电子技术PPT电子课件教案-第18章 集成运算放大器.ppt

电子技术 第18章集成运算放大器 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 第18章集成运算放大器 课堂讨论 课堂讨论 18 1集成运算放大器概述 18 2负反馈放大电路 18 3理想运算放大器 18 4基本运算电路 18 6信号发生器 18 5信号处理电路 下一章 上一章 返回主页 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 一 集成运算放大器的组成 输入端 输出端 特点 输入级采用差分放大电路 kcmrr和ri很高 中间级采用多级共射电路 起电压放大作用 输出级采用互补对称功率放大电路 ro很小 带负载能力很强 直接耦合的多级放大电路 au很高 体积小 重量轻 功耗低 可靠性高 18 1集成运算放大器概述 第18章集成运算放大器 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 集成运算放大器的管脚和外部接线图 集成运放的符号 同相输入端 反相输入端 输出端 18 1集成运算放大器概述 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 线性区当 ud uo aoud ao u u 饱和区当ud 时正饱和电压 uo uom ucc当ud 时负饱和电压 uo uom uee 二 电压传输特性 负饱和区 正饱和区 线性区 18 1集成运算放大器概述 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 三 主要参数 1 开环电压放大倍数ao2 共模抑制比kcmrr3 最大输出电压uomax4 差模输入电阻rid5 最大差模输入电压uidmax 18 1集成运算放大器概述 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 净输入信号xd 18 2负反馈放大电路 第18章集成运算放大器 比较环节 开环放大倍数 闭环放大倍数 反馈系数 一 反馈的基本概念 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 二 反馈的类型与判断1 反馈的类型 1 正反馈和负反馈正反馈 xf与xi作用相同 使xd增加 负反馈 xf与xi作用相反 使xd减小 2 串联反馈和并联反馈串联反馈 xf与xi以串联的形式作用于净输入端 并联反馈 xf与xi以并联的形式作用于净输入端 3 电流反馈和电压反馈电流反馈 反馈信号取自输出电流 xf io 电压反馈 反馈信号取自输出电压 xf uo 18 2负反馈放大电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 是否存在反馈看是否有将输入和输出联系起来的反馈元件 判断是正反馈还是负反馈采用瞬时极性法 若是负反馈 是何种类型的负反馈是电压反馈还是电流反馈 是串联反馈还是并联反馈 2 反馈的判断步骤 18 2负反馈放大电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 例18 1判断下图所示电路的反馈类型 解 uf 18 2负反馈放大电路 ui uo ud 结论电阻rf引入的是电压串联负反馈 ud ui uf 反馈元件为rf 负反馈 uf zhangli制作 大连理工大学电气工程系 例18 2判断如图所示电路的反馈类型 解 18 2负反馈放大电路 结论电阻rf引入的是电流并联负反馈 id ii if 反馈元件为rf if ui uo id 负反馈 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 反馈元件为reube ub ueube ui uf 为串联负反馈uf reie 例18 3判断如图所示电路的反馈类型 解 18 2负反馈放大电路 ie ic 为电流负反馈 结论电阻re引入的是电流串联负反馈 uf ucc rb1 rb2 rc re c2 c1 ui uo zhangli制作 大连理工大学电气工程系 例18 4判断电路中rf引入的反馈类型 18 2负反馈放大电路 ud ui uf 当输出端开路时 uf 0 为电压反馈 结论电阻rf引入的是电压串联正反馈 ui uo 正反馈 uf uo1 解 uf ud zhangli制作 大连理工大学电气工程系 二 负反馈的影响 xd xi xf 当 f ao 1称为深度负反馈 18 2负反馈放大电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 18 2负反馈放大电路 1 提高了放大倍数的稳定性 电压放大倍数的稳定性提高了 1 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 例18 5某放大电路的 ao 1000 由于外界因素 使其变化率为 加入负反馈后 若f 0 009 则闭环电压放大倍数的变化率 18 2负反馈放大电路 2 20 解 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 18 2负反馈放大电路 2 加宽了通频带 未加入反馈后 加入反馈后 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 18 2负反馈放大电路 3 改善非线性失真 未加反馈时 加入反馈后 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 18 2负反馈放大电路 电压负反馈 稳定uo电流负反馈 稳定io5 改变了输入电阻或输出电阻串联反馈 ri 并联反馈 ri 电压负反馈 ro 电流负反馈 ro 4 稳定了输出电压或电流 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 第18章集成运算放大器 1 理想运放的主要条件开环电压放大倍数 ao 开环输入电阻 ri 开环输出电阻 ro 0共模抑制比 kcmrr 2 理想运放的符号 18 3理想运算放大器 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 3 理想运放的电压传输特性 uo uom ucc 当u u 时 ud 0 uo uom uee 当u u 时 ud 0 18 3理想运算放大器 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 4 引入深度负反馈时 理想运放具有的特性 1 ao 0 u u 2 ri 0 3 ro 0 uol uoc 18 3理想运算放大器 虚断路 虚短路 输出电压不受负载的影响 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 一 比例运算电路1 反相比例运算电路 u u 0 id 0 i1 if 虚地 第18章集成运算放大器 18 4基本运算电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 uo与ui成反比 且uo与ui的关系与运算放大器本身无关 只与外接元件r1 rf的阻值有关 若r1 rf 则uo ui 称为反相器 r2为平衡电阻 r2 r1 rf 说明 18 4基本运算电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 2 同相比例运算电路 u u ui id 0 if i1 不是虚地 18 4基本运算电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 说明 uo与ui同相位 且af 1 uo的大小与放大器本身无关 只与外接元件r1 rf的阻值有关 若rf 0 r1 r2 0时 uo ui 电压跟随器 平衡电阻r2 r1 rf 18 4基本运算电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 例18 6设计满足下列要求的电路 1 uo 3ui 2 uo 3ui 解 f 2r1 f 3r1 1 uo 3ui 2 uo 3ui 18 4基本运算电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 二 加法运算电路 u u 0 i1 i2 if 虚地 18 4基本运算电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 当r11 r12 r1时 当r11 r12 rf时 uo ui1 ui2 18 