集成运算放大电路.ppt

1、集成运算放大器1.2理想集成运算放大器1.3电压传输特性集成运算放大器2基本运算电路2.1反相输入比例运算放大器电路2.2非反相输入放大器电路2.3加法和减法运算2.4积分差分运算3电压比较器4集成运算放大器应用中的实际问题集成运算放大器1.1集成运算放大器实际上是一个高增益直接耦合放大器， 其内部组成原理框图如图3.1所示，由输入级、中间级、输出级和偏置电路组成。 图3.1集成运算放大器内部组成框图，(1)输入级。输入电阻要求很高。为了减小零点漂移和抑制共模干扰信号，输入级采用恒流源差分放大电路，也称为差分输入级。(2)中级。中间级本身需要有更高的电压增益。(3)输出阶段。主要功能是输出足够

2、的电流来满足负载的需要。同时，需要低输出电阻和高输入电阻来将放大器级与负载隔离。(4)偏置电路。为了给每一级提供合适的工作电流，它通常由各种恒流源电路组成。a，3，2。集成运算放大器的符号，图3.2集成运算放大器的符号，有限符号读数：表示放大(驱动)能力，表示放大系数。“，”表示非反相输入端；“-”表示反相输入。如果反相输入端接地，并且信号从非反相输入端输入，则输出信号和输入信号的相位相同；如果非反相输入端接地，并且信号从反相输入端输入，则输出信号的相位与输入信号的相位相反。除了输入和输出端之外，集成运算放大器的引脚还具有正电源端和负电源端，一些集成运算放大器具有零调节端，如A741。A，4，

3、1.2理想集成运算放大器，满足以下条件的运算放大器称为理想集成运算放大器。(1)开环差模电压放大系数Aud；(2)差模输入电阻Rid；(3)输出电阻ro0；(4)共模抑制比；(5)输入偏置电流=0；(6)失调电压、失调电流和温度漂移为0。当使用理想的集成运算放大器来分析电路时，由于集成运算放大器接近理想的运算放大器，所以引起的误差很小。除非本章另有规定，集成运算放大器被视为理想的运算放大器。5，1.3集成运算放大器的电压传输特性，1。电压传输特性，实际电路中集成运算放大器的传输特性如图3.3所示。图中曲线上升部分的斜率是开环电压放大Aud。以A741为例，开环电压放大倍数Aud可达105，最大

4、输出电压受电源电压限制，不超过18V。此时，输入电压uid=uod/Aud不超过0.18 mV.也就是说，当它在0 0.18毫伏之间时，uod和uid具有线性放大关系，这称为线性工作面积。如果超过0.18毫伏，集成运算放大器内部的输出级晶体管进入饱和区工作，输出电压uod近似等于电源电压，不再与uid成线性关系，因此称为非线性工作区。图3.3集成运算放大器A、6、2的电压传输特性曲线。集成运算放大器的线性应用集成运算放大器工作在线性区域的必要条件是引入深度负反馈。当集成运算放大器工作在线性区域时，输出电压在有限值之间变化，如果集成运算放大器的Aud，UID=UOD/AUD 0，UID=U-U-

5、，U U-，该公式表明非反相端和反相端几乎相等，这称为假短路。I i-0是从I集成运算放大器的非线性应用当集成运算放大器工作在开环或外部正反馈时，因为集成运算放大器的输出端很大，只要有一个小的电压信号输入，集成运算放大器就会工作在非线性区域。其特征在于输出电压只有两种状态，正饱和电压UOM或负饱和电压UOM。(1)当同相端电压大于反相端电压时，即u u-。(2)当反相端电压大于非反相端电压时，UO=-UOM，即，U U-。A，7，2基本运算电路，2.1逆输入比例运算放大器电路，1。“虚地”的概念，u u-，ii ii- 0，即流经R2的电流为0。U 0，则u u- 0表示虽然反相端不直接接地，

6、但其电位为接地电位，相当于接地，即“假接地”。图3.4反相输入放大器电路，2。电压放大系数，在图3.4中，if=，=，-，ii=，=，因为I-=ii 0，if=ii，也就是说，=-，auf=，=-，auf，a，8和RF=R1，auf=-1，也就是说，输出电压和输入电压大小相等，相位相反。这个电路被称为反相器。非反相输入电阻R2用于保持运算放大器的静态平衡，这需要R2=R1射频，因此R2称为平衡电阻。3。输入电阻和输出电阻。因为反相输入放大器电路采用并联负反馈，所以从输入端看到的电阻非常小，大约等于R1。由于放大电路采用电压负反馈，其输出电阻很小，RO0。9，2.2同相输入放大器电路，图3.5同

