集成运算放大器资料讲解

第16章集成(jíchénɡ)运算放大器§16.1集成运算放大器的简单(jiǎndān)介绍§16.2运算(yùnsuàn)放大器在信号运算(yùnsuàn)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目录第一页，共72页。集成运算放大器：是一种高放大倍数、高输入电阻(diànzǔ)、低输出电阻(diànzǔ)的直接耦合放大电路电路方框图中间级输入级输出级偏置电路

输出级主要提高带负载能力(nénglì)，给出足够的输出电流io，输出阻抗ro小。中间级应有(yīnɡyǒu)足够大的电压放大倍数尽量减小零点漂移,尽量提高KCMRR,

输入阻抗ri尽可能大§16.1集成运算放大器的简单介绍第二页，共72页。电路方框图中间级输入级输出级偏置电路输出级主要提高带负载能力(nénglì)，给出足够的输出电流io，输出阻抗ro小。中间级应有足够大的电压放大(fàngdà)倍数第三页，共72页。电路方框图中间级输入级输出级偏置电路

输出级主要(zhǔyào)提高带负载能力，给出足够的输出电流io，输出阻抗ro小。第四页，共72页。F007（5G24）外引线(yǐnxiàn)图反相输入端同相输入端输出端接线图顶视图第五页，共72页。ri高:几十k

几百k运放的特点：理想运放：

ri

KCMRR很大KCMMRR

ro小：几十~几百ro

0Ao很大:104以上~107Ao

运放的特点(tèdiǎn)和符号运放符号：－＋＋u－u+uoA0－＋＋u－u+uoA0－＋＋u－u+uo第六页，共72页。运算(yùnsuàn)放大器的传输特性+UO(sat)-UO(sat)线性区饱和区饱和区线性区很窄,所以运放在线性区工作(gōngzuò),通常引入深度电压负反馈第七页，共72页。§16.2运算放大器在信号运算方面(fāngmiàn)的应用(1)反相比例(bǐlì)运算放大器_++RFR1RPuiuoi1iFib-ib+虚地点(dìdiǎn)i1=iF+

ib-=iF,ib-=0

ib+=0u+

=0

u－=u+=0平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):RP=R1//RFF电压放大倍数:iF动画第八页，共72页。_++RFR1RPuiuoi1i2ib-ib+例题(lìtí)1.R1=10k,RF=20k,ui=-1V。求:uo，RP应为多大？Au=-（RF/R1）=-20/10=-2uo=Auui=(-2)(-1)=2VRP=R1//RF=10//20=6.7k第九页，共72页。反相比例(bǐlì)运算放大器输入电阻及反馈方式：ri=R1输入电阻(小):uo_++RFR1RPuii1iFib-ib+反馈(fǎnkuì)电阻反馈式：电压并联负反馈i1=iF+

ib-ib-=i1-iF动画第十页，共72页。(2)同相比例(bǐlì)运算放大器u-=u+=uiib+=0ib-=0_++RFR1RPuiuoiFi1Au=1+RFR1iF=i1RP=R1//RFF1F1)动画第十一页，共72页。_++RFR1RPuiuoiFi1例题(lìtí)2.Rf=10k,RF=20k,ui=-1V。求:uo，RP应为多大？uo=Auui=(3)(-1)=-3VRP=R1//RF=10//20=6.7kAu=1+=1+20/10=3RFR1第十二页，共72页。电压(diànyā)串联负反馈同相比例运算(yùnsuàn)放大器输入电阻及反馈方式：_++RFR1RPuiuo输入电阻(高)输入电压:u+-u-=ui-uo

