电子技术应用课件 任务3.2 集成运算放大器的认识与应用

集成运算放大器的认识与应用1.什么是集成电路？

集成电路是采用半导体制造工艺，把电子元件以及连接导线集中制造在一小块半导体基片上而构成的一个完整电路。又叫固体电路。集成运算放大器的认识与应用3.2.1集成电路简介集成电路种类：按功能分按集成度分数字集成电路模拟集成电路——产生、变换和处理各种数字信号——放大、变换和处理模拟信号小规模中规模大规模超大规模集成运放、集成功放、集成稳压器、集成模数、数模转换器等集成运算放大器的认识与应用2.基本结构特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸结构示意图：高阻输入级中间级低阻输出级偏置电路反相输入端同相输入端集成运算放大器的认识与应用+UCC–UEEuou–u+输入级中间级输出级同相输入端输出端反相输入端集成运算放大器的认识与应用集成运放的外形图：集成运算放大器的认识与应用集成运放的电路符号

uo++

u+u––图中“－”表示反相输入端，“＋”表示同相输入端。“

”表示信号的传输方向，“∞”表示理想条件。集成运算放大器的认识与应用(1)输入失调电压UIO3.主要技术参数(2)输入失调电流IIO

(3)开环差模电压放大倍数Aud(4)开环共模电压放大倍数

Auc(5)差模输入电阻rid

(6)差模输出电阻ro

(7)最大输出电压Upp

(8)共模抑制比KCMR

UIO越小越好，一般约为±1～±10mvIIO越小越好，一般约为1nA～10.1μA输出与输入电压比值大小。越小越好。其值越大，运算精度越高，性能越稳定。Aud(dB)=20lgAud（倍）动态电阻，越大越好，一般为几百千到几兆欧。越小性能越好，一般为几百欧左右。运放不失真最大输出电压的峰值可达±13V左右KCMR=Aud/Auc的绝对值，一般越大越好，一般在80dB以上。集成运算放大器的认识与应用4.理想运放及其特点分析电压传输特性：输出电压与其输入电压之间的关系曲线，即uo=f(uid)线性区：uo

=Aud(u+–u–)非线性区：u+>u–

时，uo=+Uo(sat)

u+<u–

时，uo=–Uo(sat)

+Uo(sat)

u+–u–

uo线性区理想特性实际特性饱和区O—Uo(sat)集成运算放大器的认识与应用理想运算放大器输入为零时，输出恒为零；Aud

，rid

；ro0，KCMR

；失调电压、失调电流及温漂为零。理想运放工作在线性区的特点因为uo

=Aud(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

u+–u–

uo线性区–Uo(sat)+Uo(sat)OAud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。集成运算放大器的认识与应用3.2.2集成运放的线性应用电路1.比例运算电路

集成运放的线性电路有比例运算、加法运算、减法、微分运算、积分运算、对数运算、对数、运算、乘法和除法运算等电路。1）反相比例运算（1）电路组成ifi1i–i+uoRFuiR2R1++––++

–

根据输入信号接法不同，分为反相输入、同相输入和差动输入三种基本形式。

以后如不加说明，输入、输出的另一端均为地()。集成运算放大器的认识与应用（2）电压放大倍数因虚短,

所以u–=u+=0，称反相输入端“虚地”—反相输入的重要特点

i1

if

因要求静态时u+、u–

对地电阻相同，

平衡电阻R2=R1//RF利用“虚短”、“虚断”、“虚地“特点”，可得出：集成运算放大器的认识与应用2）同相比例运算因虚断，所以u+=ui

（1）电路组成（2）电压放大倍数uoRFuiR2R1++––++

–

因虚短，所以

u–=ui

，反相输入端不“虚地”

