模拟电子技术-行动导向式教程 课件 子项目 4 音频混合电路

模拟电子技术集成运算放大器简介集成运放的组成1集成运放的电压传输特性2集成运放主要参数及理想化3——目录——集成电路按其功能分类数字集成电路模拟集成电路集成稳压器；集成运算放大器，简称集成运放或运放；集成功率放大器；集成比较器等。问题导航集成电路简称IC(IntegratedCircuit)集成运放由四个部分组成输入级：多采用差分放大电路，大大减少温漂。中间级：多采用共射（或共源）放大电路，增益大。输出级：多采用OCL或OTL电路，带负载能力强。偏置电路：采用电流源。实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。集成运放的组成图1集成运放组成框图集成运放的组成

若将集成运放看成为一个“黑盒子”，则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。图2集成运放组成框图图3集成运放常见封装形式图4集成运放电路符号图5集成运放等效电路图集成运放的组成uP：同相端输入电压uN

：反相端输入电压Rid

：差模输入电阻Ro

：输出电阻uid：差模输入电压=up–

unAud：开环差模电压放大倍数uo

：输出电压=Aud(up–un)集成运放的电压传输特性

uO＝Aud(uP－uN)，由于Aud高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区的最大输入电压(uP－uN)的数值仅为几十～一百多微伏。集成运放要实际工作在线性区，需要引入负反馈。1、工作在线性区时

2、工作在非线性区时图6集成运放电路符号当uP>uN时，uO=+UOM；当uP<uN时,uO=-

UOM。UOM为运放饱和输出电压。图7集成运放电压传输特性集成运放主要参数及理想化1.集成运放主要参数100

160dB开环差模电压增益Aud大（几兆欧），大好差模输入电阻Rid小（几十欧

几百欧），小好输出电阻Ro>80dB，小好共模抑制比KCMR使UO=0时，输入端施加的补偿电压几毫伏，小好输入失调电压UIO集成运放主要参数及理想化1.集成运放主要参数当UId

过大时，反偏的PN结可能因反压过大而被击穿。最大差模输入电压UIdM共模输入UIC过大，K

CMR下降最大共模输入电压UICM开环带宽（-3dB带宽）一般集成运放只有几赫兹至几千赫兹当UO=0时，1nA

0.1

A，小好输入失调电流IIO当UO=0时，10nA

1

A，小好输入偏置电流IIB集成运放主要参数及理想化2.集成运放特性理想化6)UIO=0，IIO=04)KCMR=5)BW=2)Rid=3)Ro=

0（1）运放理想化参数（2）

虚短、虚断1)Aud=因为Aud=∞，uO＝Aud(uP－uN)为有限值，所以，uN－uP=0，即uN

=

uP因为Rid=∞，相当于输入开路，所以，

iN

=

iP＝0称为虚断称为虚短图8集成运放等效电路图本课小结1、集成运放组成：由输入级、中间级、输出级、偏置电路四个部分组成，集成运放实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。大家要了解它封装形式，记住电路符号，等效电路等2、集成运放的电压传输特性：集成运放线性工作区间很小，为了使集成运放工作在线性区，经常加入负反馈；工作在非线性区时，

集成运放的输出饱和电压UOM

。3、集成运放的主要参数及理想化：了解主要参数，掌握虚短与虚断的概念，它是集成运放理想化的两个重要结论。谢谢观看主讲人：主讲人：模拟电子技术比例运算电路反相比例运算电路1——目录——同相比例运算电路2集成运放的应用集成运放线性应用集成运放非线性应用运算电路：放大电路有源滤波电路电压比较器非正弦波形发生器问题导航比例运算电路、加减运算电路、积分运算电路、微分运算电路、对数运算电路、指数运算电路。比例运算电路一、反相比例运算电路根据虚断、虚短有：虚地Rp=R1//Rf

，RP称为平衡电阻反馈组态：电压并联负反馈输入电阻较小Rif=R1，输出电阻趋近零共模电压uIC=0，对运放的KCMR要求低图1反相比例运算电路二、同相比例运算电路电压串联负反馈；输入电阻R

if→；输出电阻→0；uIC=ui，对KCMR的要求高。Auf=1比例运算电路图2同相比例运算电路图3电压跟随器根据虚断有：根据短断有：R1开路，Rf短路时：例题：电路如图4所示，计算它的电压放大倍数。比例运算电路*重要解：说明：在求解同相比例运算电路时，重点是求解Up，把Up代入公式：即可求解得到Uo图4同相比例运算电路本课小结1、反相比例运算电路：2、同相比例运算电路：电压放大倍数

