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1、第16章集成运算放大器，16.1集成运算放大器简介，16.2运算放大器在信号运算中的应用，16.4运算放大器在波形产生中的应用，16.5使用运算放大器需要注意的几个问题，16.3运算放大器在信号处理中的应用，1。了解集成运算放大器的基本组成和主要参数的意义。2.了解运算放大器的电压传输特性，了解理想的运算放大器，掌握其基本分析方法。3.了解由集成运算放大器组成的比例、加减、微分和积分运算电路的工作原理，并了解有源滤波器的工作原理。4.了解电压比较器的工作原理和应用。本章要求、第16章集成运算放大器和第16.1章集成运算放大器简介。集成运算放大器是一种具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。它是最

2、早开发和最广泛使用的模拟集成电路。16.1.1集成运算放大器的特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸、Auo高： 80dB140dB rid高： 105 1011 ro低：几十几百KCMR高： 70dB130dB，16.1.2电路、输入级、中间级等的简单描述同相输入端、输出端、反相输入端和输入级：输入电阻高，可减少零点漂移中间阶段：需要高电压放大。常使用恒流源共发射极放大电路。输出级：与负载相连，要求输出电阻低，负载承载能力强，一般由互补对称电路或发射极输出器件组成。16.1.3主要参数，1。最大输出电压UOPP，能够保持输出和输入之间的关系不失真的最大输出电压。2。当没有连接反馈电路时，开环

3、差模电压增益Auo运算放大器差模电压放大系数。Auo越高，运算电路越稳定，运算精度越高。6。共模输入电压范围UICM运算放大器可以承受的最大共模输入电压。超过该值，运算放大器的共模抑制性能将会下降，甚至器件也会受损。越小越好，3。输入失调电压UIO 4。输入失调电流IIO 5。输入偏置电流IIB，16.1.4理想运算放大器及其分析基础，1。理想运算放大器，Auo，rid，ro 0，KCMR，2。电压传输特性uo=f (ui)，线性区域：UO=AUO (1)非线性区域：u u，uo=Uo(sat) u u，uo=Uo(sat)，线性区域，理想特性，实际特性，饱和区域，O，3。理想的运算放大器工作

4、在线性区域，因为uo=Auo(u u u u)，所以(1)差模输入电压约等于0，即u=(2)输入电流约等于0，即i=i 0，这称为“虚断”。电压传输特性，Auo越大，运算放大器的线性范围越小，因此必须加入负反馈使其工作在线性区域。O，4。理想运算放大器工作在饱和区的特性，(1)输出只有Uo(sat)或Uo(sat)两种可能性，(2) i=i 0，仍存在“虚断”现象，电压传输特性，当u u U，Uo=Uo(sat)U U U U，UO=16.2运算放大器在信号运算中的应用。运算放大器与外部电阻、电容和半导体器件集成形成闭环电路后，可以对各种模拟信号进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、

5、乘法和除法等运算。16.2运算放大器在信号操作中的应用。当运算放大器在线性区域工作时，通常会引入深度负反馈。因此，其输出电压和输入电压之间的关系基本上取决于反馈电路和输入电路的结构和参数，而与运算放大器本身的参数关系不大。通过改变输入电路和反馈电路的结构，可以实现不同的操作。16.2.1比例操作，1。反比例运算，(1)电路组成，如果不是s(2)电压放大系数，u=u=0，这是由于虚短路，这是“虚地”反相输入的一个重要特性。由于虚中断，i=i=0，因此i1 if，平衡电阻R2=R1 /射频，动画，16.2。反馈电路直接从输出端引出电压反馈，将输入信号和反馈信号相加到同一个输入端进行并联反馈。反馈信

6、号减少了净输入信号的负反馈。输入电阻低，共模电压为0，电压为并联负反馈，输入和输出电阻低，ri=R1。低共模输入电压。结论：Auf为阴性，即uo和ui极性相反。因为ui应用于反相输入。Auf仅与外部电阻R1和射频有关，与运算放大器本身的参数无关。| Auf |可以大于1，等于1或小于1。因为u=u=0，所以反相输入为“虚地”。示例：下图显示了电路。众所周知，R1=10 k，射频=50 k。R2奥夫；2.如果R1不变，Auf要求为10，那么RF和R2应该是什么？1.auf=rfr1=50 10=5，R2=r1rf=10 50 (10 50)=8.3k，2。因为Auf=射频/R1=射频10=10，

7、射频=射频1=(10) 10=100kr2=10 100 (10 100)=9。1k。2.同相比例操作，由于虚拟故障，u=ui(1)电路组成，(2)因此，u=ui，反相输入端不是“虚地”。因为要求U和U在静态下具有相同的接地电阻，所以平衡电阻R2=R1/射频，2。同相比例操作，输入电阻u=ui的高共模电压、电压放大系数、电压串联负反馈、输入信号和反馈信号分别与两个输入端串联反馈相加，反馈电路直接从输出端引出电压反馈，因为u=ui，反相输入端不是“虚地”，反馈信号使净输入信号减少负反馈、动画、电压串联负反馈、高输入电阻和低输出电阻，共模输入电压可能更高。结论：Auf为阳性，即uo和ui极性相同。

