集成运算放大器ppt

1、下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用16.3 运算放大器在信号处理方面的应用16.4 运算放大器在波形产生方面的应用下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页集成运算放大器：集成运算放大器：是一种是一种高放大倍数、高输入高放大倍数、高输入 电阻、低输出电阻电阻、低输出电阻的直接耦的直接耦合放大电路合放大电路电路方框图电路方框图中间级中间级输入级输入级输出级输出级偏置电路偏置电路 输出级主要提高带负载能力，给出输出级主要提高带负载能力，给出足够的输出电流足够的输出电流io ，输出阻抗

2、，输出阻抗 ro小。小。中间级应有足够大的电压放大倍数中间级应有足够大的电压放大倍数尽量减小零点漂移尽量减小零点漂移,尽量提高尽量提高KCMRR , 输入阻抗输入阻抗 ri尽可能大尽可能大16.1 16.1 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页电路方框图电路方框图中间级中间级输入级输入级输出级输出级偏置电路偏置电路输出级主要提高带负载能力，给出输出级主要提高带负载能力，给出足够的输出电流足够的输出电流io ，输出阻抗，输出阻抗 ro小。小。中间级应有足够大的电压放大倍数中间级应有足够大的电压放大倍数下一页下一页总目录总目录

3、章目录章目录返回返回上一页上一页电路方框图电路方框图中间级中间级输入级输入级输出级输出级偏置电路偏置电路 输出级主要提高带负载能力，给出输出级主要提高带负载能力，给出足够的输出电流足够的输出电流io ，输出阻抗，输出阻抗 ro小。小。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页F007F007（5G245G24）外引线图）外引线图 反相反相输入端输入端 同相同相输入端输入端输出端输出端A Ao o1 11 15 54 43 32 26 67 7+15V+15V-15V-15V接接 线线 图图顶顶 视视 图图CCVEEVOUTININ下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上

4、一页上一页 ri 高高:几十几十k 几百几百k 运放的特点：运放的特点：理想运放：理想运放： ri KCMRR很大很大KCMMRR ro 小：几十小：几十 几百几百 ro 0 A o 很很大大:104以上以上 107Ao 运放的特点和符号运放的特点和符号运放符号：运放符号： u u+ uo A0 u u+ uo A0 u u+ uo 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页运算放大器的传输特性运算放大器的传输特性)(ioufu+UO(sat)-UO(sat)线性区线性区饱和区饱和区饱和区饱和区uuou)(uuAuuoo线性区很线性区很窄窄, ,所以所以运放在线运放在线性区工作

5、性区工作, ,通常引入通常引入深度电压深度电压负反馈负反馈下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页16.2 16.2 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(1) 反相比例运算放大器反相比例运算放大器_+ + RFR1RPuiuoi1iFib-ib+虚地点虚地点i1=iF+ ib-=iF , ib- =0 ib+ =0u+ =0 u=u+=0平衡电阻平衡电阻( (使输入端使输入端对地的静态电阻相对地的静态电阻相等等):R):RP P=R=R1 1/R/RF F2o1iRuRu F电压放大倍数电压放大倍数:1210uRRuuA iF动画动画下一页下一页总目

6、录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页_+ + RFR1RPuiuoi1i2ib-ib+例题例题1. R1=10k , RF=20k , , ui =-1V=-1V。求。求: :uo ，RP应为多大？应为多大？Au=-（RF/R1）=-20/10=-2uo= Au ui=(-2)(-1)=2VRP=R1/RF=10/20=6.7 k 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页反相比例运算放大器反相比例运算放大器输入电阻及反馈方式：输入电阻及反馈方式：ri=R1输入电阻输入电阻(小小):uo_+ + RFR1RPuii1iFib-ib+反馈电阻反馈电阻反馈式：反馈式：电压并联

7、负反馈电压并联负反馈i1=iF+ ib- ib-= i1-iF动画动画下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页(2) 同相比例运算放大器同相比例运算放大器u-= u+= uiib+ =0ib- =0_+ + RFR1RPuiuoiFi1Au=1+RFR1iF=i1R RP P=R=R1 1/R/RF F1i2ioRuRuu F1i12ou)RR1(u F1)动画动画下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页_+ + RFR1RPuiuoiFi1例题例题2. Rf=10k , RF=20k , , ui =-1V=-1V。求。求: :uo ，RP应为多大？应为多

