电工学第11章-集成运算放大器课件.ppt

第11章 集成运算放大器 11.1 集成运算放大器的简单介绍11.2 运 算 放 大 器 在 信 号 运 算 方 面 的 应 用11.3 运算放大器在信号处理方面的应用11.1 集成运算放大器的简单介绍11.1.1 集成运算放大器的特点 在集成电路工艺中还难于制造电感元件和大容量电容，因此集成运放主要采用直接耦合。运算放大器的输入级采用差分放大电路，其特点是输入电阻高、抗干扰能力强、零漂小。在集成运算放大器中往往用晶体管恒流源代替电阻。集成电路中的二极管都采用晶体管构成，把发射极、基极、集电极三者适当组配使用。u-u0中间级输出级置 路 偏 电u+ui输入级 集成运放是具有高开环放大倍数并带有深度负反馈的多级直接耦合放大电路。集成运放的组成框图11.1.2 电路的简单说明 输入级一般是差动放大器，利用其对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和电路性能，输入级有反相输入端、同相输入端两个输入端；中间级的主要作用是提高电压增益，一般由多级放大电路组成；输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。偏置电路是为各级提供合适的工作电流。此外还有一些过载保护电路及高频补偿环节等辅助环节。左图所示为A741集成运算放大器的芯片实物外形图 从实物外形图上可看出，A741集成运放有8个管脚，管脚的排列图、电路图符号如下：1A741 A74128 7 6 54 3空脚正电源端输出端调零端调零端 反相输入端同相输入端负电源端集成运放的电路图符号 U0U+U-同相输入反相输入+12V输出6513724-12V调零电位器外部接线图11.1.4 理想运算放大器及其分析依据理想化的条件：开环电压放大倍数 AO;差模输入电阻 ri开环输出电阻 rO;0;共模抑制比 KCMRR1.电压传输特性uo0uiUOMUOM uo=f(ui),其中 ui=u u UiUi+线性区uiUiUi+Ui+和uiUi-饱和区uo=+UOMouuu+AO集成运放的理想电压传输特性0uouiUO+理想运放ouuu+uo0uiUo+U0-UimUim实际运放UO-11.2 运算放大器在信号运算方面的应用11.2.1 11.2.1 比例运算比例运算1、反相输入比例运算电路uiuoi1ifiRfR1R2Rf引入深度负反馈R1输入电阻Rf反馈电阻R2平衡电阻R2=R1/R1i“虚断路”i-=0uif=oRfi1=if当Rf=R1=R时“虚地”u-=u+=0反相比例反相器Af=u0uiRfR1u0Af=1ui反相输入运算关系ui R1u=oRfuiuoi1ifi-RfR1R22、同相输入比例运算电路RfR1R2ui1if同相比例运算电路u u=o-R1R1 Rf+u-u=+故有：Auf=uoui=1+RfR1同相输入比例器uidu+u_id 0=uiu u=o iR1R1 Rf+o=1+ui Rf R1uoi电压跟随器当R1=或 Rf=0时uo=ui同相跟随器uiR2uoRfR1R2uoi1if同相比例运算电路ui=1+ui Rf R1uo11.2.2 11.2.2 加、减加、减 运算电路运算电路1、加法运算电路fu obui1 ui3ui2 i1i2i3if132Rb=R1/R2/R3/Rf 反相加法运算电路=1+ui2 uoRfR1R2+R3R3-ui1RfR12、减法运算电路差动比例运算电路因 i-=0，u_=ui1_i1R1i1=if=ui1_u0R1+Rfui1=_.R1ui1_u0R1+Rfui1ui2 u+=ui2R3R2+R3u_=u+u0R3RfR1R2i-u_u+ifi1uoR1R2R3ui2ui1Rf=1+ui2 uoRfR1R2+R3R3-ui1RfR1当R1=Rf=R2=R3时u0=ui2ui1减法运算电路R 11ui121132212NN22NN11uof1uRRRRRRi2f2uo=ui1 ui2 11RRR RR R 13 12f1f2 f2 两级反相输入减法运算电路R1uoi1uiCif duCdt C iC=依据 u-=u+虚地R2i1=if，uR1i1=,iif=C dtdu0=uo C R1uidt得:10.2.3 10.2.3 积分积分、微分微分 运算电路运算电路积分运算电路 输入为阶跃电压时积分器的输入输出波形 uidt=uo CR10tUR1C=t otuootuiUR1uoi1uiCifR2UOH-UOLuiuo0UDUR0uiuoUZR1R2RDzuOuiuRR1R2uouiuRUR 反相输入比较器 同相输入比较器11.3 运算放大器在信号处理方面的应用R1R2UOH-UOLttUOHUOL000uiuouOuiuo反相输入过零比较器uiR1R2R3RfDzuOuiUZUZ-UZUTLUTH0uiuo*滞回比较器滞回比较器 过零滞回比较器 本章要点11、了解集成运算放大器的基本组成及其主要参数、了解集成运算放大器的基本组成及其主要参数的意义。的意义。22、理解运算放大器的电压传输特性，掌握、理解运算放大器的电压传输特性，掌握“虚短虚短”及及“虚断虚断”的分析方法。的分析方法。33、理理解解运运算算放放大大器器组组成成的的比比例例、加加减减、微微分分和和积积分运算电路的工作原理。分运算电路的工作原理。44、理解电压比较器的工作原理和应用。、理解电压比较器的工作原理和应用。