电子技术新第3章 集成运算放大器

第3章集成运算放大器第3章集成运算放大器第1节 集成运算放大器概述第2节 集成运算放大器根本运用电路第3节 集成运放运用电路分析第4节 集成运放电路中的负反响第5节 正弦波振荡器和信号发生器第6节 集成运算放大器运用留意问题第7节 集成运放实践运用举例第3章重点理想运算放大器的特点运算放大器的运算功能负反响的概念、负反响类型的判别、负反响对放大器性能的影响比较器正弦波振荡器第1节集成运算放大器概述uo-UEE+UCCT3T4T5T1T2IS输出级输入级中间级u－反相端与uo反相u＋同相端与uo同相一、根本组成理想运放：RiKCMRRRo0Ao＋－u－u+uo一、运放的特点和符号_+

+

u+u-u0Ri高:几十k几百k，甚至到达1012KCMRR很大Ro小：几十~几百Ao很大:104以上~107运放符号：－＋＋u－u+uo

A0uo=Au(u+-u-)线性区Ao很大，运放的线性范围ε很小，必需加负反响才干使其任务于线性区uiuo+UOM-UOM

二、运放的传输曲线三、理想运放的分析方法〔在线性区〕饱和区Uo=±UoMRi,Ii0,同相和反相输入两端间可视为断开☆虚断☆虚短-+

uu同相和反相输入端间可视为短路〔电压〕uuAuuo-+-=0思索题1、理想运算放大器的特点是什么？2、什么是虚断和虚短？运用时，有什么条件？习题：P第2节集成运算放大器根本运用电路理想运放：RiKCMRRRo0AoRi,Ii0,同相和反相输入两端间可视为断开〔电流〕☆虚断☆虚短-+

uu同相和反相输入端间可视为短路〔电压〕_+

+

u+u-u0uuAuuo-+-=0理想运放、虚短、虚断的概念一、根本运算电路(1)反相比例运算_+

+

RfR1R2uiuoiiif0uu=

-+iiif虚短虚断反相器 R1=Rfuo=－ui1f10ufRRuuA-==1.比例运算电路_+

+

RfR1R2uiuo平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等。平衡电阻R2作用(2)同相比例运算_+

+

RfR1R2uiuou-u+=ui 虚短；i1if虚断Ri1fou)R1(u+=1ifioRuRuu=-=i1if=变形ifi1+12ou)RR1(u+=电压跟随器iouuuu=

=+-Ri1fou)R1(u+=_+

+

R1R2uiuoRf_+

+

R2uiuo_+

+

uiuouo_+

+

RfR11R12ui2R2ui1i11i12if虚短虚断)u〔uui2i10+-=R11=R12=Rf=R2.加法运算电路反相求和运算此电路假设以u+为输入，那么输出为：u+~ui1、ui2？同相求和运算R1Rf++ui1+_uoR21R22ui2-)uRRRuRRR)(RR1(u2i1211111i1211121f++++=o叠加原理3.减法运算电路〔差动放大器〕_+

+

RfR1R2ui2uoR3ui1叠加原理当R1=R2，R3=Rf时当R1=R2=R3=Rf时uoR/2R/2-+ARR+++A-+ARRR1ui1ui2uo1uo2ab+例：图示电路，证明：++A_+ARRR1ui1ui2uAuBab+迭加求解法根据电路的对称性ui1单独作用ui2单独作用)uu(R/2RuABo-=uoR/2R/2++ARRuAuBui>0时：ui<0时：_+AuoR1RF1RF2Dui+例：图示电路，计算uo。tui0运用举例：tuo0〔1〕输入方波，输出是三角波。4.积分运算电路i1ifui-++RRPCuo=RC——积分时间常数〔2〕假设积分器从某一时辰输入不断流电压，输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。tui0tuo0U-UomTM积分时限5.微分运算u-u+=0ui－++uoRR2i1ifC=RC——微分时间常数假设输入：那么：tui0tuo06、电压比较器开环，饱和区 U+>U- Uo=+Uom U+<U- Uo=-Uom ++uouiURuoui0+Uom-UomUR++uouituituo+Uom-Uom例：过零比较器：利用电压比较器将正弦波变为方波。++uiuoUZuoui0+UZ-UZ稳定输出电压电压比较器的另一种方式++uiuoUZR´R_二、集成运放组合电路分析P124、例3.2.2、3.2.4一、迟滞比较器分析：1、由于有正反响，所以输出饱和。2、当uo正饱和时：3、当uo负饱和时：比较电压由原来的输出决议－++uoRR2R1uiUR第2节集成运放运用电路分析1、下行的迟滞比较器传输特性U+HU+LU+H-U+L称为回差小于回差的干扰不会引起跳转下限上限uoui0Uom-UomtuiU+HU+LtuoUom-Uom输入正弦波的情况加上参考电压后的上下限－++uoRR2R1uiUR加上参考电压后的传输曲线uoui0U+HU+L为了稳定输出电压，可以在输出端加上双向稳压管如何计算上下限？不变！－++RR2R1uiuoUZ另一种电路方式如何计算上下限？用UZ替代Uom－++RR2R1uiuoUZ2、上行的迟滞比较器u+=0时翻转，可以求出上下限。－++uoRR2R1uiU+HU+Luoui0Uom-Uom传输特性曲线二、数据放大器_+