R1R1+RF第十三页，共72页。_++RFRfRPuiuoAu=1+RFRf当RF=0时,Au=1uo=ui(3)电压(diànyā)跟随器此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随(ɡēnsuí)性能好。第十四页，共72页。(4)差动放大器_++R2R1R1ui2uoR2ui1ib+=0ib-=0ui2R2R1+R2u+=u-=u+u-=uoR1+ui1R2R1+R2uoR1+ui1R2R1+R2ui2R2R1+R2=动画第十五页，共72页。以上电路(diànlù)的比较归纳：1.它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较(bǐjiào)小。2.关于输入电阻反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。3.以上放大器均可级联,级联时放大倍数分别独立计算。第十六页，共72页。例题(lìtí)3.R1=10k,R2=20k,ui1=-1V，ui2=1V。求:uouo_++R2R1R1R2ui1_++ui2_++R2R1RPuo=(uo2-uo1)=(20/10)[3-(-1)]=8VR2R1uo1=ui1=-1Vuo2=ui2(1+R2/R1)=3V第十七页，共72页。例题(lìtí)3.若ui1=sintV，ui2=1V，求:uouo1=ui1=sintVuo2=ui2(1+R2/R1)=3Vuo=(uo2-uo1)=(20/10)(3-sint

)=6-2sintVR2R1第十八页，共72页。(5)反相求和(qiúhé)算：_++RFR1R2ui2uoRPui1i1i2iF虚地uo=-(ui1

R1RF+ui2

R2RF)若R1=R2=R,

uo=-(ui1

R

RF+ui2

)取RP=R1//R2//RFuo_++RFR1RPuiib+=0ib-=0,i1+i2=iFui1

R1=ui2

R2+-uo

RF动画第十九页，共72页。(6)同相求和(qiúhé)运算：Au=RFRf1+uo=Auu+=()(+)RFR11+R2R1+R2ui1R1R1+R2ui2取R1//R2=RF//Rf当R1=R2时,uo=()(ui1+ui2)RFR11+12R1RF++u

i1uoR1R2ui2-u+_++RFR1RPuiuo第二十页，共72页。(7)微分(wēifēn)运算：u-=u+=0ui－++uoRR2i1iFCib-=0第二十一页，共72页。tui0tuo0例：,求uo。ui－++uoRR2i1iFC90°第二十二页，共72页。(8)反相积分(jīfēn)运算i1iFu

i-++RRPCuoucuc=-uoib+=0ib-=0,iF=Cducdt-CduodtuiR=u-=u+=0第二十三页，共72页。反相(fǎnxiānɡ)积分器：如果ui=直流电压U,输出将反相(fǎnxiānɡ)积分，经过一定的时间后输出饱和。tui0Utuo0-UomTM积分(jīfēn)时限=–tURC设Uom=15V,U=+3V,R=10k,C=1F=0.05秒第二十四页，共72页。反相积分器：如果(rúguǒ)ui=-U=-3V，画出uo的波形图。tui0tuo0+Uom-Uò-=t0o(-U)dtRC1u=tURC0.05秒设Uom=15V,U=3V,R=10k,C=1F第二十五页，共72页。应用举例：输入方波，输出(shūchū)是三角波。tui0tuo0第二十六页，共72页。运算(yùnsuàn)电路要求1.熟记前8种基本(jīběn)运算电路的电路图及放大倍数公式。2.以上基本(jīběn)运算电路级联后输出的计算。3.会用ib-=0,ib+=0,u+=u-分析给定运算电路的放大倍数。第二十七页，共72页。§16.3运算放大器在信号处理方面(fāngmiàn)的应用滤波电路(diànlù)的种类:按信号性质:模拟滤波器和数字滤波器按电路功能:低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器按所用元件:无源滤波器和有源滤波器16.3.1、概述(ɡàishù)按阶数:一阶,二阶…高阶第二十八页，共72页。传递函数：幅频特性相频特性filter传递函数、幅频特性第二十九页，共72页。滤波器分类(fēnlèi)(按频率特性进行分类(fēnlèi))：低通高通带通带阻第三十页，共72页。RCR一阶RC低通滤波器(无源(wúyuán))CC传递函数幅频特性第三十一页，共72页。010.7070截止频率此电路的缺点：1、带负载能力差。2、无放大作用。3、特性不理想，边沿不陡。幅频特性、幅频特性曲线(qūxiàn)RCR第三十二页，共72页。通频带宽(dàikuān)度(带宽(dàikuān))010.7070截止频率带宽(dàikuān):0-0设R=10k,C为下列(xiàliè)各值时的带宽:Cfo1F16Hz0.047F340Hz0.01F1600Hz第三十三页，共72页。16.3.2有源滤波器RR1RFC+-+1.一阶有源低通滤波器传递函数RCRC传递函数中出现(chūxiàn)的一次项,故称为一阶滤波器第三十四页，共72页。幅频特性：相频特性：RR1RFC+-+幅频特性及幅频特性曲线(qūxiàn)01+RF/R10.707(1+RF/R1)0传递函数RC第三十五页，共72页。1、时：有放大作用3、运放输出，带负载能力强。2、时：幅频特性与一阶无源低通滤波器类似电路(diànlù)特点:第三十六页，共72页。2.一阶有源高通滤波器R–1RCRR1RFC+-+低通RR1RFC+-+高通传递函数–1RC第三十七页，共72页。幅频特性及幅频特性曲线(qūxiàn)传递函数1RC–幅频特性：0

