电工学课件集成运算放大器ppt课件

1、1第第16章章 集成运算放大器集成运算放大器2主要内容集成运算放大器的简介集成运算放大器的简介运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在波形产生方面的应用运算放大器在波形产生方面的应用使用运算放大器应注意的几个问题使用运算放大器应注意的几个问题 16.1 集成运算放大器的简单介绍集成电路：集成电路： 集集 成成 度：度：SSISSI、MSIMSI、LSILSI、 VLSI VLSI （ASIASI） 导电类型：双极型、单极型导电类型：双极型、单极型 兼容型兼容型 信号类型：数字、模拟、混合信号类型：数字、

2、模拟、混合 优优 点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高模拟集成电路：集成运算放大器、集成功率 放大器、集成稳压电源、集成数模转 换电路 3;.416.1.1 集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点 尽量避免使用电容。尽量避免使用电容。输入级采用差动放大电路。输入级采用差动放大电路。电阻值大致为电阻值大致为100 30k30k。二极管都采用三极管构成。二极管都采用三极管构成。 516.1.216.1.2 电路的简单说明电路的简单说明 一、运放构成输入级中间级偏置 电路输出级输入端输出端输 入 级：由差放构成由差放构成。可减小零点漂移和抑制干扰。中 间 级：共

3、射放大电路共射放大电路。用于电压放大。输 出 级：互补对称电路互补对称电路。降低输出电阻，提高带载 能力。偏置电路：由恒流源电路构成。确定运放各级的静态 工作点。6 在制造工艺上，运放中很难制造电感、电容元件，所以需要时一般都采取外接的方法。制造电阻比较容易，而制造晶体管却最容易。运放举例：LM741 LM741 1 2 3 48 7 6 5 741761432582 2反相输入端反相输入端 出于集成化的原因及放大缓变信号和直流信号的需要，运放各级之间均采用直接耦合的方式。6 6输出端输出端3 3同相输入端同相输入端4 4负负电源端电源端7 7正正电源端电源端8 8闲置端闲置端（NC）1 1、

4、5 5接调零电位器接调零电位器7二、运放特点二、运放特点 开环电压放大倍数高(104-107)； 输入电阻高（约几百K）； 输出电阻低（约几百）； 漂移小、可靠性高、体积小、 重量轻、价格低 。816.1.3 16.1.3 主要参数主要参数1 1、最大输出电压、最大输出电压U UOPPOPP能使输出电压与输入电压保持不失真关系的最大输出电压。2 2、开环电压放大倍数、开环电压放大倍数A Auouo没有外接反馈时所测出的差模电压放大倍数。3 3、输入失调电压、输入失调电压U Uioio为使输出等于零而在输入端加的微小补偿电压。（调零工作已由调零电位器来完成，如前所述）94 4、输入失调电流、输入

5、失调电流I Ii i当输入信号为零时，两个输入端的静态基极电流之差。其值愈小愈好。一般在零点零几微安级。5 5、输入偏置电流、输入偏置电流I IiBiB当输入信号为零时，两个输入端的静态基极电流的平均值，其值愈小愈好。一般在零点几微安级。6 6、最大共模输入电压、最大共模输入电压U UiCM iCM 运放对共模信号具有抑制的性能，但这个性能是在规定的共模电压范围内才具备。如超出这个电压，运放的共模抑制能力就大为下降，甚至造成器件损坏。103）开环输出电阻 ro02）差模输入电阻 rid 4）共模抑制比 KCMRR 理想化条件理想化条件：1）开环电压放大倍数 Auo +-u-u+uo理想运放电路

6、模型16.1.4 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据 11 实际运放的参数指标很接近理想化条件，故用理想运放代替实际运放所引起的误差并不严重，在工程上是允许的。 右图所示为运放输入和输出电压的关系曲线，称为传输特性。从图中看到，实际运放的传输特性与理想运放比较接近。o+Uo(sat)-Uo(sat)实际特性理想特性u+ - u-运算放大器的传输特性12虚地虚地虚断虚断虚短虚短o+Uo(sat)-Uo(sat)实际特性u+ - u-线性区饱和区饱和区 从运放的输入特性看，可分为线性区和饱和区，运放在不同区工作时的分析方法不同：线性区线性区： u uo o=A=Auouo(u(u

7、+ +-u-u- -) )r rid id ，故，故两输入端的输入电流为零。 A Auouo ，u uo o为有限值，为有限值，故故 u u+ +-u-u- -=u=uo o/A/Auouo0 0 即即 u u+ + u u- -分析依据分析依据当有信号输入时当有信号输入时，如同相端接地，即，如同相端接地，即u u+ +=0 =0 则则 u u- - 0 0虚短虚短13饱和区：饱和区： u uo oAAuouo(u (u+ +-u-u- -) )当当u u+ + uu- - 时时,u ,uo o= =u uo(sat)o(sat) 当当u u+ + uR425P123习题16.2.10 解：2

