集成运算放大器及其应用PPT课件

第二章集成运算放大器及其应用,第二节差动放大器,第一节直接耦合放大器,第四节集成运放电路中的负反馈,第三节集成运算放大器简介,第六节集成运放在信号处理电路中的应用,第五节集成运放在信号运算电路中的应用,*第八节集成运放的选择与使用,第七节集成运放在信号发生电路中的应用,*第九节集成运放应用实例,第一节直接耦合放大器,优点：能放大直流信号或变化十分缓慢的交流信号。,缺点：(1)前、后级静态工作点互相影响；(2)零点漂移。,1、前后级静态工作点相互影响,RE2的接入，提高了V1基极电位，从而保证第一级有较高的静态电位，而不致于进入饱和区。但RE2的接入使第二级电压放大倍数大大降低。,2、零点漂移,指输入信号电压为零时，输出电压发生缓慢地、无规则地变化的现象。,(1)产生的原因,晶体管参数随温度变化、电源电压波动、电路元件参数的变化等。,(2)评价零点漂移的指标,把输出漂移电压折算到输入端来衡量。,(3)抑制零点漂移的措施,差动放大电路,例：若有两个放大电路的A、B，它们的电压放大倍数分别为1000和200，输出端的零点漂移电压均为1V。若要放大2mV的信号，应采用哪个放大电路？,所以采用A放大电路。,第二节差动放大电路,一、差动放大电路的基本形式,差动放大电路的电路结构,电路结构对称，两个输入、两个输出,1.零点漂移的抑制,uo=VC1VC2=0,uo=(VC1+VC1)(VC2+VC2)=0,静态时：ui1=ui2=0,当TICVC（两管变化量相等）,对称差动放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。,2.有信号输入时的工作情况,共模信号,大小相等、极性相同(uic1=uic2),(1)共模输入,在共模信号输入下：,VC1=VC2（集电极电位等向等量变化）,uo=(VC1+VC1)(VC2+VC2)=0,对共模信号没有放大能力,差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平。,共模信号需抑制,(2)差模输入,差模信号,大小相等、极性相反(uid1=uid2),在差模信号输入下：,VC1=VC2(集电极电位一增一减，呈等量异向变化),uo=(VC1VC1)(VC2+VC2)=2VC1,对差模信号有放大能力。,差模信号是有用信号,(3)比较输入,ui1、ui2大小和极性是任意的。,例:ui1=10mV,ui2=6mV,ui2=8mV2mV,可分解成:ui1=8mV+2mV,共模分量,差模分量,放大器只放大两个输入信号的差值信号差动放大电路,常作为比较放大来用,ui1=uic1+uid1,ui2=uic2+uid2,其中：共模分量,差模分量,3.共模抑制比,衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力。,共模放大倍数：,差模放大倍数：,共模抑制比：,或,KCMR越大，说明差放电路放大差模信号的能力越强，而受共模干扰的影响越小。,若电路完全对称，理想情况下AC=0，KCMRR,若电路不完全对称，则AC0,uo=AD(ui1ui2)=ADuid,uo=ACuic+ADuid即共模信号对输出有影响。,二、典型差动放大电路(长尾式差动放大电路),RE的作用：,(2)对差模信号无反馈作用。,抑制零点漂移，稳定静态工作点。,共模抑制电阻,UEE：用于补偿RE上的压降，以获得合适的静态工作点。,电位器RP：调零用的。在静态时调节RP，使uo为零。一般几十欧几百欧之间。,三、差动放大电路的几种形式,1、双端输入-双端输出,(1)静态分析,前两项很小,可忽略。,VE0（虚短）,(2)动态分析,由于RE对差模信号不起作用，则单管差模信号通路为：,单管交流通路,微变等效电路,同理可得：,双端输出电压为：,双端输出电压放大倍数为：,当两管之间接负载电阻RL时：,若是单端输出，电压放大倍数为：,（从V1集电极输出，反相输出）,（从V2集电极输出，同相输出）,*单端输出的电压放大倍数只有双端输出的一半。,2、单端输入-单端输出,共模信号,差模信号,可把ui分解成一对共模信号和一对差模信号:,共模放大倍数AC,交流通路,微变等效电路,若RE足够大，AC0,其差模放大倍数AD为：,（反相输出）,（同相输出）,结论：差动放大电路的电压放大倍数与输出形式有关，只要是双端输出，它的差模放大倍数与单管相同；若为单端输出，则为单管的一半。,四种差分放大电路的比较,例1,某一双端输入、双端输出差动放大电路，已知差模电压增益为48dB，共模抑制比为67dB，ui1=5V，ui2=5.01V。试求输出电压uo。,解：,由已知得：,则：AD-251,则：AC0.11,uo=ACuic+ADuid=0.115.005+(-251)(-0.01)=3.06V,共模输入电压：,差模输入电压：,练习题：,1、在直接耦合放大电路中，采用差动式电路结构的主要目的是()。(a)提高电压放大倍数(b)抑制零点漂移(c)提高带负载能力,b,2、具有发射极电阻的典型差动放大电路中，RE的作用是()。