8、大？uo= Au ui=(3)(-1)=-3VRP=R1/RF =10/20=6.7 k Au=1+ =1+20/10=3RFR1下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页电压串联负反馈电压串联负反馈同相比例运算放大器同相比例运算放大器输入电阻及反馈方式：输入电阻及反馈方式：_+ + RFR1RPuiuo输入电阻输入电阻(高高)输入电压输入电压:u+- u- = ui - uo R1R1 +RF下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页_+ + RFRfRPuiuoAu=1+RFRf当当RF=0时时,Au=1uo=ui(3) 电压跟随器电压跟随器此电路是电压并此

9、电路是电压并联负反馈，输入电联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，阻大，输出电阻小，在电路中作用与分在电路中作用与分离元件的射极输出离元件的射极输出器相同，但是电压器相同，但是电压跟随性能好。跟随性能好。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页(4) 差动放大器差动放大器_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1)uu(RRu1i2i12o ib+ =0ib- =0ui2R2 R1 + R2 u+ =u- = u+ u- =uo R1 + ui1 R2 R1 + R2 uo R1 + ui1 R2 R1 + R2 ui2R2 R1 + R2 =动画动画下一页下一页总目录总目录 章

10、目录章目录返回返回上一页上一页以上电路的比较归纳：以上电路的比较归纳：1.它们都引入电压负反馈，因此输出电它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小。阻都比较小。2.关于输入电阻关于输入电阻 反相输入的输入电阻小，反相输入的输入电阻小， 同相输入的输入电阻高。同相输入的输入电阻高。3.以上放大器均可级联以上放大器均可级联,级联时放大倍数级联时放大倍数分别独立计算。分别独立计算。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页例题例题3. R1=10k , R2=20k , , ui 1=-1V=-1V， ui 2=1V =1V 。求求: :uo uo_+ + R2R1R1R2ui1_

11、+ + ui2_+ + R2R1RPuo= (uo2- uo1)=(20/10)3-(-1) =8VR2R1uo1= ui1=-1Vuo2= ui2(1+R2/R1)=3V下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页例题例题3. 若若ui1=sin t V， ui 2=1V =1V ，求，求: :uo uo1= ui1= sin t Vuo2= ui2(1+R2/R1)=3Vuo= (uo2 - uo1)=(20/10)(3- sin t )=6 - 2 sin t VR2R1下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页(5) 反相求和算：反相求和算：_+ + RF

12、R1R2ui2uoRPui1i1i2iF虚地虚地uo =-(ui1 R1 RF +ui2 R2 RF )若若R1 =R2 =R, uo = -(ui1 R RF +ui2 )取取RP= R1/ R2/RFuo_+ + RFR1RPui0uu ib+ =0ib- =0,i1 + i2= iFui1 R1 =ui2 R2 +-uo RF 动画动画下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页(6) 同相求和运算：同相求和运算：Au= RFRf1+uo = Au u+ =( )( + ) RFR11+R2 R1 + R2 ui1R1 R1 + R2 ui2取取R1/R2=RF/Rf当当R

13、1 = R2 时时, uo = ( )(ui1 + ui2)RFR11+12R1RF+u i1uoR1R2ui2-u+ _+ + RFR1RPuiuo下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页(7) 微分运算：微分运算：u-= u+= 0RuioF dtduCii1 F1ii dtduRCuio u i+uoRR2i1iFCib- =0下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)90tsin(RC tcosRCuo tui0tuo0tsinui 例：例：,求求uo。dtduRCuio u i+uoRR2i1iFC90下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回

14、上一页上一页(8) 反相积分运算反相积分运算Ruii1 dtduCioF dtuRC1uioF1ii i1iFu i-+RRPCuoucuc = -uoib+ =0ib- =0,iF =Cducdt-CduodtuiR=u-= u+= 0下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页反相积分器：反相积分器：如果如果u i=直流电压直流电压U,输出将反相积分，输出将反相积分，经过一定的时间后输出饱和。经过一定的时间后输出饱和。 t0oUdtRC1utui0UMomUTRC1U URCUTomM tuo0-UomTM积分时限积分时限 dtuRC1uio= t URC设设Uom=15V,