因要求静态时u+、u

对地电阻相同，所以平衡电阻R2=R1//RFu+u–集成运算放大器的认识与应用2.加法运算电路反相加法运算电路因虚短,

u–=u+=0

平衡电阻：

R2=Ri1

//Ri2

//RFii2ii1ifui2uoRFui1Ri2Ri1++

–

R2+–因虚断，i–=0

所以

ii1+ii2=if

集成运算放大器的认识与应用3.减法运算电路由虚断可得：由虚短可得：分析方法1：ui2uoRFui1R3R2++

–

R1+–++––

如果取R1

=R2

，R3

=RF

如R1

=R2

=R3

=RF

R2//R3

=R1

//RF输出与两个输入信号的差值成正比。集成运算放大器的认识与应用4.积分运算电路

由虚短及虚断性质可得

i1=ififi1uoCFuiR2R1++––++

–

uC+–

当电容CF的初始电压为uC(t0)时，则有集成运算放大器的认识与应用5.微分运算电路ifi1由虚短及虚断性质可得

i1=ifuoC1uiR2RF++––++

–

uitOuotOUi–Ui集成运算放大器的认识与应用3.2.3集成运放的非线性应用电路（电压）比较器：电压比较器用来比较两个电压的大小，常用于测量、控制和信号处理等电路中。1.比较器分为过零电压比较器、单限电压比较器和滞回电压比较器。过零电压比较器和单限电压比较器根据输入方式的不同均可分为反相输入和同相输入两种。参考电压为零检测输入信号是否大于或小于某一特定值在电压比较器基础上加上正反馈构成集成运算放大器的认识与应用1）过零电压比较器利用电压比较器将正弦波变为方波URuouiR2++

–

R1+–++––电压传输特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOUR=0tuiOtuo+Uo(sat)–Uo(sat)O集成运算放大器的认识与应用uitOUROuot+Uo

(sat)–Uo

(sat)t1t22）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)uiuoOUR集成运算放大器的认识与应用ui>UR，uo=+Uo

(sat)ui

<UR，uo=–Uo

(sat)URuouiR2++

–

R1+–++––uiuoURR2++

–

R1+–++––

–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuoOUR输入信号接在反相端输入信号接在同相端电压传输特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOUR集成运算放大器的认识与应用URuouiR2++

–

R1+–++––uiuoURR2++

–

R1+–++––Ot+Uo(sat)–Uo(sat)uo输入信号接在反相端输入信号接在同相端uitOUROuot+Uo

(sat)–Uo

(sat)t1t2集成运算放大器的认识与应用3）滞回比较器

电路中引入正反馈(1)提高了比较器的响应速度；(2)输出电压的跃变不是发生在同一门限电压上。RFR2uoui++

–

R1+–+–－

－上门限电压U'+

：ui

逐渐增加时的门限电压下门限电压U"+：ui

逐渐减小时的门限电压集成运算放大器的认识与应用uiuoO–Uo(sat)+Uo(sat)电压传输特性uitOuoOt+Uo(sat)–Uo(sat)两次跳变之间具有迟滞特性——滞回比较器RFR2uoui++

–

R1+–+–集成运算放大器的认识与应用根据叠加原理，有改变参考电压UR，可使传输特性沿横轴移动。可见：传输特性不再对称于纵轴，+UR–RFR2uoui++

–

R1+–+–uiuoO–Uo(sat)+Uo(sat)电压传输特性当参考电压UR不等于零时集成运算放大器的认识与应用定义：回差电压与过零比较器相比具有以下优点：1.改善了输出波形在跃变时的陡度。2.回差提高了电路的抗干扰能力，

U越大，抗干扰能力越强。结论：1.调节RF

或R2

可以改变回差电压的大小。2.改变UR可以改变上、下门限电压，但不影回差电压

U。

电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报警和波形发生等电路中得到广泛应用。集成运算放大器的认识与应用2.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–UZuo'RDZURuouiR2++

–

R1+–++––电压传输特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURui<UR时，uo'

=+Uo

(sat)

ui

>UR

时，uo'

=–

Uo

(sat)

集成运算放大器的认识与应用3.2.4例析例1：电路如下图所示，已知R1=10k

，RF=50k

。求：1.Auf

、R2；

2.若R1不变，要求Auf为–10，则RF

、R2应为多少？解：1.Auf=–RF

R1

=–5010=–5R2=

R1

RF

=1050(10+50)=8.3k

2.因

Auf

=–RF

/

R1

=–RF

10=–10

故得RF=–Auf

R1=–(–10)10=100k

R2=10100(10+100)=9.1k

uoRFuiR2R1++––++

–

集成运算放大器的认识与应用解：对图（1）

上门限电压下门限电压例2