电工学简明教程11运算放大器.ppt

第11章运算放大器,第11章运算放大器,11.1运算放大器的简单介绍,11.2放大电路中的负反馈,11.3运算放大器在信号运算方面的应用,11.4运算放大器在信号处理方面的应用,11.5运算放大器在波形产生方面的应用,11.6使用运算放大器应注意的几个问题,第11章运算放大器,分立电路是由各种单个元件连接起来的电子电路。,集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低。,集成电路分类,集成电路是把整个电路的各个元件以及相互之间的连接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分的整体。,按集成度,按导电类型,按功能,小、中、大和超大规模,双、单极性和两种兼容,数字和模拟,第11章运算放大器,集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接耦合放大器。,用于模拟运算、信号处理、信号测量、波形转换、自动控制等领域。,本章主要讨论分析运算放大器的依据及其在信号运算、信号处理、波形产生方面的应用，并介绍放大电路中的负反馈。,11.1运算放大器的简单介绍11.1.1集成运放的组成,11.1.1集成运放的组成,输入端,输出端,输入级差分放大器,输出级射极输出器或互补对称功率放大器,偏置电路由镜像恒流源等电路组成,运算放大器的符号,输出端,实际运放开环电压放大倍数,11.1.2主要参数,1最大输出电压UOPP,2开环电压Auo,3输入失调电压UIO,4输入失调电流IIO,5输入偏置电流IIB,6共模输入电压范围UICM,11.1.3理想运算放大器及其分析依据,在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理想的运算放大器。理想化的主要条件：,1开环电压放大倍数Auo,2开环输入电阻rid,3开环输出电阻ro0,4共模抑制比KCMR,由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，而用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化，因此后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。,11.1.3理想运算放大器及其分析依据,实际运放电压传输特性,表示运算放大器输出电压与输入电压之间关系的曲线称为传输特性。,Uo(sat),Uo(sat),Uim,Uim,线性区,正饱和区,负饱和区,若Auo=106,Uo(sat)=15V,则UIM=0.015mV,运放要工作在线性区必须有负反馈。,uO=Auo(u+u),理想运放电压传输特性,11.1.3理想运算放大器及其分析依据,Uo(sat),Uo(sat),Uim,Uim,线性区,正饱和区,负饱和区,因为理想运放Auo,开环电压放大倍数,所以，当u+u时，uO=+Uo(sat),u+u时，uO=+Uo(sat),u+UR，uO=+UOM，T导通。KA动作，切断电源。,温度未超过规定值，uIUR，uO=UOM，T截止。KA不动作。,KA,电压传输特性,uO,O,Uo(sat),Uo(sat),例2电路如图所示，ui是一正弦电压，画出uO的波形。,Uo(sat),Uo(sat),R1,R2,ui,uO,+,+,C,D,RL,R,解运放为同相输入过零电压比较器。,t,Uo(sat),Uo(sat),各电压波形如右图所示。,11.5运算放大器在波形产生方面的应用11.5.1RC正弦波振荡电路,1自激振荡的条件,11.5.1RC正弦波振荡电路,电路中无外加输入电压，而在输出端有一定频率和幅度的信号输出，称这种现象为电路的自激振荡。,S,当S合于1时，,开环电压放大倍数,则输出电压保持不变。,反馈系数,又,所以自激振荡的条件是：,若,当S合于2时，,11.5.1RC正弦波振荡电路,(1)相位条件：,即,(2)幅度条件：,即=A+F=2n(n=0，1，2，),自激振荡的条件：,反馈电压与输入电压的大小相等；,Uim,Uom1,Ufm1,Uom2,A,自激振荡的建立过程,2振荡的建立和稳定,振荡建立时应满足：,即,S,A,ud,ui,uo,1,2,F,微小的扰动起始信号,不断通过放大反馈再放大再反馈，使Uom不断增大，一直到达交点A时，稳定下来。,振荡稳定,不能振荡,+-,+-,+-,+uf-,(2)选频电路,选频电路,其电压放大倍数为,(1)放大电路,由集成运放构成的同相比例运算电路。,由RC串并联电路组成，它也是正反馈电路。,u+,3RC正弦波振荡电路,3RC正弦波振荡电路,若要与同相，上式分母的虚部应为零,这时,同相比例运算的电压放大倍数为,可见，当RF=2R1时，|Au|=3|AuF|=1,即,uo,3RC正弦波振荡电路,在特定频率,ui和uo同相，即RC串并联电路具有正反馈和选频作用，ui和uo为正弦波。,时，,|AuF|=1电路将等幅振荡；,若RF3,|AuF|1电路起振后，振幅越来至饱和；,所以，振荡时应满足RF=2R1。,起振时应满足|Au|3即RF2R1。,若RF=2R1，则|Au|=3,4RC正弦波振荡电路稳幅措施,(1)用热敏电阻稳幅,起振时由于温度低，RT2R1。,振荡后温度增加RT减少到等于2R1。,(2)用二极管稳幅,用具有负温度系数的热敏电阻RT代替RF。,5振荡频率的改变,由,可知,改变R、C或同时改变RC都可改变振荡频率。,11.5.2矩形波发生器,图示电路中,uC和uO的波形,11.6使用运算放大器应注意的几个问题11.6.111.6.4,11.6.1选用元