汽车电工电子技术基础课件-集成运算放大器

汽车电工电子基础electricalandelectronicfundamentals晶体管放大电路目录晶体管放大电路二极管和三极管6.1共发射极放大电路6.2集成运算放大器6.36.3集成运算放大器一、集成电路集成电路:

把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分的整体。集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低。集成电路分类按集成度按导电类型按功能小、中、大、超大规模双、单极性、两种兼容数字、模拟二、集成运算放大器1.集成运算放大器：具有很高开环电压放大倍数的直接耦合放大器。用于模拟运算、信号处理、测量技术、自动控制等领域。2.集成运算放大器特点：1.元器件参数的一致性和对称性好；2.电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流源代替，电位器需外接；3.电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感和变压器均需外接；4.二极管多用三极管的发射结代替。6.3集成运算放大器二、集成运放的基本结构输出端偏置电路输入级中间级输出级输入端输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差分放大器

。中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。

输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。偏置电路:

由镜像恒流源等电路组成运算放大器6.3集成运算放大器耦合方式阻容耦合直接耦合变压器耦合阻容耦合

变压器耦合直接耦合6.3集成运算放大器三、集成运放图形符号及信号输入方式集成运算放大器的管脚和符号+UCC–UEEuo+–+u–u++–+Auo(a)(b)(a)符号;(b)引脚765F01234U-U+-UCC+UCC输出反相输入端同相输入端输出端6.3集成运算放大器四、主要参数2.输入失调电压UIO使UO=0，输入端施加的补偿电压几毫伏3.输入失调电流IIOUO=0时，输入级两输入端的静态电流之差。1nA

0.1

A1.开环差模电压放大倍数A0

1

14.差模输入电阻

ri输出电阻

ro几百千欧

几兆欧几十欧

几百欧5.共模抑制比KCMR70～130dB6.3集成运算放大器6.最大差模输入电压

Uidmax共模输入Uic过大，K

CMR下降。当Uid过大时，反偏的PN结可能因反压过大而被击穿。LM741为

36V7.最大共模输入电压

UicmaxLM741为

16V两输入端间允许加的最大差模输入电压。9.最大输出电压幅度UOPP如电源电压

15V，UOPP为

13

14V能使输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输出电压。8.静态功耗

PCO几十毫瓦6.3集成运算放大器五、理想集成运放及其传输特性1、理想集成运放在分析运算放大器的电路时，一般把运算放大器看成理想元件。理想化的主要条件：1.开环电压放大倍数

2.开环输入电阻3.开环输出电阻4.共模抑制比由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化,为此,后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。6.3集成运算放大器2、电压传输特性线性区：uo

=Auo(u+–u–)非线性区：u+>u–

时，uo=+Uo(sat)

u+<u–

时，uo=–Uo(sat)

uo++

u+u––

+Uo(sat)

u+–u–

uo–Uo(sat)线性区理想特性实际特性饱和区O理想运算放大器图形符号饱和区6.3集成运算放大器3、理想运放工作在线性区的特点因为uo

=

Auo(u+–

u–

)所以(1)差模输入电压约等于0

即u+=u–

,称“虚短”

(2)输入电流约等于0

即i+=i–0,称“虚断”

电压传输特性

Auo越大，运放的线性范围越小，必须加负反馈才能使其工作于线性区。++∞uou–u+i+i––

u+–u–

uo线性区–Uo(sat)+Uo(sat)O6.3集成运算放大器4、理想运放工作在饱和区的特点电压传输特性

u+–u–

uo–Uo(sat)+Uo(sat)O饱和区(1)输出只有两种可能,+Uo(sat)或–Uo(sat)

当u+>u–时，uo=+Uo(sat)

u+<u–时，uo=–Uo(sat)

不存在“虚短”现象

(2)i+=i–0,仍存在“虚断”现象6.3集成运算放大器一、集成运放在运算方面应用1.比例运算：反相比例运算电路平衡电阻iFR1Rfi1uiR2+–+–++–+uou+u-虚断虚地闭环放大倍数结论：(1)Af为负值，即uo与ui

极性相反。因为ui加在反相输入端。(2)Af只与外部电阻R1、RF有关，与运放本身参数无关。(3)|Af|可大于1，也可等于1或小于1。(4)因u–=u+=0，所以反相输入端“虚地”。(5)电压并联负反馈，输入、输出电阻低，ri=R1。共模输入电压低。6.3集成运算放大器一、集成运放在运算方面应用1.比例运算：同相比例运算电路平衡电阻虚短闭环放大倍数R1iFRfi1uiR2+–++–+uou+u-

结论：(1)Auf为正值，即

uo与ui

极性相同。因为ui加在同相输入端。(2)Auf只与外部电阻R1、RF有关，与运放本身参数无关。

(3)Auf≥1，不能小于1。(4)u–=u+≠0,反相输入端不存在“虚地”现象。(5)电压串联负反馈，输入电阻高、输出电阻低，共模输入电压可能较高。6.3集成运算放大器一、集成运放在运算方面应用2.加法运算：反相加法运算电路平衡电阻ifR1Rfi1ui1R3ui2+–+–++–+uou+u-i2R2虚断虚地6.3集成运算放大器例、电路中，已知求输出电压u06.3集成运算放大器二、集成运放在非线性应用电压比较器的功能：电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的大小和极性。用途：数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，以及波形产生及变换等场合。电压传输特性–Uo(sat)+Uo(sat)运放处于开环状态1.基本电压比较器阈值电压(门限电平)：输出跃变所对应的输入电压。uiuoOURuRuouiR2++

–

R1+–++––当u+>u–

时，uo=+Uo

(sat)

u+<u–

时，uo=–Uo

(sat)

即ui<UR时，uo=+Uo

(sat)

ui

>UR

时，uo=–

Uo

(sat)可见，在ui=uR处输出电压uo发生跃变。参考电压6.3集成运算放大器uitOuROuot+Uo

(sat)–Uo

(sat)t1t2单限电压比较器：

当ui

单方向变化时，uo

只变化一次。URuouiR2++

–

R1+–++––电压传输特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOUR6.3集成运算放大器输出带限幅的电压比较器设稳压管的稳定电压为UZ，忽略稳压管的正向导通压降则ui

<

UR，uo

=UZ

ui>UR，uo

=–UZUZ–UZ电压传输特性–Uo(sat)+Uo(sat)