15、U=+3V, R=10k ,C=1 ,C=1 F F=0.05秒秒下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 dtuRC1uio反相积分器：反相积分器：如果如果ui =-U=-3V，画出，画出uo的波形图。的波形图。tui0tuo0+Uom-U t0o(-U)dtRC1u= t URC0.05秒秒设设Uom=15V,U=3V, R=10k ,C=1 ,C=1 F F下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页应用举例：输入方波，输出是三角波。应用举例：输入方波，输出是三角波。tui0tuo0下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页运算电路要求运算

16、电路要求1.熟记前熟记前8种基本运算电路的电路图及放大倍种基本运算电路的电路图及放大倍数公式。数公式。2. 以上基本运算电路级联后输出的计算。以上基本运算电路级联后输出的计算。3. 会用会用 ib- =0, ib+ =0, u+ = u- 分析给定运算电分析给定运算电路的路的 放大倍数。放大倍数。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 16.3 16.3 运算放大器在信号处运算放大器在信号处 理方面的应用理方面的应用滤波电路的种类滤波电路的种类:按信号性质按信号性质: 模拟滤波器模拟滤波器和数字滤波器和数字滤波器按电路功能按电路功能: 低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波

17、器带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器按所用元件按所用元件: 无源滤波器和无源滤波器和有源滤波器有源滤波器16.3.1、 概述概述按阶数按阶数: 一阶一阶,二阶二阶 高阶高阶 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)j (Ui )j (Uo 传递函数：传递函数：ioioioUU)j (U)j (U)j (T ioUU)j (T 幅频特性幅频特性io)( 相频特性相频特性filter传递函数、幅频特性传递函数、幅频特性下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页滤波器分类滤波器分类(按频率特性进行分类按频率特性进行分类)： ioUU ioUU ioUU io

18、UU低通低通高通高通带通带通带阻带阻下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页RCR一阶一阶RC低通滤波器低通滤波器(无源无源)iU oU RC10 j1Rj1UUioRCj11 0j11 CC0j11)j (T 传递函数传递函数20)(11)j (T 幅频特性幅频特性下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页20)(11)j (T ioUU0 10.707 0截止频率截止频率此电路的缺点：此电路的缺点：1、带负载能力差。、带负载能力差。2、无放大作用。、无放大作用。3、特性不理想，边沿不陡。、特性不理想，边沿不陡。幅频特性、幅频特性曲线幅频特性、幅频特性曲线i

19、U oU RCR下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页通频带宽度通频带宽度(带宽带宽)ioUU0 10.707 0截止频率截止频率带宽带宽:0 - 0 设设R=10k ,C为下列各值时的为下列各值时的带宽带宽:C fo1 F 16Hz0.047 F 340Hz0.01 F 1600HzRC10 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页16.3.2 有源滤波器有源滤波器oF11URRRU UURR1RFC+-+iU oU 1.一阶有源低通滤波器一阶有源低通滤波器Cj11)RR1(UU1Fio 传递函数传递函数RCiUCj1RCj1U iUCj11 RC传递函

20、数中出现传递函数中出现 的一次项的一次项,故称为一故称为一阶滤波器阶滤波器下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页幅频特性：幅频特性：201Fio)(11)RR1(UU )RC1(0 相频特性：相频特性：0arg RR1RFC+-+iU oU 幅频特性及幅频特性曲线幅频特性及幅频特性曲线ioUU0 1+RF/R10.707(1+RF/R1) 0Cj11)RR1(UU1Fio 传递函数传递函数RC下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页1、0 时：时：)RR1(UU1Fio 有放大作用有放大作用3、运放输出，带负载能力强。运放输出，带负载能力强。2、0 时：时

21、：21)RR1(UU1Fio 幅频特性与一阶无幅频特性与一阶无源低通滤波器类似源低通滤波器类似电路特点电路特点:下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页2. 一阶有源高通滤波器一阶有源高通滤波器oF11URRRU UUiUCj1RCj1U iUCj11 R1 RCRR1RFC+-+iU oU 低通低通RR1RFC+-+iU oU 高通高通Cj11)RR1(UU1Fio 传递函数传递函数1 RC下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页幅频特性及幅频特性曲线幅频特性及幅频特性曲线Cj11)RR1(UU1Fio 传递函数传递函数1 RC幅频特性：幅频特性：201F

