集成运算放大器及其应.ppt

第十一章第十一章 集成运算放大器及其应用集成运算放大器及其应用第三节第三节 集成放大器简介集成放大器简介 第四节第四节 集成运放在信号运算电路中的应用集成运放在信号运算电路中的应用第六节第六节 集成运放在信号处理方面的应用集成运放在信号处理方面的应用第三节第三节 集成放大器简介集成放大器简介 集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍 集成运算放大器的主要技术指标集成运算放大器的主要技术指标 集成运算放大器的理想化模型集成运算放大器的理想化模型 集成运算放大器的电压传输特性及其分集成运算放大器的电压传输特性及其分析特点析特点一、集成运算放大器的特点一、集成运算放大器的特点 集集成成电电路路：将将整整个个电电路路中中的的元元器器件件制制作作在在一一块块硅硅基基片片上上，构构成成完完整整的的能能完完成成特特定定功功能能的的电子电路。电子电路。运算放大器：具有高放大倍数、高输入电阻、运算放大器：具有高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大器。低输出电阻的直接耦合放大器。二、集成运算放大器的简单介绍二、集成运算放大器的简单介绍1.集成运放的组成集成运放的组成输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路输入输入输出输出2.集成运放的管脚图及符号集成运放的管脚图及符号F007管脚图管脚图F 741（F 0 07）12348765符号符号A-反相输入端反相输入端B-同相输入端同相输入端F-输出端输出端 AV u+uuoABF 信信号号从从反反相相输输入入端端输输入入时时，输出与输入相位相反。输出与输入相位相反。信号从同相输入端输入时，信号从同相输入端输入时，输出与输入相位相同。输出与输入相位相同。三、集成运算放大器的主要技术指标三、集成运算放大器的主要技术指标1.输入失调电压输入失调电压UiO当当无无输输入入信信号号时时，为为使使输输出出的的电电压压值值为为零零，在输入端加入的补偿电压。在输入端加入的补偿电压。其值越小越好其值越小越好 （0.55mV）2.输入失调电流输入失调电流IiO输输入入电电压压为为零零时时，流流入入放放大大器器两两个个输输入入端端的静态基极电流之差。的静态基极电流之差。IiOIB1IB2 其值越小越好其值越小越好 （1nA10nA）3.开环差模放大倍数开环差模放大倍数Auo运放在开环时的差模放大倍数运放在开环时的差模放大倍数 其值越高越好其值越高越好 （104107）5.最大输出电压最大输出电压Uopp 输出不失真的最大输出电压值输出不失真的最大输出电压值6.共模抑制比共模抑制比KCMR7.越大抗干扰能力越强越大抗干扰能力越强四、集成运算放大器的理想化模型四、集成运算放大器的理想化模型 实际运放实际运放 u+uuoriroAOUiuiAO很高，很高，104ri很高，几十很高，几十几百几百KrO很低，几十很低，几十几百几百KCMR 很高很高 理想运放理想运放 u+uuoAOUiuiAOri=rO=0KCMR五、集成运算放大器的电压传输特性五、集成运算放大器的电压传输特性 及其分析特点及其分析特点 运算放大器的电压传输特性运算放大器的电压传输特性 集成运放的输出电压集成运放的输出电压uO与输入电压与输入电压ui (u+u)之间的关系之间的关系uOf(ui)称为集成运放的电压传输称为集成运放的电压传输特性。特性。uOui+UOMUOMuOAO ui =AO(u+u)ui|UiM|，运放饱和，运放饱和，工作在非线性区工作在非线性区线性区线性区引入深度负反馈，引入深度负反馈，可以使运放工作可以使运放工作在线性区。在线性区。uoud反馈电路反馈电路开开环环系系统统：不不加加反反馈馈网网络络时时的的电电路路系系统统，此此时时的的放放大大倍倍数叫开环放大倍数。数叫开环放大倍数。uOui+UOMUOM理想运放的电压传输特性理想运放的电压传输特性ui 0，|uO|UOM即即u+u时，运放处于时，运放处于非线性区。非线性区。闭环系统：加上反馈网络时闭环系统：加上反馈网络时的电路系统，此时的放大倍的电路系统，此时的放大倍数叫闭环放大倍数。数叫闭环放大倍数。运算放大器的分析特点运算放大器的分析特点1.线性区线性区 集集成成运运放放两两个个输输入入端端之之间间的的电电压压通通常常非非常常接接近近于于零零，但但不不是是短短路路，故简称为故简称为“虚短虚短”。虚短虚短 uOAO（uu）AOuuuoAO0uu 当当u0（接地）（接地）u u 0 称此时的反相输入端为称此时的反相输入端为“虚地点虚地点”。反之，。反之，也成立。也成立。u+uuoAOUiui 虚虚 断断 流流入入集集成成运运放放两两个个输输入入端端的的电电流流通通常常为为零零，但但又又不不是是断断路路故故简简称称为为“虚断虚断”。riII+02.非线性区非线性区 在非线性区，虚短概念不成立，但虚断在非线性区，虚短概念不成立，但虚断概念成立。概念成立。u+IuoAOUiuI+例例：利利用用理理想想运运放放组组成成的的二二极极管管检检测测电电路路，求出流过求出流过D的电流的电流 iD 及及D两端的电压两端的电压uD。