4基本运算电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 uo与运放本身无关 只与外接元件和ui有关 加法关系 平衡电阻 r2 r11 r12 rf 说明 18 4基本运算电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 三 减法运算电路 当ui1单独作用时 当ui2单独作用时 18 4基本运算电路 uo uo1 uo2 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 uo uo1 uo2 当r1 rfuo ui2 ui1 减法运算 平衡电阻r2 r3 r1 rf 说明 18 4基本运算电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 例18 7已知电路如图所示 1 试推导uo与ui1 ui2 ui3的运算关系 2 若ui1 2v ui2 ui3 1v r11 r12 10k rf1 20k r3 r4 r5 r6 rf2 3k 求uo的值 解 1 推导运算关系 18 4基本运算电路 加法运算 减法运算 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 uo 2 uo ui3 2ui2 2ui1 1 2 1 2 2 v 7v 18 4基本运算电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 三 微分运算电路 u u 0uc uiuo rfifif i1 虚地 18 4基本运算电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 当输入信号为阶跃电压时 说明 平衡电阻r2 rf 18 4基本运算电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 解 例18 8已知输入ui的波形如图所示 试画出输出uo的波形 设rfc tp 18 4基本运算电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 五 积分运算电路 u u 0uo ucif i1 虚地 18 4基本运算电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 说明 当ui为阶跃电压时 平衡电阻r2 r1 18 4基本运算电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 例18 9所示电路为应用运放来测量电压的原理电路 输出端接有满量程为5v 500 a的电压表 试分别计算出五种量程0 5v 1v 5v 10v 50v所对应的电阻值r11 r15 解 18 4基本运算电路 反向比例运算 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 18 4基本运算电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 18 5信号处理电路 一 电压比较器1 单限电压比较器 电压传输特性 第18章集成运算放大器 uo uo zhangli制作 大连理工大学电气工程系 结论零电压比较器把正弦波变换为方波 零电压比较器 18 5信号处理电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 限幅电压比较器 uo uz 当ui ur时 稳压管正向导通 uo ud 当ui ur时 稳压管起稳压作用 18 5信号处理电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 2 滞回电压比较器 当uo uom时 当uo uom时 上限触发电压 下限触发电压 18 5信号处理电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 3 双限电压比较器 当ui ul时 uo1 uomuo2 uom 当ui uh时 uo1 uomuo2 uom 当ul ui uh时 uo1 uo2 uom uo 0 18 5信号处理电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 例18 10如图所示是利用运放组成的过温保护电路 r3是负温度系数的热敏电阻 温度升高时 阻值变小 ka是继电器 要求该电路在温度超过上限制时 继电器动作 自动切断加热电源 试分析该电路的工作原理 解 18 5信号处理电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 当温度超过上限时 ui ur uo uom 晶体管饱和导通 ka动作 切除加热电源实现过温保护 正常工作时 ui ur uo uom 晶体管截止 ka不动作 18 5信号处理电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 二 有源滤波电路 滤波器是一种选频电路 按电路组成分为 无源滤波电路 仅由电阻电容组成的滤波器 有源滤波电路 含有运算放大器的滤波器 按频率范围分为 低通 高通 带通和带阻滤波器等 18 5信号处理电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 1 有源低通滤波器 在rc回路中 根据同相比例运算电路 18 5信号处理电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 其传递函数 18 5信号处理电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 当 0时 t j aufo 当 时 t j 0 18 5信号处理电路 频率小于 o的信号可以通过 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 2 有源高通滤波器 在rc回路中 根据同相比例运算电路 18 5信号处理电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 传递函数为 18 5信号处理电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 当 时 t j aufo 当 0时 t j 0 相频特性 幅频特性 18 5信号处理电路 频率大于 0的信号可以通过 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 3 带通和带阻滤波器 幅频特性 18 5信号处理电路 上限频率 下限频率 通频带 bw h l 在通频带以内的信号可以通过 通频带以外的信号被阻止 带通滤波器 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 幅频特性 带阻滤波器 频率在 l和 h以内的信号被阻止 其他频率的信号可以通过 18 5信号处理电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 三 采样保持电路 电路组成 电压跟随器 电子开关 保持电容 电子开关 18 5信号处理电路 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 1 电路组成 运算放大器作为电压比较器用 双向稳压管限制输出电压 反馈电路 18 6信号发生器 一 矩形波发生器 第18章集成运算放大器 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 18 6信号发生器 2 波形分析 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 二 三角波发生器 当uo1 uz时 18 6信号发生器 1 电路组成 2 波形分析 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 当uo1 uz时 18 6信号发生器 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 二 锯齿波发生器 当uo1 uz时 当uo1 uz时 积分时间常数 2 r4cf 所以 2 1 18 6信号发生器 1 电路组成 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 2 输出分析 18 6信号发生器 zhangli制作 大连理工大学电气工程系 课堂讨论 18 1为了实现稳定输出电压 应当引入下列 类型的反馈 a 电压负反馈b 电流负反馈c 串联负反馈 18 2电压比较器和基本