8、因为ui应用于同相输入。Auf仅与外部电阻R1和射频有关，与运算放大器本身的参数无关。Auf 1不能小于1。u=u 0时，反相输入端没有“虚地”现象。当R1=且射频=0时，uo=ui，Auf=1，这称为电压跟随器。由运算放大器组成的电压跟随器具有高输入电阻和低输出电阻，其跟随性能优于发射极跟随器。左图显示了一个电压跟随器。电源由两个电阻分压，然后施加到电压跟随器的输入端。当负载RL改变时，两端的电压uo不会改变。负载电流的大小与负载无关。示例2:带浮动负载的电压-电流转换电路，1。它可以测量小电压；2.高输入电阻对被测电路影响很小。流过电流表的电流，16.2.2加法电路，1。反相加法电路，因为

9、虚拟短路，u=u=0，平衡电阻：R2=Ri1 /ui20 /射频，因为虚拟断路，i=0，所以ii1 ii2=if，动画，2。同相加法电路，方法同样，当ui2单独作用时，动画，方法2:平衡电阻：Ri1 /Ri2=R1 /射频，u，u=？你也可以写出u和u的表达式，然后用u=u的性质来求解。1。低输入电阻；2.低共模电压；3.当改变一个电路的输入电阻时，对其他电路没有影响；同相加法电路的特点是：1 .高输入电阻；2.高共模电压；3.当改变一个电路的输入电阻时，它将影响其他电路。逆加法电路的特点如下：16.2.3减法电路，可由虚故障和虚短路得到。分析方法1:如果R1=R2，R3=射频，如R1=R2=

10、R3=射频，R2 /R3=R1 /射频，输出与两个输入信号之差成正比。常用作测量放大电路，动画，分析方法2:基于叠加原理的减法电路可以看作是反比例电路和同相比例电路的叠加。16.2.4积分运算电路，i1=if，if=？当电容器CF的初始电压为uC(t0)时，有一个动画。如果输入信号电压为恒定直流，即ui=ui，则、积分饱和、线性积分时间、线性积分时间、Uo(sat)、ui=Ui 0、ui=Ui 0，采用集成运算放大器组成的积分电路，输出电压随时间线性变化，Ui、Ui，将比例运算和积分运算相结合，组成比例积分运算电路。上述公式表明，输出电压与输入电压成比例积分关系。这种运算单元也称为PI调节器，

11、常用于控制系统中，以保证自动控制系统的稳定性和控制精度。通过改变射频和射频，比例系数和积分时间常数可以调整，以满足控制系统的要求。16.2.5微分运算电路、i1=if、Ui、Ui、动画，比例微分运算电路可以从虚短路和虚断路的属性中获得。上述公式表明，输出电压与输入电压成比例微分关系，即使系统响应速度快、工作稳定，局部放电调节器在控制系统的调节过程中也起到了加速作用。16.3运算放大器在信号处理中的应用，16.3.1有源滤波器，滤波器是一种选频电路。它可以选择有用信号，抑制无用信号，使某一频率范围内的信号平稳通过，衰减很小，而该频率范围外的信号难以通过，衰减很大。无源滤波器：由电阻、电容和电感组

12、成的滤波器。有源滤波器：带有运算放大器的滤波器。缺点：由于低频时体积大，很难小型化。优点：体积小，效率高，频率特性好。根据不同的频率范围，滤波器可以分为低通、高通、带通和带阻。1.有源低通滤波器，如果输入是正弦波信号，则有。因此，如果频率是一个变量，电路的传递函数的模数| T(j)|在0时迅速衰减。显然，该电路可以使0以下的信号平稳通过，衰减很小，而0以上的信号很难通过，衰减很大。它被称为一阶有源低通滤波器。为了改善滤波效果，使信号在0处衰减更快，两个RC滤波环节往往串联在一起形成一个二阶有源低通滤波器。2.有源高通滤波器，如果输入是正弦波信号，则有。因此，可以看出，该电路使频率大于0的信号通

13、过，而频率小于0的信号被阻断，这称为有源高通滤波器。如果频率是一个变量，电路的传递函数是模拟开关，模拟输入信号，1。电路、16.3.2采样保持电路和采样保持电路，它们大多用在模数转换电路之前。由于模数转换需要一定的时间，所以需要在模数转换前对模拟量进行瞬时采样，并将采样值保存一段时间，以满足模数转换电路的需要。用于数字电路、计算机控制和程序控制设备。采样存储电容，控制信号，电压跟随器，2。工作原理，16.3.2采样保持电路，1。电路、采样阶段：uG处于高电平，s闭合(fet开启)，ui对存储电容c充电，uo=uC=ui。保持阶段：uG为0，S关断(场效应晶体管关断)，输出保持该阶段开始时的值不变。采样速度越高，越接近模拟信号的变化。16.3.3电压比较器，电压比较器的功能：电压比较器用于比较输入信号和参考电压。当它们的幅度相等时，输出电压从高电平跳到低电平，或者从低电平跳到高电平。因此，可以判断输入信号的幅度和极性。用途：数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，以及波形产生和转换等