01+RF/R10.707(1+RF/R1)0RR1RFC+-+第三十八页，共72页。3.二阶有源低通滤波器RR1RFC+-+CRP，AF=1+RF/R1传递函数中出现(chūxiàn)的二次项,故称为二阶滤波器，第三十九页，共72页。03dB幅频特性曲线(qūxiàn)第四十页，共72页。R1=时：AF=1时：RC+-+CR第四十一页，共72页。一阶低通和二阶低通幅频特性曲线(qūxiàn)的区别0-3dbAF理想低通一阶低通二阶低通阶数越高，幅频特性曲线越接近(jiējìn)理想滤波器第四十二页，共72页。16.4.3电压(diànyā)比较器16.4.4迟滞(chízhì)比较器16.4.1信号(xìnhào)发生器16.4.2方波发生器§16.4运放在波形产生方面的应用

第四十三页，共72页。§16.5运算放大器在波形(bōxínɡ)产生方面的应用即非线性应用，是指：由运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系(guānxì)uo=f(ui)是非线性函数。第四十四页，共72页。16.4.1限幅器tuiu0tUZ+UF-(UZ+UF)-+AuoR1RFuiDZR+1.双向稳压管接于输出(shūchū)端R限流电阻(diànzǔ)一般取100特点：电路中的运放处于(chǔyú)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）。DZ双向稳压管UZ稳压值,UF正向压降第四十五页，共72页。uoui0传输(chuánshū)特性DZ-+AuoR1RFui+2.双向稳压管接于负反馈回路上(lùshɑng)+UOM-UOM第四十六页，共72页。16.4.2电压(diànyā)比较器++uouiURuoui0+Uom-UomURUR为参考(cānkǎo)电压当ui>UR时,uo=+Uom当ui<UR时,uo=-Uom

特点(tèdiǎn):运放处于开环状态第四十七页，共72页。++uouiURuoui0+Uom-UomUR当ui<UR时,uo=+Uom当ui>UR时,uo=-Uom

