压为 15V 开环电压放大倍数AU0 2 105 输出最大电压 即 Uo sat 为 13V 在下图电路中分别加如下电压 求输出电压及其极性 解 只要两个输入端之间的电压绝对值超过65 V 输出电压就达到正或负的饱和值 输出电压 输出电压 输出电压 输出电压 第二章集成运算放大器 2 1集成运算放大器的简单介绍 2 2理想运算放大器 2 4同相输入和反相输入放大电路的应用 2 3基本线性运放电路 2 5使用运算放大器应注意的几个问题 2 3基本线性运放电路 2 3 1反相放大电路 2 3 2同相放大电路 2 3 1反相放大电路 1 电路组成 因要求静态时u u 对地电阻相同 所以平衡电阻R2 R1 RF 2 技术指标的近似计算 1 电压增益 因虚短 所以u u 0 称反相输入端 虚地 反相输入的重要特点 因虚断 i i 0 所以i1 if 2 输入电阻 输入电阻小 虚地 无共模信号输入 4 特点 3 输出电阻 问题 1运放饱和电压对电路工作有无影响 2已知运放的Vsat 10V Rf 100K R1 10K 若VI 0 1V 输出电压为多少 若VI 1 5V 输出电压 为保证不失真放大 电路的最大输入电压为多少 例 电路如下图所示 已知R1 10k RF 50k 求 1 Auf R2 2 若R1不变 要求Auf为 10 则RF R2应为多少 解 1 Auf RF R1 50 10 5 R2 R1 RF 10 50 10 50 8 3k 2 因Auf RF R1 RF 10 10故得RF Auf R1 10 10 100k R2 10 100 10 100 9 1k 1 电路组成 因要求静态时u u 对地电阻相同 所以平衡电阻R2 R1 RF 2 3 2同相放大电路 因虚断 所以u ui 1 电压增益 因虚短 所以u ui 反相输入端不 虚地 2 技术指标的近似计算 2 同相比例运算 2 输入电阻 3 输出电阻 问题 1运放饱和电压对电路工作有无影响 2已知运放的Vsat 10V Rf 100K R1 10K 若vi 0 1V 输出电压为多少 若vi 1V 输出电压为多少 为保证不失真放大 电路的最大输入电压为多少 当R1 或RF 0时 uo ui Auf 1 称电压跟随器 由运放构成的电压跟随器输入电阻高 输出电阻低 其跟随性能比射极输出器更好 例1 求图示电路的输出电压 例2 图中同相比例运算电路 求 需要帮忙吗 点击我会有新发现 解 此电路为同相比例运算电路 于是 返回 返回目录 负载电流的大小与负载无关 例3 负载浮地的电压 电流的转换电路 1 能测量较小的电压 2 输入电阻高 对被测电路影响小 流过电流表的电流 第二章集成运算放大器 2 1集成运算放大器的简单介绍 2 2理想运算放大器 2 4同相输入和反相输入放大电路的应用 2 3基本线性运放电路 2 5使用运算放大器应注意的几个问题 2 4同相输入和反相输入放大电路 2 4 1求和电路 2 4 2求差电路 2 4 3积分电路 2 4 4微分电路 2 4 1求和电路 1 反相加法运算电路 因虚短 u u 0 平衡电阻 R2 Ri1 Ri2 RF 因虚断 i 0 所以ii1 ii2 if 2 同相加法运算电路 方法1 根据叠加原理ui1单独作用 ui2 0 时 同理 ui2单独作用时 方法2 平衡电阻 Ri1 Ri2 R1 RF u u 也可写出u 和u 的表达式 利用u u 的性质求解 当改变某一路输入电阻时 对其它路无影响 同相加法运算电路的特点 当改变某一路输入电阻时 对其它路有影响 反相加法运算电路的特点 2 4 2求差电路 由虚断可得 由虚短可得 分析方法1 如R1 R2 R3 RF R2 R3 R1 RF 输出与两个输入信号的差值成正比 常用做测量放大电路 分析方法2 利用叠加原理减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相比例运算电路的叠加 u 例1 图示是集成电路的串级应用 试求输出电压 解答 返回目录 解 想一想 为什么要加A1 返回 返回目录 例2 设计一加减运算电路 设计一加减运算电路 使Vo 2Vi1 5Vi2 10Vi3 解 用双运放实现 如果选Rf1 Rf2 100K 且R4 100K 则 R1 50KR2 20KR5 10K 平衡电阻R3 R1 R2 Rf1 12 5K R6 R4 R5 Rf2 8 3K 思考 用一加法和减运算电路怎样实现 例3 求电路的电压放大倍数Avf 2 4 3积分运算电路 由虚短及虚断性质可得i1 if if 当电容CF的初始电压为uC t0 时 则有 若输入信号电压为恒定直流量 即ui Ui时 则 积分饱和 线性积分时间 线性积分时间 Uo sat ui Ui 0 ui Ui 0 采用集成运算放大器组成的积分电路 由于充电电流基本上是恒定的 故uo是时间t的一次函数 从而提高了它的线性度 输出电压随时间线性变化 Ui Ui 例已知 vc 0 0 画输出电压波形 解 1 t 0 t1 vo t1 8V 2 t t1 t2 vo t2 0V 三角波 方波 2 4 4微分运算电路 由虚短及虚断性质可得i1 if Ui Ui 微分电路 第二章集成运算放大器 2 1集成运算放大器的简单介绍 2 2理想运算放大器 2 4同相输入和反相输入放大电路的应用 2 3基本线性运放电路 2 5使用运算放大器应注意的几个问题 集成运放按技术指标分为 通用型和特殊型 通用型开环增益可达100dB 基本能兼顾各方面的要求 在实际应用时优先选用 如uA741 LM324 5G24等 1 运放的选择 通常根据设计要求选择具有相应指标的芯片包括信号源的性质 负载的性质 精度要求 环境条件四方面要求 二 使用运算放大器应注意的几个问题 1 集成运放的管脚 常见封装形式多为双列直插式封装 8 10 12 14 16管脚等 使用注意查阅手册 辨认管脚 以便正确连线 2 粗测运放好坏 用万用表电阻中间档 100 测量有无短路和断路现象 接成电压跟随器形式进行器件检查 3 调零或调整偏置电压消除失调电压 2 使用注意事项 1 输入保护 防差模输入电压过大 4 保护措施 2 输出端保护 3