第14章集成运算放大器优秀PPT.ppt
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1、第14章集成运算放大器现在学习的是第1页,共77页第14章 集成运算放大器n14.1 集成运算放大器概述n14.2 反馈的基本概念n14.3 负反馈对放大电路性能的改善n14.4 理想运算放大器n14.5 基本运算电路n14.6 电压比较器n14.7 RC正弦波振荡电路Home现在学习的是第2页,共77页14.1 集成运算放大器概述n14.1.1 集成运算放大器的组成n14.1.2 电压传输特性现在学习的是第3页,共77页14.1.1 集成运算放大器的组成n概念:是一种电压放大倍数很高的直接耦合的多级放大电路n组成:输入级,中间级和输出级三个基本部分组成n输入级:双端输入的差分放大电路n中间级
2、:完成电压放大,一般采用共射放大电路n输出级:采用互补对称放大电路或共集放大电路现在学习的是第4页,共77页 1 1 1 1集成运算放大器概述集成运算放大器概述集成运算放大器概述集成运算放大器概述 集成运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多集成运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路,它的类型很多,电路也不一样,但结构具有共同级直接耦合放大电路,它的类型很多,电路也不一样,但结构具有共同之处,一般由四部分组成。之处,一般由四部分组成。集成运算集成运算放大器放大器 输入级输入级一般是差动放大器,利用其对称一般是差动放大器,利用其对称特性可以提高整个
3、电路的共模抑制比和电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、同相输入路性能,输入级有反相输入端、同相输入端两个输入端;端两个输入端;中间级中间级的主要作用是提高电压增益,一的主要作用是提高电压增益,一般由多级放大电路组成;般由多级放大电路组成;输出级输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器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。所组成,以降低输出电阻,提高带负载能力。偏置电路偏置电路是为各级提供合适的工作电流。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此外还有一些过载保护电路及高频补偿环节等辅助环节。环节等辅助环节。集成
4、电路的几种外形集成电路的几种外形现在学习的是第5页,共77页左图所示为左图所示为A741A741集成运算放大器的芯片实物外形图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,从实物外形图上可看出,A741A741集成运放有集成运放有8 8个管脚,个管脚,管脚的排列图、电路图符号如下:管脚的排列图、电路图符号如下:1 A741A7412876543空脚空脚正电源端正电源端输出端输出端调零端调零端调零端调零端 反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端负电源端负电源端集成运放的电路图符号集成运放的电路图符号 U0U+U-同相输入同相输入反相输入反相输入+12V输出输出6513724-12V调零
5、电位器调零电位器外部接线图外部接线图现在学习的是第6页,共77页 2 2 2 2集成运算的主要技术指标集成运算的主要技术指标集成运算的主要技术指标集成运算的主要技术指标 指集成运放工作在线性区,接入规定的负载,无负反馈情况下的直流差指集成运放工作在线性区,接入规定的负载,无负反馈情况下的直流差模电压增益。集成运放的模电压增益。集成运放的Au0一般很高,约为一般很高,约为104107;集成运放的差动输入电阻很高,可高达几十千欧和几十兆欧;由于集成运放的差动输入电阻很高,可高达几十千欧和几十兆欧;由于运放总是工作在深度负反馈条件下,因此其闭环输出电阻很低,约在几运放总是工作在深度负反馈条件下,因此
6、其闭环输出电阻很低,约在几十欧至几百欧之间;十欧至几百欧之间;(2)差模输入电阻)差模输入电阻ri和输出电阻和输出电阻r0(1)开环电压放大倍数)开环电压放大倍数Au0 指运放两个输入端能承受的最大共模信号电压。超出这个电压时,指运放两个输入端能承受的最大共模信号电压。超出这个电压时,运放的输入级将不能正常工作或共模抑制比下降,甚至造成器件损坏。运放的输入级将不能正常工作或共模抑制比下降,甚至造成器件损坏。(3)最大共模输入电压)最大共模输入电压Uicmax 现在学习的是第7页,共77页14.1.1 集成运算放大器的组成集成运放的特点:集成运放的特点:电压增益高电压增益高输入电阻大输入电阻大输