+

uouabRRR+RR+UGBRf_+

+

uoR/2R/2RfUGB/2++--二、信号变换电路要求输出电阻大，要有电流负反响。_+

+

R2R1RPUsRFRLFIL1、电压－电流变换_+

+

R2R1RPUsRFRLFIL负载悬地！要求输出电阻大，要有电流负反响。R1R1++AR2R2uoUsRLIL负载接地的电流源本人推导~+-uiDRL+-uo在普通的二极管线性检波电路中，由于硅二极管的正导游通电压不小于0.5V，当Ui小于1V时，UO误差很大。并且，二极管作为一个半导体元件，它很容易遭到温度的影响，还具有非线性特性，一切这些先天缺乏，都是构成检波误差的根源。假设把普通二极管置于运算放大器的反响回路中，就能大大减弱这些影响，提高电路的精度。二、精细二极管整流电路tuio任务原理：ui>0时,uo1<0,D2导通,D1截止,uo=0;ui<0时,uo1>0,D2截止,D1导通，此时:tuoo－++uiuoR1RFR2D1D2Auo1显然，只需运放的输出电压大于二极管的正向电压，D1和D2中总有一个导通，另一个截止，这个电路就能正常整流。这个电路所要求的最小输入电压峰值为：UD/AuUD为二极管的正向电压Au=RF/R1－++uiuoR1RFR2D1D2Auo1思索题：假设我们希望获得正半波性的输入信号，怎样办？二极管反向－++uiuoR1RFR2D1D2

低通高通带通带阻理想滤波器三、有源滤波器RCR一阶无源低通滤波器010.7070截止频率此电路的缺陷：1、带负载才干差。2、无放大作用。3、特性不理想，边沿不陡。一阶有源低通滤波器RR1RfC+-+此电路改良：1、带负载才干强差。2、有放大作用。3、特性不理想，边沿不陡。f1RRU+o+=〔1〕U00=？二阶有源低通滤波器0RR1RfC+-+CRPID校正电路uo=?ui－++uoRR2CRC思索题1、任务在线性放大区的运算放大器电路有什么共同点？2、为什么在分析运算电路时可用叠加定理？3、电压比较器是运算放大器的非线性运用？比较器有什么用途？4、5、什么是有源滤波？习题：P81，，，第4节集成运放电路中的负反响凡是将放大电路输出端的信号〔电压或电流〕的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反响 开环/闭环反响框图：假设引回的信号减弱了输入信号，就称为负反响。假设引回的信号加强了输入信号，就称为正反响+一、根本概念反响电路的三个环节：放大：dooXXA=迭加：fidXXX-=反响：ofXXF=

根本放大电路AooXiX

dX反响回电路FfX

+–

Af闭环放大倍数

Ao开环放大倍数

反响框图：dX反响回电路FfX

+–根本放大电路AooXiX

负反响交流反响直流反响电压串联负反响电压并联负反响电流串联负反响电流并联负反响稳定静态任务点二、负反响放大器的分类不同类型的反响对电路的作用不同。判别：有无、正负、交直流、电压/电流、串联/并联反响〔1〕有无反响电路输出端的信号〔电压或电流〕的一部分或全部能否引回到输入端。++uiuoUZ负反响的分析方法〔2〕交流/直流反响电路输出端的信号引回到输入端是交流还是直流。〔可交直流〕CERL+++〔3〕正/负反响运放电路中反响引入反相输入端——负反响 引入同相输入端——正反响 _+

