大二电工学运算放大器课件

1、3 集成运算放大器3.1 集成运算放大器3.2 运算放大器的分析方法3.3 基本运算电路3.3.1 比例运算电路3.3.2 求和运算电路3.3.3 积分运算电路3.3.4 微分运算电路3.4 运算放大器在其他方面的应用内容简介1 本章要求1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。2. 理解运算放大器的电压传输特性，和理想 运算放大器的分析方法。3. 掌握用集成运放组成的比例、加减、微分和 积分运算电路的工作原理。4. 了解运放在线性和非线性方面的其它应用。2 3.1 集成运算放大器3.1.1集成电路概述 集成电路是应用半导体的制造工艺，把整个电路，包括晶体管、电阻等元件及联线都制造在一块半

2、导体基片上，形成的不可分割的固体快。它从根本上动摇了原来电子电路的概念，实现了元件、电路和系统的结合。集成电路显示出许多分立件电路无法比拟的优点，它体积小、重量轻、功耗小、性能好，由于外部引线大为减少，减少了故障，提高了可靠性。3集成电路的分类： 按功能集成电路可分为数字集成电路和模拟集成电路两大类，本章所讲集成运算放大器是模拟集成电路的一种。在第5章数字电路中，将介绍几种数字集成电路。集成运算放大器特点： 集成运算放大器是一种采用多级直接耦合的高放大倍数的放大电路，它既能放大缓慢变化的直流信号，又能放大交流信号。用运算放大器及其反馈网络，可以组成多种运算电路，模拟数学运算，还广泛用于信号处理

3、、波形发生等电路中。43.1.2 典型集成运算放大器A741分析A741是属于第二代集成电路中有代表性的产品它内部有19个晶体管，2个二极管，9个电阻，电路由四部分组成：输入级、偏置电路、中间放大级、输出级。输入级T1T8中间级T13T16T17输出级T14T15T18T19偏置电路T9T126 输入级采用带恒流源的差动放大电路，输入电阻高；输出级采用互补对称电路，输出电阻低，带负载能力强。整个电路差模电压增益高，共模抑制比高。A741的外部接线图及管脚图：调零电位计A7411 2 3 4 8 7 6 5A741为8脚双列直插式芯片，脚为空脚。反相输入端（）（）同相输入端输出端15V15V31

4、54672A7417共模抑制比KCMRR KCMRR=|Aod / Aoc| ，式中Aoc为共模放大倍数。KCMRR越大，识别差模信号的能力越强，抑制共模信号的能力越大。也表为 KCMRR(db)=20lg|Aod /Aoc| 。 5.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，又称为饱和电压。93.2 运算放大器的分析方法3.2.1 理想运算放大器 在一般分析计算中，都将集成运算放大器看成理想运算放大器，即将集成运算放大器的各项技术指标理想化。即认为： 1）开环电压放大倍数 Aod ； 2）差模输入电阻 rid ； 3）输出电阻 ro 0 ； 4）共模抑制比 KCMRR

5、 10理想运算放大器的图形符号“- ”为反相输入端；“+”为同相输入端；“”表示开环电压放大倍数满足理想化条件； 这里省略了其它引线，而只画出了两个输入端和一个输出端，其中：“ ”表示运放输入。+uouu+i+i11运放的三种工作方式 1）当信号从同相输入端对公共地端输入时，输出电压与输入电压同相，同相输入方式； 2）当信号从反相输入端对公共地端输入时，输出电压与输入电压反相，反相输入方式； 3）当信号同时从同相输入端和反相输入端对公共地端输入时，输出电压相位由两个输入电压综合决定，差动输入方式。123.2.2 运算放大器的电压传输特性和两个工作区域 输出电压uo与输入电压(u+-u-) 之间

6、关系的特性曲线 uo=f(u+-u-) ， 称为电压传输特性。 u+ u uo +UoppUopp O线性区饱和区131. 运放工作在线性区的特点当 |uo | u 时， uo = + Uopp u+t1时，uo= -UOPP= -10V。583.3.4 微分运算电路因u-=0, ic = if ,uoificC1uiR2RF+uitOuotO动画+Ui1. ui=+Uit=0时uo产生较大跃变随着电容C的充电uo 衰减为059 微分运算电路ifi1uoC1uiR2RF+uitOuotOUi动画2. ui= -UI60比例-微分运算电路上式表明：输出电压是对输入电压的比例-微分 控制系统中，

7、PD调节器在调节过程中起加速作用，即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。PD调节器uoC1uiR2RF+R1ifiRiC61i3i1ii+uoR3uiR2R1+R4CiCi4另一种比例微分电路62uitOuotO+Ui比例微分电路阶跃输入时的波形633.4 运算放大器在其他方面的应用 运算放大器组成的运算电路工作在线性区，以完成摸拟信号的数学运算，在电子技术及工业控制中，还有许多其他应用。这里例举一些信号处理、波形发生等应用电路，在这些电路中，运放有的工作在线性区，有的工作在饱和区。3.4.1 电压比较器电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。由此来判断输入信号的 大小和极性。运放工作在开

8、环状态，工作在饱和区。64电压比较器的电压传输特性 Dz为双向稳压管，起双向稳压作用。设稳压管的稳定电压为UZ，则u0输出为UZ当 uI UR，uo= UZ ui UR，uo = UZ UZ UZuiUR时，uo=UOPP电压传输特性uiuoO +UOPP UOPPUR(uo)652vuitOOuot 6v 6vt1t2例：设ui为峰值为4V，周期为T=80ms的三角波，比较电压UR=2V，稳压管的稳定电压UZ=6V，试画出输出电压波形。8040(ms）4v解：ui2V时, uo=UZ=6V， ui+UT , uo= -UZ ,u+= -UT, 电容开始反向充电，uouc00tt-UT+UT+

9、UZ-UZt1t2t3T输出方波的周期为:当 uc=u- -UT ,uo=+UZ 电路产生自激振荡，输出方波。动画733.4.4 三角波发生器Cuo1R5DZR1+R4uoR6R+A2A1R2R3 两级输出电压通过R2和R3反馈到A1的同相端。 uo1通过R2产生电压正反馈。受正反馈影响，uo1输出方波A1为比较器，输出方波；A2为积分器，对方波积分，输出三角波。A2对uo1进行积分，输出三角波74动画ttuo1uo00+UZ+UZ-UZ-UZt1t2t3工作过程：电路通电后，uo1和uo输出随机，设t=0 时uo1为正，由于正反馈作用，很快达到正饱和，uo1=+UZ ,A2进行反向积分，uo下降(设t=0,uo=0), 当t=t1 时 uo= -UZ ; 若R2=R3，则此时两输出端反馈到A1同相端的电压之和为零，只要uo再下降一点，由于正反馈作用，A1立刻翻转，uo1= -UZ , A2开始反向积分( t1 t2 ); 当t=t2时，uo=+UZ，由于正反馈作用，A1再次翻转，uo1