序,运算放大器

1、1维修电工技师应会实训教案2序一 、试题 (共15题) 1、定数加 2、定数减 3、循环加 4、循环减3 5、输入DCBA小于等于6移位寄存器 6、输入DCBA小于等于8移位寄存器 7、电平扦测 同相3V-3.7V 8、电平扦测 反相2V-3.8V 9、定时计数文氏桥做振荡器10、定时计数555做振荡器411、电平平移12、四人抢答电路13、四声电路14、A/D转换（数/模）15、D/A转换（模/数）5 二、集成电路 (共16块芯片) 358 555 4011 4012 4013 4016 40175 4027 40192 40193 40194 4069 4547 0809 0832 16C

2、54C6三、数字电子技术与模拟电子技术数字电子技术: 被处理的信号不是连续变化的,仅为信号高低之分:或有无之分 灯亮 - 灯灭 ; 开关闭合 - 开关断开等。电路特点1被处理的信号是二进制数字信号2数字电路中的晶体管工作于开关状态,只有饱和与截止二种状态3数字电路中的输入与输出有着一定的逻辑运算关系7模拟电子技术: 被处理的信号在时间上是连续变化的。 压力信号子 温度信号 以运算放大器为基本单元电路8四、电平的概念:一种表示电量(电压;电流;或功率等)相对大小的参数通常指定某一电量值作为基准值,以其它参数值和基准值相比的对数值耒表示电平值。常用单位分贝,自然对数奈培。在学习过程中常会听到高低电

3、平之说,通俗一点讲以直流电源0V作为基准值:量得出电压称高电平,用“1” 表示 (接近VDD)量不出电压称低电平,用“0” 表示 (接近VSS)910 运算放大器及其应用运算放大器及其应用运算放大器的结构及其主要技术指标运算放大器的结构及其主要技术指标 集成电路是20世纪60年代发展起来的一种新型的电子器件，它是把三极管、电阻、电容等许多元件集成在一块半导体；硅片上制作出来的。用集成电路来代替分立元件电路不仅使得电路的尺寸大大缩小了，使电子设备做到微型化，而且极大地提高了电子设备的各 项技术经济指标及可靠性，因此，在计算机技术、自动控制、无线电技术及信息技术等各 个领域中得到了广泛的应用。集成

4、电路种类繁多， 在模拟电子技术中用得最多的集成电路是集成运算放大器。 11集成运算放大器实际上是一种直接合的多级放大器，具有极高的电压放大倍数。其输入级都是用差动放大器组成的，中间级电路一般具有很大的放大倍数，输出级一般用射极跟随器。为了改善电路的性能，目前的集成运算放大器内部电路已做得越来越复杂，对于我们来说去花大量的时间把它搞清楚是不必要的，作为集成运放的使用者，对集成运放的内部结构及技术指标有了一个大致的了解之后，重点应该是掌握它的使用方法。1213输入级: 输入阻抗高 能减小零点漂移 抑制干扰信号 常采用差动放大它有同相与反相 二个输入端中间级: 电压放大倍数高由共发射极与路组成14输

5、出级: 输出电阻小荷载能力强能输出足 大的电压和电流偏置电路: 为上述各级提供合适的偏置电流 决定各级的静态工作点,一般有 各种恒流源构成1516二、运算放大器的主要技术指标二、运算放大器的主要技术指标 1.开环差模放大倍数 A0d 指运放在没有反馈时的差模屯压放大倍数。习惯上运放的 A0d 值是用分贝数(dB)来表示的，表 1 为人分贝数与倍数的对照表，换算公式如下。 分贝数(dB)=20 lg倍数17表 1倍数0.1110100 100010000分贝数-2002040608018运放的开环差模放大倍数都很高，典型的运放FOO7开环差模放大倍数约在100dB以上，好的运放A0d可达140d

6、B。80dB放大倍数为10000倍2. 共模抑制比CMRR 习惯上也用分贝数表示，F007一般 在 80dB以上。193. 输入失调电压 Uio由于运放的放大倍数A0d极大，开环工作时即使输入为0，输出端的零漂还是十分严重的，输出级通常就工作在饱和区或截止区，输出电压接近为电源电压。此时为了使输出电压为0，需要在输入端加入一个微小的电压。调整这一电压的大小可以使输出电压为0，这一电压就称为“输入失调电压”，以符号 Uio 表示，显然Ui0越小就说明运放的零漂越小。F007的Ui0大约为210mV 左右，低零漂的运放Ui0可达1mV以下。204. 输入偏置电流IB与输入失调电流Ii0 运放的输入

7、端是差动放大器的基极，静态时两个输人端有一定的偏置电流，这两个偏置电流的平均值就是运放的输入偏置电流 IB，两个偏置电流之差就是运放的输入失调电流Ii0。输入失调电流太大会增大运放的零漂，FO07的输入偏置电流IB约为0.2A，输入失调电流与约 为0.050.1A。215. 失调电压的温度漂移Ui0/T与失调电流的温度漂移Ii0/T失调电压Ui0与失调电流Ii0是随着温度T的升高而增大的，温度每升高1，失调电压或失调电流的增大值就是失调电压或失调电流的温漂。FOO7的失调电压温漂Ui0/T约为2030V/。温漂值当然是越小越好。226. 输入电阻ri由于运放输入信号极其微小，所以输入级一般都可