若ui从反相端输入(shūrù)电压(diànyā)比较器(续)第四十八页，共72页。uoui0+UOM-UOM++uoui过零比较(bǐjiào)器:当UR=0时++uouiuoui0+UOM-UOM电压(diànyā)比较器(续)第四十九页，共72页。++uouituituo+Uom-Uom例题(lìtí)：利用电压比较器将正弦波变为方波。第五十页，共72页。++uiuoui0+UZ-UZ用稳压管稳定输出(shūchū)电压uoUZuoui0+UOM-UOM++uoui忽略(hūlüè)了UF第五十一页，共72页。电压比较(bǐjiào)器的另一种形式：将双向稳压管接在负反馈回路上++uiuoUZR´R_uoui0+UZ-UZR´=R第五十二页，共72页。16.4.3迟滞(chízhì)比较器1.迟滞(chízhì)比较器(下行)特点:电路中使用正反馈,运放(yùnfànɡ)处于非线性状态1、因为有正反馈，所以输出饱和。2、当uo正饱和时(uo=+UOM)：Hom211+UURRRU+=+=3、当uo负饱和时(uo=-UOM)：Lom211+UURRRU+=+-=－++uoRR2R1uiU+第五十三页，共72页。－++uoRR2R1uiU+迟滞比较(bǐjiào)器(下行)(续)uoui0+Uom-UomU+HU+L设ui,当ui=<U+L,

uo从-UOM+UOM这时,uo=-UOM,U+=U+L设初始值:

uo=+UOM,U+=U+H设ui,当ui=>U+H,

uo从+UOM-UOM第五十四页，共72页。传输(chuánshū)特性uoui0+Uom-UomU+HU+LU+H上门限电压(diànyā)U+L下门限电压(diànyā)U+H-U+L称为回差om211URRR+=HU+om211URRR+=-LU+第五十五页，共72页。tuiU+HU+LtuoUom-Uom例:设输入为正弦波,画出输出(shūchū)的波形。－++uoRR2R1uiU+第五十六页，共72页。加上参考(cānkǎo)电压后的迟滞比较器(下行)：－++uoRR2R1uiUR上下限(xiàxiàn)：uoui0U+HU+L传输特性+UOM-UOM第五十七页，共72页。例题：R1=10k，R2=20k，UOM=12V，UR=9V当输入(shūrù)ui为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。uoui0U+HU+L－++uoRR2R1uiUR传输特性上下限(xiàxiàn)：=10V=2V第五十八页，共72页。2V10Vuiuo+UOM-UOMuoui0U+HU+L传输特性+UOM-UOM－++uoRR2R1uiUR第五十九页，共72页。－++uoRR2R1uiURuoui0U+HU+L－++uoRR2R1uiU+uoui0+Uom-UomU+HU+L迟滞(chízhì)比较器(下行)两种电路传输特性的比较:第六十页，共72页。2.迟滞比较(bǐjiào)器(上行)u+=0时翻转，可以求出上下门限(ménxiàn)电压。0URRRuRRRom211i212=+++－++uoRR2R1ui当u+>u-=0

时,uo=+UOM当u+<u-=0时,uo=-UOM0URRRRRRom211212=+-+ui当uo=-UOM当uo=+UOMui=ui=第六十一页，共72页。U+HU+Luoui0Uom-Uom传输特性(tèxìng)曲线－++uoRR2R1ui迟滞(chízhì)比较器(上行)(续)上下门限电压第六十二页，共72页。加上参考电压后的迟滞比较(bǐjiào)器(上行)：－++uoRR2R1uiUR上下门限电压URURRRuRRRom211i212=+++当uo=+UOM当uo=-UOMURRRRRRom211212=+-+uiURUR

R2RR21++UR

R2RR21++第六十三页，共72页。加上参考电压后的迟滞比较器(上行)传输(chuánshū)特性：－++uoRR2R1uiUR－++uoRR2R1ui对照U+HU+Luoui0Uom-UomU+HU+Luoui0Uom-Uom第六十四页，共72页。1.电路(diànlù)结构16.4.4方波发生器下行的迟滞比较器，输出(shūchū)经积分电路再输入到此比较器的输入端。上下限:－++RR1R2Cucuo第六十五页，共72页。2.工作(gōngzuò)原理：(1)设uo

=

+UOM,此时，输出(shūchū)给C充电,uc则：u+=U+H－++RR1R2C+ucuo0tuoUOM-UOMucU+H0t一旦(yīdàn)uc>U+H,就有u->u+,在uc<U+H