，输入输出信号反相，大小成比例关系；引入了电压并联负反馈，输入电阻小，输出电阻趋近零，带负载能力强；放大电路无共模信号，对运放的共模抑制比要求不高。电压放大倍数

，输入输出信号同相，大小成比例关系；引入了电压串联负反馈，输入电阻很大，输出电阻趋近零，带负载能力强；放大电路有共模信号，对运放的共模抑制比要求高。谢谢观看主讲人：主讲人：模拟电子技术加法与减法运算电路加法运算电路1——目录——减法运算电路2问题导航

在卡拉OK厅唱歌的时候，有伴音信号，也有我们通过麦克风输入的声音信号。这两路信号，怎样合成在一起呢？可以通过加法运算电路合成，然后送给功率放大器放大，推动扬声器发出美妙的歌声！图1：实用三输入加法电路令ui2=ui3=0ui1使：令ui1=ui3=0ui2使：令ui1=ui2=0ui3使：当R1=R2=R3=R时，由叠加定理可得：uo=uo1+uo2+uo3反相加法运算电路特点：每一路输入对应的输出，

相互不影响，调节方便。利用叠加定理求解：首先求解每个输入信号单独作用时的输出电压，然后将所有结果相加，即得到所有输入信号同时作用时的输出电压。图2反相加法运算电路若R2=R3=R4，Rf

=2R1

则

uO

=uI1+uI2

同相加法运算电路结论：同相输入时，一定成立，求解出UP,就能求得UO图3同相加法运算电路同相比例放大器：叠加定理：减法运算电路图4减法运算电路令ui2=0ui1令ui1=0ui2利用叠加定理求解输出电压uo：由叠加定理可得：uo=uo1+uo2=如果：则：电压放大倍数：差模输入电阻Rif=2R1减法运算电路电路特点：运放输入端存在共模电压，对运放共模抑制比要求比较高；输入电阻Rif=2R1，较小，输出电阻趋近于零；可将双端输入转换成单端输出。电路实现了对输入差模信号的比例运算。由于单个集成运放构成运算电路存在两个缺点：一是电路电阻的选取和调整不方便；二是对于每个信号源的内阻均要求较小。我们可以用双运放构成高输入电阻运算电路。因各级电路的输出阻均为零，具有恒压特性，故后级电路虽为前级的负载，但不会影响前级电路的运算关系，故对每级电路的分析与单级电路完全相同！例：

双运放减法运算电路减法运算电路

电路特点：电阻调整方便；同相端输入，输入电阻趋于无穷大

图5双运放减法运算电路本课小结加法运算电路：减法运算电路：加法运算电路实现多路信号的叠加。反相加法运算电路用叠加定理求解方便；同相加法运算电路先求UP，再用公式求解方便。减法运算电路实现输入信号减法运算。单运放构成减法运算电路输入端存在共模电压，对运放共模抑制比要求比较高，输入电阻较小；双运放可以构成高输入电阻电路，电阻调整方便。谢谢观看主讲人：主讲人：模拟电子技术精密放大电路精密放大电路的原理1集成精密放大器2——目录——问题导航减法运算电路的缺点电路输入电阻较低信号源内阻较大无法有效提取信号源的输出电压精密放大电路的原理运算放大器A3组成第二级减法运算电路。运算放大器A1、A2组成第一级放大电路。组成精密放大电路的由三个运放组成，如下图所示，该电路又称为测量放大器或数据放大器、精密放大器，它在测量系统中得到广泛应用。为保证测量精度需元件对称性好=uI1=uI2

A1、A2虚短A1、A2虚断电路的放大倍数第一级放大电路第二级减法电路R1、R2电流相同精密放大电路的原理由于电路结构对称，漂移和失调相对抵消，共模抑制比高。由于输入均在同相端，此电路的输入电阻高。改变电路放大倍数，只需要通过调节电阻R1的阻值来实现。特点精密放大电路的特点精密放大电路的原理集成精密放大器集成精密放大器集成精密放大器分离运放搭建的结构调节电阻设置增益国产集成精密放大器型号参考：COS128、COSINA333、HT8620等集成集成精密放大器广泛的应用在仪器仪表、传感器、自动化、医疗设备等场合中压力测量系统心电检测系统集成精密放大器本课小结3.

集成精密放大器工程上，一般使用集成精密放大器来实现精密放大功能。运算放大器A3组成第二级减法运算电路。运算放大器A1、A2组成第一级放大电路。组成精密放大电路的组成：精密放大电路的特点：

输入电阻高、共模抑制比高、调节电阻R1改变电路放大倍数。谢谢观看主讲人：主讲人：模拟电子技术积分和微分运算电路积分运算电路1微分运算电路2——目录——问题导航微分与积分运算电路积分运算电路微分运算电路电容的电压与电流之间有微分与积分的关系，可以利用电容的特性来构成微分、积分电路。类型微分、积分运算电路积分运算电路一、积分运算电路=当uI=UI时，设uC(0)=0