8、21121o)/1 (iFiFFuRRuRRuRRRuVu5 . 52211215 . 3)111 (oVRRRuRuuii5 . 311434433用结点电压法求u+26 运放除了能完成信号的运算，还能完成信号滤波、采样保持及比较等处理工作。16.316.3 运放在信号处理方面的应用运放在信号处理方面的应用16.3.1 16.3.1 有源滤波器有源滤波器 滤波器是一种选频电路选出有用信号，而抑制无用信号，使一定频率范围内的信号能顺利通过，衰减小；而在此频率范围以外的信号不易通过，衰减大。按选择频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通和带阻等。 将由RC组成的无源滤波器再接到运算放大器的输

9、入端构成有源滤波器（因运放是有源器件），性能会得到较大的改善：体积小、效率高、频率特性好等。27uiuo +-RC有源低通滤波器ucRFR11. 1. 有源低通滤波器有源低通滤波器CjCjRUUUic11RCjUi1URRUFo)1 (1011/1/11/1jRRRCjRRUUAFFioufRCfRC21100或20ufAo0 幅频特性20/111 RRFufA28时当0 11RRAFuf22101ufFufARRA时当 称为截止频率0 20ufAo0 幅频特性292. 有源高通滤波器有源高通滤波器 +R1RFRCuiu0 )(jT0ufA021ufA00由由RC电路得出：电路得出：RCjUU

10、CjRRUii11130URRUF)1(10011011111jRRRCjRRUUFFi故故00010111)()()(jAjRRjUjUjTufFi31200)(1)(ufAjT其模为：其模为：0)(arctn幅角为：幅角为：000)(2)(0)(0ufufAjTAjTjT时：时：时：3216.3.2 采样保持电路采样保持电路 当输入信号变化较快时要求输出信号能快速而准确地跟随输入信号的变化进行间隔采样。在两次采样之间保持上一次采样结束时的状态。采样保持技术常用于数字电路、计算机和程序控制等装置中。uiuo +-RC采样保持电路ucR1S控制信号ououi采采样样保保持持t输入输出波形331

11、6.3.3 电压比较器电压比较器uRuo +-R2电压比较器R1ui 运放工作于开环状态，运放工作于开环状态，u uR R是参考电压，当输入与是参考电压，当输入与参考电压有微小差值时，输出信号便会达到饱和，即参考电压有微小差值时，输出信号便会达到饱和，即运放工作于非线性运放工作于非线性饱和区。饱和区。 参考电压等于零时，称为过零比较器。参考电压等于零时，称为过零比较器。Uo(sat)-Uo(sat)o传输特性uouiuR电压传输特性电压传输特性阈值电压阈值电压(门限电平门限电平)：输出跃变所对应的输入电压。：输出跃变所对应的输入电压。 uiuoOURURuouiR2+ R1+可见，在可见，在

12、ui =UR 处输出电压处输出电压 uo 发生跃变。发生跃变。参考电压参考电压34;.35uitOUROuot +Uo (sat) Uo (sat)t1t2 当当 ui 单方向变化时，单方向变化时， uo 只变化一次。只变化一次。URuouiR2+ R1+电压传输特性电压传输特性uiuoOUR36ui UR，uo=+ Uo (sat)ui UR，uo= Uo (sat)URuouiR2+ R1+uiuoURR2+ R1+ uiuoOUR电压传输特性电压传输特性uiuoOUR37URuouiR2+ R1+uiuoURR2+ R1+Ot +Uo(sat) Uo(sat)uouitOUROuot +

13、Uo (sat) Uo (sat)t1t2UZ UZuoRDZURuouiR2+ R1+电压传输特性电压传输特性 Uo(sat) +Uo(sat)uiuoOUR38;.tuituo+Uo(sat)Uo(sat)URuouiR2+ R1+39;.40滞回比较器滞回比较器41分析：分析： 当输出为当输出为+UZ时时 称为上限阈值电压；称为上限阈值电压； 当输出为当输出为-UZ时时称为下限阈值电压称为下限阈值电压 。)(322322ZOURRRuRRRuTZUURRRu322TZUURRRu32242窗口比较器窗口比较器43;.44;. o(sat)2 1 2RURRRU o(sat)2 1 2RURRRU45;.RU RU46;.47;.A1：滞回比较器：滞回比较器 因因 u- = 0 ，所以当，所以当 u+ = 0时时，A1状态改变状态改变0o2111o2121 uRRRuRRRu当当 时时，即即当当 Z121o12oURRuRRu Cuo1R3DZR2+ R6uoR5R4+ A2A1R1