第10章集成运算放大器ppt课件

1、第第1010章章 集成运算放大器集成运算放大器10.1 集成运算放大器简介集成运算放大器简介10.2 运算放大器的基本运算电路运算放大器的基本运算电路10.3 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本章要求：本章要求：第第1010章章 集成运算放大器集成运算放大器了解集成运算放大器的内部结构；了解集成运算放大器的内部结构；掌握理想运算放大电路的基本分析要领；掌握理想运算放大电路的基本分析要领；掌握运算放大器在算术运算方面的基本电掌握运算放大器在算术运算方面的基本电路、计算及应用。路、计算及应用。 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多集成运算放大器是一种具有很高放大倍数

2、的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。一种模拟集成电路。按集成度按集成度按导电类型按导电类型按功能按功能小、中、大和超大规模小、中、大和超大规模双、单极性和两种兼容双、单极性和两种兼容数字和模拟数字和模拟各类型号集成芯片10.1.1 集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点 1. 元器件参数的一致性和对称性好；元器件参数的一致性和对称性好； 2. 电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流源代替，电位器需外接；源代替，电位器需外接； 3. 电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电电容的

3、容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感容、电感 和变压器均需外接；和变压器均需外接； 4. 二极管多用三极管的发射结代替。二极管多用三极管的发射结代替。10.1.2 电路的简单说明电路的简单说明输入级输入级 中间级中间级 输出级输出级偏置偏置电路电路运算放大器方框图运算放大器方框图 输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差分放大器扰信号，都采用带恒流源的差分放大器 。 中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。的共发射极放大电路构成。 偏置电路偏置电路:

4、由各种恒流源电路组成由各种恒流源电路组成 输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载输出级：与负载相接，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。能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。 15VI3430PfR8 15VUi1IET1T3T7T5R1R2 R3T4T6T2I82IB9T8IC9T9IB13IB122IB13T13IRR5R6T15R7D2D1T16T17T18T19T14R9T10T11R4I10Ui2F007的内部电路图 反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端+UCCUEEuo+uu +Auo信号传信号传输方向输方向输出端输出端实际运放开环实际运

5、放开环电压放大倍数电压放大倍数(a)(b)(a) 符号符号; (b)引脚引脚 7 6 5 F0071 2 3 4 U-U+ -UCC+UCC 输出输出集成运放集成运放 741的电路原理图的电路原理图同相输入同相输入输入级输入级偏置电路偏置电路中间级中间级输出级输出级+UCCuo+-UEE-UEET12T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T13T14T16T18T17T20T15T19R1R2R3R4R5R7R8R9R10R11R12C反相输入反相输入输出输出10.1.3 主要参数主要参数 1. 最大输出电压最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。能使输出

6、和输入保持不失真关系的最大输出电压。 2. 开环电压放大倍数开环电压放大倍数 Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。 6. 最大共模输入电压最大共模输入电压 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。 3. 输入失调电压输入失调电压 UIO 4. 输入失调电流输入失调电流 IIO 5. 输入偏置电流输入偏置电

7、流 IIB1. 开环电压放大倍数开环电压放大倍数 2. 开环输入电阻开环输入电阻3. 开环输出电阻开环输出电阻4. 共模抑制比共模抑制比 由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化, 为此为此,后后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。10.1.4 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 ouA idr0or CMRRK 在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是

8、理想的运算放大器。理想化的主要条件：想的运算放大器。理想化的主要条件：1. 理想运放理想运放线性区：线性区：uo = Auo(u+ u)非线性区：非线性区：u+ u 时，时， uo = +Uo(sat) u+ u 时，时， uo = + Uo(sat) u+ 0 ui = Ui 0时，时，| T(j)| 衰减很快衰减很快 显然，电路能使低于显然，电路能使低于0的的信号顺利通过，衰减很小，信号顺利通过，衰减很小，而使高于而使高于0的信号不易通的信号不易通过，衰减很大，称一过，衰减很大，称一 阶有源阶有源低通滤波器。低通滤波器。 为了改善滤波效果，为了改善滤波效果，使使 0 时信号衰减时信号衰减得

9、更快些，常将两节得更快些，常将两节RC滤波环节串接起来，组滤波环节串接起来，组成二阶有源低通滤波器。成二阶有源低通滤波器。uoRFCR+ R1+ui+RC一阶一阶二阶二阶 幅频特性幅频特性f021uA 0| Auf0 | T(j) | O 01F1Fioj11j111 RRRCRRUUi1jUCRRU URRU)(11Fo频率频率角角称为截止称为截止RC1: 式中0 uiuoRFCR+ R1+设输入为正弦波信号，则有设输入为正弦波信号，则有故：故： 可见，电路使频率大于可见，电路使频率大于0 的信号通过的信号通过 ，而小于，而小于0 的信号被阻止，称为有源高通滤波器。的信号被阻止，称为有源高通

10、滤波器。 ,0时时当当 ,时时当当 20f0)(1)(j uATf0)(juAT 0)(j T 01Fioj11)(j)(j)(j RRUUT 0f0j1 uA其模为其模为,0时时当当 2)(jf0uAT 幅频特性幅频特性f021uA 0| Auf0 | T(j) | O SuC+ui+uo+ 模拟开关模拟开关模拟输入信号模拟输入信号 采样保持电路，多用于模采样保持电路，多用于模 - 数转换电路数转换电路A/D之之前。由于前。由于A/D 转换需要一定的时间，所以在进行转换需要一定的时间，所以在进行A/D 转换前必须对模拟量进行瞬间采样，并把采样值保转换前必须对模拟量进行瞬间采样，并把采样值保存

11、一段时间，以满足存一段时间，以满足A/D 转换电路的需要。转换电路的需要。采样存储采样存储电容电容控制信号控制信号电压跟随器电压跟随器uitouGto采样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。采样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。 SuC+ui+uo+ 运放工作在开环状态或引入正反馈。运放工作在开环状态或引入正反馈。1. 输出只有两种可能输出只有两种可能 +Uo (sat) 或或Uo (sat) 当当 u+ u 时，时， uo = + Uo (sat) u+UR，uo=+ Uo (sat)ui UR， uo= +UOM，T 导通。 KA 动作，切断电源。 温度未超过规定值，Ui 1M)引起自激的补偿方引起自激的补偿方法，图法，图(b)中