+

ui2uoui1－++uoRR2R1uiUR4〕电压/电流反响电压反响：反响信号正比Uo，令RL=0反响不存在电压反响:反响信号正比Io，令RL=0反响存在电压电流5〕串联/并联反响串联并联U+=U_=UfU+=U_=0_+

+

RfR1uiuoifuf_+

+

RLR1uiuoufio电压串联负反响电流串联负反响负反响类型判别_+

+

RfR1R2uiuo负反响类型判别_+

+

RLR1R2uiuoRL电压并联负反响电流并联负反响ififio_+

+

RLR1R2uiRR_+

+

RR1R2uiRLR判别！例：判别Rf能否负反响，假设是，判别反响类型。uoufubeuc1ub2uc2ufube=ui-ufuc1ub2uc2uo+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+–T1T2Rf++++例：判别Rf能否负反响，假设是，判别反响类型。电流反响并联反响iE2uFiFiBuC1uB2uC1uB2iB2iE2uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2+++三、负反响对放大器性能的影响〔1〕提高放大倍数的稳定性负反响使放大倍数下降。+=FA1AAoof+=FA11AAdAAdoooff在深度负反响的情况下，放大倍数只与反响网络有关。反响深度FAo>>1深度负反响时，即=F1Af〔2〕负反响改善波形的失真Aouiuo加反响前ufAouiFuduo加反响后〔3〕负反响对输入、输出电阻的影响1)串联反响——输入电阻2)并联反响——输入电阻〔4〕负反响对通频带的影响展宽频带3)电流反响——输出电阻4)电压反响——输出电阻fA根本放大电路AooXiX

dX反响回电路FfX

++

一、正弦波振荡器1、自激振荡原理假设：去掉仍有信号输出。反响信号替代了放大电路的输入信号第5节正弦波振荡器和信号发生器根本放大电路AooXiX

dX反响回电路FfX

++

根本放大电路Ao反响电路F

自激振荡条件的推导：2、自激振荡的条件：〔1〕振幅条件：〔2〕相位条件：n是整数相位条件意味着振荡电路必需是正反响，振幅条件可以经过调整放大电路的放大倍数到达。

根本放大电路Ao反响电路F

++

uiuf文氏桥振荡电路_+

+

R2uoRCRCR1AF=1 12R2R=满足相位条件：由于：p=j+jn2FA必需根本放大电路Ao反响电路F

RCRC0UfUF频率特性图+90–90fff00CRw)CR1CR(j)CCRR1(1UUofw-w+++=01CR=时相移为0w31F=所以只需在f0处F为实数，0F=jRC1w0=振荡频率输出频率的调整：_+

+

RFuoRCCRK2K1R1R1R2R2R3R3电子琴的振荡电路电路：_+

+

RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21电路构造：下行的迟滞比较器的输出经积分电路再输入到此比较器的输入端。1、方波发生器上下限：－++RR1R2C+ucuo二、非正弦波信号发生器任务原理：(a)设uo=+Uom此时，输出给C充电!U+Huc0t那么：u+=U+H－++RR1R2C+ucuo一旦uc>U+H,就有u->u+uo立刻由＋Uom变成－Uom!U+Huc0t0tuoUom-Uom在uc<U+H时，u-<u+,uo坚持+Uom不变；C经输出端放电，U+HuctU+L(b)当uo=-Uom时，u+=U+Luc到达U+L时，uo上翻。－++RR1R2C+ucuo当uo重新回到＋Uom以后，电路又进入另一个周期性的变化：U+Huc0tU+LUomuo0t-Uom周期与频率的计算：TU+Huc0tU+LUomuo0t-Uom－++RR1R2C+ucuo思索题：点b是电位器RW的中点，点a和点c是b的上方和下方的某点。试定性画出点电位器可动端分别处于a、b、c三点时的uo～uc相对应的波形图。－++RWR1R2C+ucuo-D1D2abc2、三角波发生器矩形波经积分电路便可产生三角波，但是此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。－++RR1R2C+uc_uo-+++RR2C反向积分电路上行的迟滞比较器－++－++A1A2uouo1R02R01RCR2R10uo1t＋Uom－Uom