第9章集成运算放大器课件.ppt
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1、9.1.1 9.1.1 集成运算放大器的结构特点及主要集成运算放大器的结构特点及主要 参数参数 1集成运算放大器的结构特点 按功能可将其内部电路分为输入级、偏置电路、中间放大级以及输出级四个部分,基本框图如图9-1所示。图9-1 集成运算放大器的电路框图 1)输入级:输入级又称前置级,它是一个高性能的差动放大电路,主要用于抑制温漂。 2)中间放大级:中间放大级主要是提供足够的电压放大倍数,同时将输入级的双端输出经由本级后变成单端输出,以及实现电位移动等任务。 3)输出级:输出级主要是给出较大的输出电压和电流,并起到将放大级与负载隔离的作用。 4)偏置电路:偏置电路用来向各级电路提供合适的静态工
2、作电流,决定各级静态工作点。 2集成运算放大器的主要参数(1)开环电压放大倍数Auo;(2)最大输出电压Uopp(3)输入失调电压UIO; (4)输入失调电流IIO(5)输入偏置电流IIB; (6)共模抑制比KCMR9.1.2 9.1.2 理想运算放大器理想运算放大器 1集成运算放大器的电路符号 理想运算放大器的符号如图9-2所示。由图可以看出,集成运算放大器具有同相(“+”号端)、反相(“-”号端)两个输入端。图9-2 集成运算放大器的电路符号 当同相接地,反相接ui时,uo与ui反相,如图9-3(a)所示;当反相接地,同相接ui时,uo与ui同相,如图9-3(b)所示。(a)反相输入 (b
3、)同相输入图9-3 同相输入、反相输入的特性 2集成运算放大器的理想化条件 理想运放就是将集成运算放大器的各项技术指标理想化,即认为集成运放的指标为: 开环差模电压增益Auo; 差模输入电阻rid; 开环输出电阻ro0; 共模抑制比KCMR; 输入失调电压UIO、失调电流IIO以及它们的温漂UIO、IIO均为零; 输入偏置电流IIB=0。3.两个重要法则1) 虚短:设运放的同相和反相输入端的电压为u、u,当运放工作在线性区时。由于输出电压是有限值,而理想运放的Auo为无穷大,所以ui=uu =0,即u = u。此时,运放中两个输入端的电位相等,同相与反相输入端之间的电压差为零,可以将其视为短路
4、,即虚短。当电路中存在u =u = 0的情况,我们可以将其两个输入端视为与地等电位,称之为虚地。虚地是虚短的一种特殊情况。2) 虚断:由于虚短,输入电压为零,而理想运算放大器的输入电阻rid为无穷大,使得此时同相与反相输入端的输入电流等于零,即i = i = 0。此时,运放的两个输入端相当于开路,即虚断。9.2.1 比例运算电路比例运算电路1反相比例运算电路反相比例运算电路如图9-4所示。图9-4 反相比例运算电路fofofRuRuui1i1-1RuRuuii考虑到i- =0,故i1 = if,即fo1iRuRu经整理可得: i1fouRRu1fioufRRuuA 式中的负号表示电路的输出信号
5、与输入信号反相。当R1=Rf时,比例系数为“-1”,对应的电路称为反相器。 图9-4中,同相端接入电阻R2的目的是为了保持运放电路静态平衡,要求R2=R1/Rf,R2被称为平衡电阻。 2.同相比例运算电路 同相比例运算电路如图9-5(a)所示。输入信号ui经R2加至集成运放的同相输入端。Rf为反馈电阻,将输出电压uo反馈至反相输入端,形成电压串联负反馈。R2为平衡电阻,且R2 = R1 / Rf。 (a)同相比例运算电路 (b)电压跟随器图9-5 同相比例运算电路与电压跟随器 由图9-5(a)可以列出1110RuRuifofRuui根据虚断的概念可知:i =i+ =0,所以i1 = if,即f
6、o1RuuRu再由虚短及i+ = 0,有u = u+ = ui,所以,fio1iRuuRu经整理得:i1fo)1 (uRRu1fiouf1RRuuA 当R1或Rf =0时,比例系数等于1,uo = ui ,对应的电路称为电压跟随器,如图9-5(b)所示。9.2.2 加减运算电路加减运算电路 1加法运算电路 加法运算是指电路的输出电压等于各个输入端电压的代数和,其电路图如图9-6所示。图中,有两个输入信号加到了反相输入端,同相输入端的平衡电阻R3= R1/R2/Rf。图9-6 单运放加法运算电路 2减法运算电路 减法运算是指电路的输出电压与两个输入电压之差成比例,减法运算又称为差动比例运算或差动
7、输入放大,其电路如图9-7所示。由图可见,运放的同相输入端和反相输入端分别接有输入信号ui1和ui2。从电路结构上看,它由同相比例运算电路和反相比例运算电路组合而成。 图9-7 单运放减法运算电路9.2.3 微分与积分运算电路微分与积分运算电路 1积分电路 将反相比例运算电路中的反馈电阻换成电容,可构成基本积分电路,如图9-10所示。图9-10 积分运算电路 由虚断和虚短的概念,可得u+ = u- 及i+ = i-=0,即R2中无电流,其两端无电压降,故u+ =0,亦即u- =0,故可得1i1-i1RuRuui考虑到i- =0,故i1 = ic,即1i1cRuii假设电容的初始电压为零,则 t
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