7、相输入放大器电路，射频为反馈电阻，R2为平衡电阻(R2=R1射频)。1.虚短路的概念同相输入放大器电路，U和U-是相等的，这相当于短路，称为“虚短路”。当u=ui且u-=uf时，u=u-=ui=uf。由于u=u- 0，共模电压被引入运算放大器的两端，其幅度接近Ui。2。电压放大倍数R1和Rf构成一个分压器，反馈电压为：UF=Uo，因为UI=UF，UI=UO，UO=，Ui，=，Ui。电压放大倍数(比例因子)，AUF=，=1，可以从上面的公式得到，我们称这个电路为电压跟随器，如图3.6所示。由集成运算放大器构成的电压跟随器比由发射极输出构成的电压跟随器具有更好的性能，具有更高的输入电阻、更小的输出

8、电阻和更稳定的性能。图3.6电压跟随器在同相输入放大器电路中，输出电压与输入电压同相，幅度成比例，比例系数等于(1射频/R1)，与运算放大器本身的参数无关。3.输入电阻和输出电阻由于深度电压串联负反馈，该电路具有高输入电阻和低输出电阻(Rif，Ro0)，这是同相输入放大器电路的一个重要特征。A，11，2.3加法，减法 1。另外，平衡电阻在非反相输入端，R4=，图3.7反相加法器，根据叠加原理，我们可以得到：uo=-，当R1=R2=R3=r，uo=-，(ui1 ui2 ui3)，当A，A，12，2。差分输入和减法都有信号输入，称为差分输入。电压放大系数：图3-9差分减法电路，当Rf=R1，uo=

9、ui2ui1，a，13，2.4积分和差分运算1。积分运算，图3.10积分运算电路在反相输入放大器电路中，反馈电阻RF被电容c取代，成为积分运算电路。UC=，uo=-UC，i1=if=IC=，uo=-，a，14，2。微分运算是积分运算的逆运算。差分运算可以通过交换积分运算电路中电阻和电容的位置来实现，如图3.11所示。，图3.11差分运算电路，因为u=0，ii=0，那么IC=if，if=IC=，=，Uo=-ifrf=-IC=If=-RF，由此可以看出输入信号ui与输出信号Uo具有差分关系，即实现了差分运算。负号表示输出信号与输入信号相反，RfC是一个差分时间常数。值越大，差异效应越强。15，3个

10、电压比较器，如图3.12(a)所示，该电路是一个简单的单限电压比较器。在图中，反相输入连接到输入信号Ui，而同相输入连接到参考电压UR。集成运算放大器处于开环工作状态。当用户界面用户界面时，输出为低潜在单位。其传输特性如图3.12(b)所示。从图中可以看出，只要输入电压相对于参考电压ur稍有变化，输出电压Uo就相应地在负最大值和正最大值之间变化。图3.12简单电压比较器A、16也可用于波形转换。例如，比较器的输入电压Ui是正弦波信号，如果UR=0，输出状态将每0反转一次，如图3.13(a)所示。对于如图3.13所示的简单电压比较器，如果ur=0，uo=-uom当ui在正半周期大于0，Uo=-U

11、om当Ui在负半周期小于0。如果UR是一个恒定电压u，只要输入电压在参考电压UR处稍微正负变化，输出电压Uo将相应地从负最大值变化到正最大值，如图3.13(b)所示。图3.13正弦波应用于方波的实际问题，A，17，4集成运算放大器，1。调零实际运算放大器的失调电压和电流不为零，所以当输入信号为零时，输出信号也不为零。一些运算放大器没有调零端子，因此需要连接一个调零电位计RP进行调零，如图3.14所示。图3.14辅助调零措施，A，18，2。消除自激集成运算放大器是一种多级放大电路，运算放大器引入深度负反馈，在工作过程中容易产生自激振荡。大多数集成运算放大器内部都有一个消除自激的补偿网络，一些运算放大器引出抗振端子，外部RC用来消除自激现象。在实际使用中，如图3.15所示，可以在电源端、反馈端和输入端连接电容或阻容支路，以消除自激。图3.15自激电路的消除，A，19，3。保护措施：集成运算放大器在使用过程中，由于输入输出电压过高、输出短路、电源极性颠倒等原因，会造成损坏，因此必须采取保护措施。图3.16保护措施，a、20和5、1中常用的集成运算放大器简介。A741(LM741)和1458双运算放大器图3.17显示了