uoui15V1.5K0.67VDiDiRii 解：解：虚地点虚地点第四节第四节 集成运放在信号运算集成运放在信号运算电路中的应用电路中的应用 分析线性区理想运放的两个概念分析线性区理想运放的两个概念 基本运算电路基本运算电路一、分析线性区理想运放的两个概念一、分析线性区理想运放的两个概念 虚短虚短uuII+0 虚断虚断 u+IuoAOUiuI+二、基本运算电路二、基本运算电路 比例电路比例电路 uouiifi1R1R2Rf1.反相比例电路反相比例电路 i+0（虚断）（虚断）u+0 u+u 0（虚地点）（虚地点）i1=u iR1 if=uuo=uoRf i i+0 i 1 i f即即 ui/R1=uo/Rf uo、ui 符合比例关系，负号表示输出输入电符合比例关系，负号表示输出输入电压变化方向相反。压变化方向相反。电路中引入深度负反馈，电路中引入深度负反馈，闭环放大倍数闭环放大倍数Auf 与运放的与运放的Au无关，仅与无关，仅与R1、Rf 有关。有关。R2平衡电阻平衡电阻 同相端与地的等效电阻同相端与地的等效电阻。其作用是保持输。其作用是保持输入级电路的对称性，以保持电路的静态平衡。入级电路的对称性，以保持电路的静态平衡。R2R1/Rf 当当R1Rf 时时，uoui，该电路称为该电路称为反相器反相器。2.同相比例电路同相比例电路 uoifi1uiR2R1Rf i+0（虚断）（虚断）u+ui u+u ui（虚短）（虚短）i1=（0u i）R1 if=(uuo)Rf =(u iuo)Rf i i+0 i 1 i f 当当Rf有限值时，有限值时，R1 +uoui R2平衡电阻平衡电阻 R2R1/RfAuf=1 电路成为电路成为电压电压跟随器跟随器。uoui此电路输入电阻大，输出此电路输入电阻大，输出电阻小。电阻小。例例2、理想化运放组成的电路如图，理想化运放组成的电路如图，试推算输出试推算输出电压电压uo的表达式。的表达式。uouiR1R3R2R4解解:此电路为同相比例电路此电路为同相比例电路判断这个等式判断这个等式 、返回返回啊，见鬼了啊，见鬼了!习习 题题题题 解解哈，哈，very good!习习 题题题题 解解 uouiR1R3R2R4u+解解:此电路为同相比例电路此电路为同相比例电路返回返回 加法运算电路加法运算电路uo ui2ifi2R2RPRfui3i3R3ui1i1R1 在调节某一路信号的输入电阻的阻值时，在调节某一路信号的输入电阻的阻值时，不影响其它输入电压与输出电压的比例关系，不影响其它输入电压与输出电压的比例关系，调节方便。调节方便。求和电路也可从同相端输入，但同相求和求和电路也可从同相端输入，但同相求和电路的共模输入电压较高，且不如反相求和电电路的共模输入电压较高，且不如反相求和电路调节方便。路调节方便。减法运算电路（差动运算电路）减法运算电路（差动运算电路）uoui2ifi1R1R2Rfui1R3利用叠加原理利用叠加原理同相端输入同相端输入ui1反相端输入反相端输入当当 R1=R2=R3=Rf=R 时，时，uo=ui2ui1 (减法器）减法器）R2/R3=R1/Rf 例：例：已知已知RF4R1，求，求u0与与ui1、ui2的关系式。的关系式。A1+ui1 A2 uoui2R1R2RFuo解解:A1为跟随器；为跟随器；A2为差放。为差放。uo=ui1uo5 ui24 ui1例例6、如图，求如图，求uo 与与 ui1、ui2的关系式。的关系式。A1+ui1 A2 uoui210kuo10k30k10k6k解解:A1为反向加法器；为反向加法器；A2为反相比例电路。为反相比例电路。返回返回例例7、如图，求如图，求uo。A1 +A3 uo100kuo150k80k20k A2 +12k50k100k12k11k30k60kuo20.3V0.4V A1：反相比例：反相比例 A2：同相比例：同相比例 A3：差动输入：差动输入解：解：返回返回第六节第六节 集成运放在信号处理方集成运放在信号处理方面的应用面的应用 有源滤波器有源滤波器 采样保持电路采样保持电路 返返 回回返回返回滤波电路的种类滤波电路的种类:按电路功能按电路功能:低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器按所用元件按所用元件:无源滤波器和有源滤波器无源滤波器和有源滤波器按阶数按阶数:一阶、二阶、一阶、二阶、高阶、高阶 一、有源滤波器一、有源滤波器 所谓滤波器，它能使一定频率范围内的信号所谓滤波器，它能使一定频率范围内的信号顺利通过，而在此频率范围以外的信号衰减很大，顺利通过，而在此频率范围以外的信号衰减很大，不易通过。不易通过。返回返回RR1RFC+-+一阶有源低通滤波器一阶有源低通滤波器返回返回返回返回称称0 0为截止角频率为截止角频率|Auf|Auf0|0.707|Auf0|0幅频特性曲线幅频特性曲线O返回返回 二阶有源低通滤波器二阶有源低通滤波器RR1RFC+-+CR阶数越高，幅频特性曲阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器线越接近理想滤波器|Auf|Auf0|理想低通理想低通一阶低通一阶低通二阶低通二阶低通O返回返回二、采样保持电路二、采样保持电路RC+-+S控制信号控制信号控制信号控制信号ui/uot采样采样采样采样采样采样保持保持保持保持保持保持 采样保持电路能采样保持电路能快速而准确地跟随快速而准确地跟随输入信号的变化进输入信号的变化进行间隔采样。行间隔采样。O