22、io)(11)RR1(UU 0 ioUU0 1+RF/R10.707(1+RF/R1) 0RR1RFC+-+iU oU 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页3.二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器 UAUFoCj1UURUURUUoPPPi PPURCj11UCj1RCj1U o2oFio2j)(1AUU RR1RFC+-+iU oU CRP，AF=1+RF/R1传递函数中出现传递函数中出现 的二次项的二次项,故称为二阶滤波器故称为二阶滤波器RC1)A3(21oF ，下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 ioUU 021 21 o 3dB21 幅频特

23、性曲线幅频特性曲线下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页R1= 时：时：AF=1o2oFio2j)(1AUU 2oio)(11UU o 时：时：21UUio RC+-+iU oU CR下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页o 一阶低通和二阶低通一阶低通和二阶低通幅频特性曲线幅频特性曲线的区别的区别 ioUU 0-3dbAF理想低通理想低通一阶低通一阶低通二阶低通二阶低通阶数越高，阶数越高，幅频特性曲线幅频特性曲线越接近越接近理想滤波器理想滤波器下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页16.4.3电压比较器电压比较器 16.4.4 迟滞比

24、较器迟滞比较器 16.4.1 信号发生器信号发生器 16.4.2方波发生器方波发生器 16.4 16.4 运放在波形产生方面的应用运放在波形产生方面的应用 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 16.5 16.5 运算放大器在波形产生运算放大器在波形产生方面的应用方面的应用即非线性应用，是指：由运放组成的即非线性应用，是指：由运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关电路处于非线性状态，输出与输入的关系系uo=f(ui)是非线性函数。是非线性函数。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页16.4.1 限幅器限幅器tuiu0tUZ +UF-(UZ +UF

25、)-+AuoR1RFuiDZR+1.双向稳压管接于输出端双向稳压管接于输出端R限流电阻限流电阻一般取一般取100 特点：电路中的运放处于线性放大状态，但外围电路特点：电路中的运放处于线性放大状态，但外围电路有非线性元件（二极管、稳压二极管）。有非线性元件（二极管、稳压二极管）。DZ双向稳压管双向稳压管UZ稳压值稳压值, UF正向压降正向压降下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页uoui0传输特性传输特性DZ-+AuoR1RFui+2.双向稳压管接于负反馈回路上双向稳压管接于负反馈回路上+UOM-UOM下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页16.4.2 电

26、压比较器电压比较器+uouiURuoui0+Uom-UomURUR为参考电压为参考电压当当ui UR时时 , uo = +Uom当当ui UR时时 , uo = -Uom 特点特点:运放处于运放处于 开环状态开环状态下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页+uouiURuoui0+Uom-UomUR当当ui UR时时 , uo = -Uom 若若ui从反相端输入从反相端输入电压比较器电压比较器(续续)下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页uoui0+UOM-UOM+uoui过零比较器过零比较器: 当当UR =0时时+uouiuoui0+UOM-UOM电压比

27、较器电压比较器(续续)下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页+uouituituo+Uom-Uom例题：利用电压比例题：利用电压比较器将正弦波变为较器将正弦波变为方波。方波。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页+uiuoui0+UZ-UZ用稳压管稳定输出电压用稳压管稳定输出电压uo UZuoui0+UOM-UOM+uoui忽略了忽略了UF下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页电压比较器的另一种形式：电压比较器的另一种形式：将双向稳压管接在负反馈回路上将双向稳压管接在负反馈回路上+uiuo UZR R_uoui0+UZ-UZR =R下

28、一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页16.4.3 迟滞比较器迟滞比较器1.迟滞比较器迟滞比较器(下行下行)特点特点:电路中使用正反馈电路中使用正反馈, 运放处于非线性状态运放处于非线性状态1、因为有正反馈，所以输、因为有正反馈，所以输出饱和。出饱和。2、当、当uo正饱和时正饱和时(uo =+UOM) ：Hom211+UURRRU 3、当、当uo负饱和时负饱和时(uo =-UOM) ：Lom211+UURRRU +uoRR2R1uiU+下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页+uoRR2R1uiU+迟滞比较器迟滞比较器(下行下行)(续续)uoui0+Uom-UomU+HU+L设设ui , 当当ui = U+H , uo从从+UOM -UOM下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页传输特性传输特性uoui0+Uom-Uom