第9章-理想运算放大器的分析与应用.ppt

,问题：集成运算放大器的由来？如何判断电路是否是运算电路？有哪些基本运算电路？怎样分析运算电路的运算关系？如何分析集成运算放大器？集成运算放大器有哪些应用？,第9章集成运算放大器的分析及应用,第9章集成运放的分析及应用,9.1集成运算放的组成及基本特性9.2运放的线性应用及理想运放模型9.3基本运算电路9.4电压比较器9.5波形发生器(略)9.6集成运放的其他应用电路（略）小结,9.1集成运算放的组成及基本特性,一、概述二、集成电路的基本结构三、模拟集成运放的典型电路,1）通用集成电路2）模拟信号处理电路3）控制系统专用集成电路，如电机控制电路、可控硅控制电路等.4）通信系统专用集成电路，如电话电路、无线通信电路、交换专用电路等。5）测试系统专用集成电路，ATE电路、信号变换和处理电路等。6）仪器专用电路等。,9.1集成运算放大器的组成及基本特性,1.模拟集成电路分类按照应用领域进行分类：,一、概述,按照电路的功能进行分类1）运算放大器2）模拟乘法器（除法器）3）对数放大器4）函数发生器5）滤波器6）压控振荡器7）集成功率放大器8）集成稳压电源,一、概述(续）,9.1集成运算放大器的组成及基本特性,集成电路,通用型,专用型,按照集成电路分类,1集成电路的基本结构,二集成电路的基本结构,二集成电路的基本结构(续）,2模拟集成电路组成,输入级,中间级,输出级,偏置电路,组成：运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造的高增益放大器，它的组成框图如图所示。,运放组成,差放输入级,中间放大级,低阻输出级,恒流源偏置,U+,U-,Uo,三、模拟集成运放的典型电路,运放旧符号,运放国标符号,1.输入级:高性能的差动放大电路。运放有两个输入端，一个称为同相输入端，即输出与该端输入信号相位相同，用符号U表示；另一个称为反相输入端，即输出与该端输入信号相位相反，用符号U表示。,4.恒流源偏置：可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。,3.低阻输出级：由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅功率放大器。,2.中间放大级：提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。多为差动电路和带有源负载的高增益放大器。,差放输入级,中间放大级,低阻输出级,恒流源偏置,U-,U+,运放组成,集成运放F007的电路原理,2单极型集成运放,第一级是以P沟道管T3和T4为放大管、以N沟道管T5和T6管构成的电流源为有源负载。,第二级是共源放大电路，以N沟道管T8为放大管，漏极带有源负载。,9.1.2集成运算放大器的主要参数,集成运放的性能指标-主要参数如下：,1电源电压2开环差模电压增益AUd3共模抑制比KCMR4差模输入电阻rid5输入失调电压Uos6输入失调电压的温漂dUos/dT7输入失调电流Ios,8输入失调电流的温漂dIos/dT9输入偏置电流IB10最大共摸输入电压Uic,max11最大差模输入电压Uid,max12-3dB带宽13单位增益带宽BWG-fT14转换速率SR(摆率)|duo/dt|max,9.1.3线性应用及理想运放模型,一、线性应用和非线性应用二、理想运放模型,9.1.3线性应用及理想运放模型,运放模型分类,按精度分类,理想模型,非理想模型,运放宏模型,按功能分类,直流模型,交流小信号模型,大信号模型,噪声模型,9.1.3线性应用及理想运放模型（续）,运放分析特点：芯片内部分析复杂、外部特征特征分析简单。,运放分析内容,传输特性(输入与输出信号关系特性),频域特性时域特性温度特性噪声特性,主要分析内容,1.线性应用：运放输入输出成线性关系的应用。闭环应用，如“运算电路”、“有源滤波电路”等。,一、线性应用和非线性应用,2.非线性应用：运放输入输出成非线性关系的应用。开环应用，如比较器。,输入,输出,输入,输出,电压放大器,电压比较器,二、理想运放模型,1.理想运放的性能,1)开环电压增益Aud=;2)输入电阻Rid=;3)输出电阻Ro=0;4)频带宽度F=;5)共模抑制比CMRR=;6)失调、漂移和内部噪声为零。,主要条件,条件较难满足，可采用专用运放来近似满足。,二、理想运放模型（续）,1）同相端与反相端呈开路状态。2）输出回路为一受控电压源AUd(U+-U-)，由于输出电阻ro=0,所以Uo=AUd(U+-U-)。,2.理想运放模型,1、集成运算放大器的转移特性:,输入差模电压的线性工作范围很小（一般仅十几毫伏），所以常将特性理想化,2、运放线性工作的保障:,两输入端的电压必须非常接近，才能保障运放工作在线性范围内，否则，运放将进入饱和状态。运放应用电路中，负反馈是判断是否线性应用的主要电路标志。,集成运算放大器的线性应用,运放的输出幅度有限（比电源低2V左右）;运放的开环电压增益一般10000;,3.线性运用状态时主要特征,1.理想运放的同相和反相输入端电流近似为零，称虚断。,I+=I-0,2.理想运放的同相和反相输入端电位近似相等，称虚短。,U+=U-,Rid,虚断,虚短,在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。,虚地,如将运放的同相端接地U+=0，则U-=0,即反相端是一个不接“地”的“地”，称为“虚地”。,虚地点对地的电阻为“0”,由于理想运放的输入电阻非常高，输入端电流近似为0，在分析处于线性状态运放时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。,U+-U-=Uo/AU0,-,U-,I-,+,U+,I+,+,-,AUd(U+-U-),运放应用电路中，负反馈是判断是否线性应用的主要电路标志。,4.饱和工作状态时特征（非线性工作状态）,1)理想运放的同相和反相输入端电流近似为零,2)当U+U-时，Uo为正饱和值；当U+U-时，Uo为正饱和值；当U+U-时，Uo为负饱和值。,闭环运放的两种基本电路1.反相放大器：它实质上是一个电压并联负反馈放大器，主要特点是反相输入端呈“虚地”。电压增益:AUf-RfRl式中，Rf是反馈电阻，R1是反相输入端电阻。反相放大器的输入电阻rif=R1，输出电阻rof=0。2.同相放大器：它实质上是一个电压串联负反馈放大器，电压增