8、用微电流源作为偏置以提高输入电阻。输入电阻一般都很大，F07的输入电阻约为2M。237. 最大差模输入电压Uidmax指两个输入端之间所能承受的最大电压，超过这一电压将可能使运放的输入端击穿，FO07约为30V。248. 最大共模输入电压Uicmax 指运放所能承受的最大共模电压，超过这一电压将使运放的共模抑制比显著下降，FOO7 约为13V 。25理想运算放大器的理想化条件1、开环放大倍数A0d 2、输入电阻ri3、输出电阻ro04，共模抑制比CMRR 26运算放大器的两种应用方式运算放大器的两种应用方式运算放大器的应用方式有线性应用与非线性应用两种。线性应用是指运算放文器工作在其特性的线性

9、区，运放内部的三极管都工作在放大区，运放的输入输出关系成线性关系。这种应用方式的基本电路有反相比例、同相比例、加法、差动、积分、27微分等各种运算电路。运放的非线性应用是指运算放大器工作在其特性的非线性区，运放内部的三极管都工作在饱和区或截止区，运放的输入输出关系为非线性关系。 28这种应用方式的基本电路是比较器，用比较器可以组成电平比较、波形变换以及波形发生等各种应用电路。由于运放具有极大的放大倍数，为了使它能工作在线性区，电路必须具有很深的负反馈才能正常工作，因此电路是否具有负反馈可以作为判别运放是线性应用还是非线性应用的依据。29运算放大器的线性应用运算放大器的线性应用在分析线性应用的运

10、放电路时，按照深度负反馈电路的分析方法，可以遵循两个原则： 一是运放的两个输入端的电位相等。这是因为运放本身的放大倍数极大，有限的输出量除以放大倍数得到的净输入量是极其微小的，因此可以认为运放两个输入端之间的净输入电压为0，或者说可以认为运放的两个输入端的电位是相等的。 30反相比例放大电路，如果以U- 表示反相端的电位、以U+表示同相端的电位，可以得出： U- = U+ 反相比例放大电路 这种情况称为“虚短”，意思是两个输入端犹如短路一样，其电位是相等的。当然这不是真正的短路，所以称为“虚短”。3132二是运放两个输入端的输入电流为0。这是因为运放的输入电阻很大，在极小的静输入电压作用下，可

11、以认为运放两个输人端的输入电流为0。以图所示的反相比例放大电路为例，可以认为： Ii=0 Ii=0按照这两个原则去分析以下所有的运放线性应用电路，就很容易得出其输入输出的运算关系了。33一、反向比例放大电路输入信号Ui经过电阻R1输入到运放的反相输入端，输出信号通过反馈电阻Rf反馈到反相输入端，运放的同相端通过电阻R2接地。这一电路的反馈组态按第一单元的方法判别可以确定是电压并联负反馈,按照运算放大器工作在线性区时的两个特点，运放的同相输入端接地， 电阻R2上又没有电流，因此同相输入端的电位U+为0，按照“虚短”的原则，反相输入端的电位U- 也应为0。由于0电位就是地电位。因此对于这一特殊情况

12、。 34 反向比例放大电路35可以把反相端的电位称之为“虚地”。同时，由于输入端的电流为0，可以得出以下结论： I1=If由此可得电路的闭环电压放大倍数：36由上式可见电路的放大倍数与运放本身的参数无关，仅仅取决于外接的反馈电路的元件参数。由于电路是深度电压负反馈，其输出电阻近似为零，从公式中也可以看出，无论电路是否带上负载，其电压放大倍数不变。37同相比例放大电路同相比例放大电路38三、加法运算电路三、加法运算电路39四、差动放大电路四、差动放大电路40五、五、 PID运算电路运算电路 P (英比例英比例P当头当头) I (英积分英积分I当头当头) D (英微分英微分D当头当头)41积分电路

13、电路的输出电压与输入电压对时间积分成正比422) 微分电路 仅在ui电压变化时才有输出，变化越快、则输出越大，电压极性取决于变化的方向。433) PI调节器在直流调速系统中的应用442.积分器的应用举例在自动控制系统中，积分器往往有两个输入端，两个输入端的电阻一般是相等的，其中一个接输入电压ui，另一个接反馈电压uf，如图所示。在负反馈情况下，这两个电压的极性总是相反的，因此电流Ii与If 的实际方向也总是相反的。当系统稳定时，反馈电压uf 与输入电压uf的绝对值相等，两个输入端的电流Ii与If也相等，积分电容上没有电流流过， 45积分器的输出电压就会维持在一个固定的数值上，系统就工作在某一稳

14、定状态下。当改变输入电压uf或系统由于外界的扰动(例如负载的变化) 使得系统的输出产生变动时，对应的反馈电压uf也会随之变化。这两个电压的绝对值不相等，Ii 与 If也不等，电容上就有电流流过，积分器的输出电压就会变动，使得积分器后级的控制电路(图中没有画出)也随之产生相应的变动，以调整系统的输出。 46例如在输出减小时，将使 ， 47情况正好相反，积分电容上的电流方向变反了，积分器的输出减小，使得系统的输出也随之减小，反馈电压 也会相应减小，直至 与 再次达到平衡，系统稳定为止。自动系统的工作原理，将在自动控制系统中作详细介绍。48运算放大器的非线性应用运算放大器的非线性应用 一、电平比较器一、电平比较器运放非线性应用的典型例子电平比较器，其电路如图 所示。运算放大区是开环使用的，运放的同相输入端接输入信号，反相输入端接参考电平。由于运放有极大的电压放大倍数，因此输入电压只要略大于参