时间常数

=

R1Cf积分电路输出电压：tuIOtuOO例：微分运算电路虚地虚断RfC1=

—时间常数二、微分运算电路uItOuOtO例：tui0tuo0,求uo。90°微分运算电路例：本课小结2.微分运算电路1.积分运算电路谢谢观看主讲人：主讲人：模拟电子技术交流放大电路正负电源阻容耦合交流放大电路1单电源阻容耦合交流放大电路2——目录——问题导航存在问题满足条件输入信号微弱直接耦合放

大电

路输出信号被淹没零点漂移严重解决方案阻容耦合放

大电

路抑制零点漂移一是在运放两个输入端要有直流通路，给运放提供偏流；二是运放要有交流与直流负反馈，保证运放工作在线性状态。正负电源阻容耦合交流放大电路一、正负电源反相输入阻容耦合交流放大电路电路组成C1、C2可视为直流开路R2、Rf分别为运放两个输入端提供直流通路Rf为直流负反馈电阻对直流信号对交流信号C1、C2对交流短路R1和Rf为交流负反馈电阻电路电压放大倍数为正负电源阻容耦合交流放大电路二、正负电源同相高输入电阻阻容耦合交流放大电路自举电容如果没有自举电容，放大电路输入电阻为如果信号源内阻大，小，源信号放大能力弱。电路电压放大倍数为电路组成正负电源阻容耦合交流放大电路三、正负电源阻容耦合交流电压跟随器输入电阻降低电路组成放大电路输入电阻为由于直流偏置电阻R1的接入，使输入电阻大大降低。

正负电源阻容耦合交流放大电路四、正负电源带自举阻容耦合交流电压跟随器自举电容电路组成根据“虚短、虚断”：单电源阻容耦合交流放大电路一、单电源反相输入阻容耦合交流放大电路电路电压放大倍数为输出端、反相输入端与同相输入端的直流电压都约等于电源电压的一半。同相输入端的直流电压是由R2、R3对电源电压Vcc分压得到。

单电源阻容耦合交流放大电路二、单电源同相输入阻容耦合交流放大电路放大电路的输入电阻为电路中直流负反馈为全反馈，所以工作点十分稳定。电路电压放大倍数为单电源阻容耦合交流放大电路三、单电源同相输入高输入电阻阻容耦合交流放大器自举电容接入自举电容C后，大大提高放大器的输入电阻。电路电压放大倍数单电源阻容耦合交流放大电路四、单电源阻容耦合交流电压跟随器同相输入端的直流电压是由R1、R2对电源电压Vcc分压再经R3得到的。放大电路输入电阻为本课小结采用运放构成阻容耦合放大电路解决零点漂移问题必须满足以下两个条件：一是在运放两个输入端要有直流通路，目的是给运放提供直流偏流；二是要运放要有交流与直流负反馈，保证运放工作在线性状态。谢谢观看主讲人：主讲人：模拟电子技术电压比较器比较器概述1单门限比较器2迟滞比较器3——目录——窗口比较器3问题导航集成运放的应用集成运放线性应用集成运放非线性应用运算电路：比例运算电路、加减运算电路、

积分运算电路、微分运算电路、

对数运算电路、指数运算电路。放大电路有源滤波电路电压比较器非正弦波形发生器比较器概述1.集成运放工作在非线性工作区★集成运放工作在开环或正反馈。★特点：1)虚断成立（ip

in

0

）2)虚短不成立（up≠un）uP>uN时，uO＝＋UOM，UOM是运放的饱和输出电压。

uP<uN时，uO＝－UOM图1开环状态图2正反馈状态2.比较器应用：信号产生(方波、三角波、锯齿波等非正弦波）；信号处理（波形变换、整形等）；检测（监测报警等）、控制、D/A和A/D转换电路中应用广泛。单门限比较器（1）UT＝01.过零比较器★为保护集成运放的输入级，需加输入端限幅电路。★为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。图5具有限幅功能的过零比较器图4过零比较器电压传输特性曲线图3过零比较器UT叫阈值电压

：输出电平发生跳变时的输入电压。（2）UOH＝＋UOM，UOL＝－UOM（3）uI>0时uO＝－UOM;

uI<0时uO＝＋UOM

。阈值电压UT=UREF，输出电平发生跳变时的输入电压。单门限比较器2.一般单门限比较器图6一般单门限比较器图7一般单门限比较器电压传输特性曲线例：电路如图所示，R1=30kΩ，R2=15kΩ,UZ=±6V,UREF=0,求UT，并画出电压传输特性曲线。反相输入迟滞比较器解：用叠加原理求解UP★重要特点：uI

增大时与上门限比，uI减小时与下门限比，，但输入电压单调变化使时，输出电压只跃变一次。

U=UT+-UT-=8V+UZuIuO-UZOUT-=-4（V）UT+=4（V）上门限电压下门限电压图8反相输入迟滞比较器图9迟滞比较器电压传输特性曲线当uI>URH时，uO1=－uO2=UOM，D1导通，D2截止；