(a)稳定静态工作点，抑制零点漂移(b)稳定电压放大倍数(c)提高输入电阻，减小输出电阻,a,第三节集成运算放大器简介,一、运算放大器的特点,集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。,特点：,Auo高：80dB140dBRi高：1051011Ro低：几十几百KCMR高：70dB130dB,二、集成运算放大器的组成,输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用差动放大电路。中间级：要求电压放大倍数高。常采用共发射极放大电路构成。输出级：要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。,常用的集成运放芯片F007,实物外形图：,管脚图：,调零端,调零端,反相输入端,同相输入端,输出端,负电源端,正电源端,空脚,外部接线图：,三、集成运放的符号、外特性和电路模型,两个输入端,u：反相输入端,u+：同相输入端,一个输出端：uo,为了简化起见，常将接地端省去。,1、符号,Au：电压放大倍数,2、运放的外特性,ud=u+u：差动输入电压,uo=Au(u+u)=Aud,电压传输特性uo=f(ud),线性区：uo=Au(u+u),饱和区(非线性区)：ud时，uo=+Uo(sat)udu时，uo=+Uo(sat)u+u时，uo=+Uo(sat)当u+0,ui=UiUR时，uo=12Vuo=0.7V,当ui1，称为深度负反馈，此时：,在深度负反馈的情况下，闭环放大倍数仅与反馈电路的参数有关。,例3：,如图所示同相比例运算电路，R1=10k，RF=300k，Auo=104。求闭环电压放大倍数Auf；如果，求。,解：(1),3.对放大电路输入电阻的影响,串联反馈：使Ri提高并联反馈：使Ri减小,与串联反馈还是并联反馈有关,4.对放大电路输出电阻的影响,电压反馈：使Ro减小电流反馈：使Ro提高,与电压反馈还是电流反馈有关,5.改善波形失真,加反馈前,加反馈后,大,略小,略大,略小,略大,负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，因此只能减小失真，而不能完全消除失真。,小,接近正弦波,正弦波,6.展宽通频带,引入负反馈使电路的通频带宽度增加,无负反馈,有负反馈,结论：,(1)要想稳定静态工作点，应引入直流负反馈。,(2)要想改善交流性能，应引入交流负反馈。,(3)要想稳定输出电压，应引入电压负反馈；要想稳定输出电流，应引入电流负反馈。,(4)要提高Ri，应引入串联负反馈；要减小Ri，应引入并联负反馈。,(5)要提高Ro，应引入电流负反馈；要减小Ro，应引入电压负反馈。,练习题：,运算放大器电路如图所示，RL为负载电阻，则RF1和RF2引入的反馈分别为()。(a)串联电流负反馈(b)并联电流负反馈(c)串联电压负反馈(d)正反馈,第七节集成运放在信号发生电路中的运用,正弦波信号发生器（正弦波振荡器）,用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。（从1Hz几百MHz),常用的有：,LC振荡电路：输出功率大、频率高。,RC振荡电路：输出功率小、频率低。,石英晶体振荡电路：频率稳定度高。,应用：无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。,一、自激振荡,放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和幅值的交流信号的现象。,开关合在“1”为无反馈放大电路,在反馈端有一反馈电压,开关打到“2”，去掉输入电压仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。,当时，,产生了自激振荡,1、自激振荡的条件,当时，,产生自激振荡的条件：,(1)相位条件：,(振荡电路必须是正反馈),振荡产生的首要条件,(2)幅度条件：,必须有足够的反馈量(可以通过调整Au或F达到)。,2.起振及稳幅振荡的过程,设：Uo是振荡电路输出电压的幅度，B是要求达到的输出电压幅度。起振时Uo0，达到稳定振荡时Uo=B。,起振过程中Uo1，,稳定振荡时Uo=B，要求AuF=1，,从AuF1到AuF=1，就是自激振荡建立的过程。,可使输出电压的幅度不断增大。,使输出电压的幅度得以稳定。,起始信号的产生：在电源接通时，会在电路中激起一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。,3.正弦波振荡电路的组成,(1)放大电路:放大信号,(2)反馈网络:必须是正反馈，反馈信号即是放大电路的输入信号,(3)选频网络:保证输出为单一频率的正弦波。,(4)稳幅环节:使电路能从AuF1，过渡到AuF=1，从而达到稳幅振荡。,二、桥式RC正弦波振荡电路,1、电路结构,放大电路,(同相比例运算电路),选频网络,反馈网络,稳幅环节,2、RC串并联网络的选频特性,令：,幅频特性：,相频特性：,当=o时，达最大值，且=0，与同相。即网络具有选频特性。,3、振荡条件,起振时，AuF1