7、出电阻小输出电阻小零点漂移小零点漂移小抗干扰能力强抗干扰能力强可靠性高可靠性高,体积小体积小,耗电少耗电少现在学习的是第8页,共77页14.1.2 电压传输特性n集成运放的输出电压与输入电压之间的关系称为集成运放的电压传输特性现在学习的是第9页,共77页uiuo+UOM-UOMAo越大,运放的线性范围越小,必须越大,运放的线性范围越小,必须在在输出与输入之间输出与输入之间加加负反馈负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。才能使其扩大输入信号的线性范围。uiuo_+Ao运放工作在线性区时的特点运放工作在线性区时的特点例:若例:若UOM=12V,Ao=106,则则|ui|1:结论:结论:当当 Ao
8、很大时,负反馈放大器的闭环放大倍数与晶很大时,负反馈放大器的闭环放大倍数与晶体管无关,只与反馈网络有关。即负反馈可以稳定体管无关,只与反馈网络有关。即负反馈可以稳定放大倍数。放大倍数。现在学习的是第16页,共77页14.2.1 反馈的分类n1 正反馈和负反馈n2 交流反馈和直流反馈n3 串联反馈和并联反馈n4 电流反馈和电压反馈现在学习的是第17页,共77页1 正反馈和负反馈正反馈:输入量不变时,引入反馈后输出量变大了。正反馈:输入量不变时,引入反馈后输出量变大了。负反馈:输入量不变时,引入反馈后输出量变小了。负反馈:输入量不变时,引入反馈后输出量变小了。另一角度另一角度正反馈:引入反馈后,使
9、净输入量变大了。正反馈:引入反馈后,使净输入量变大了。负反馈:引入反馈后,使净输入量变小了。负反馈:引入反馈后,使净输入量变小了。判别方法:判别方法:瞬时极性法瞬时极性法。即在电路中,从输入端开始,沿着。即在电路中,从输入端开始,沿着 信号流向,标出某一时刻有关节点电压变化的斜率信号流向,标出某一时刻有关节点电压变化的斜率 (正斜率或负斜率,用(正斜率或负斜率,用“+”、“-”号表示)。号表示)。现在学习的是第18页,共77页例例(+)(+)(-)(-)(-)净输入量净输入量(+)(+)(-)(-)净输入量净输入量负反馈负反馈正反馈正反馈反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路级间反馈通级间反馈通路路
10、(+)(+)(+)(+)(-)(-)净输入量净输入量级间负反馈级间负反馈反馈通路反馈通路本级反馈通路本级反馈通路现在学习的是第19页,共77页2 交流反馈和直流反馈 根根据据反反馈馈到到输输入入端端的的信信号号是是交交流流,还还是是直直流流,或或同同时时存存在在,来来进进行判别。行判别。取决于反馈通路。取决于反馈通路。例例(+)(+)(+)(+)交、直流负交、直流负反馈反馈(+)交流正反馈交流正反馈现在学习的是第20页,共77页3 串联反馈和并联反馈n串联反馈:反馈信号与输入信号以串联的形式作用于净输入端n并联反馈:反馈信号与输入信号以并联形式作用于净输入端现在学习的是第21页,共77页4 电
11、流反馈和电压反馈n电压反馈:如果反馈信号取自输出电压,与输出电压成比例n电流反馈:如果反馈信号取自输出电流,与输出电流成比例现在学习的是第22页,共77页5 四种类型的反馈阻态四种类型的反馈阻态1).类型类型由此可组成四种阻态:由此可组成四种阻态:输入端:反馈信号在输入端的联接分为输入端:反馈信号在输入端的联接分为串联串联和和并联并联两种方式。两种方式。输出端:反馈信号在输出端分为取输出端:反馈信号在输出端分为取电压电压和取和取电流电流两种方式。两种方式。电压串联电压串联电压并联电压并联电流串联电流串联电流并联电流并联2).四种阻态的判断方法四种阻态的判断方法并联:反馈量并联:反馈量输入量输入
12、量接于同一输入端。接于同一输入端。接于不同的输入端。接于不同的输入端。串联:反馈量串联:反馈量输入量输入量电流:将反馈接到非输出端。电流:将反馈接到非输出端。电压:将反馈接到输出端。电压:将反馈接到输出端。现在学习的是第23页,共77页14.3 负反馈对放大电路性能的改善 1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 4 减少非线性失真减少非线性失真 2 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 5 为改善性能引入负反馈的一般原则为改善性能引入负反馈的一般原则 3 展宽通频带展宽通频带现在学习的是第24页,共77页五为改善性能引入负反馈的一般原则五为改善性能引入负反馈的一般原则n 要稳定直
13、流量要稳定直流量 引直流负反馈引直流负反馈n 要稳定交流量要稳定交流量引交流负反馈引交流负反馈n 要稳定输出电压要稳定输出电压引电压负反馈引电压负反馈n 要稳定输出电流要稳定输出电流引电流负反馈引电流负反馈n 要增大输入电阻要增大输入电阻 引串联负反馈引串联负反馈n 要减小输入电阻要减小输入电阻引并联负反馈引并联负反馈现在学习的是第25页,共77页由于运放的开环放大倍数很大,输入电阻高,由于运放的开环放大倍数很大,输入电阻高,输出电阻小,在分析时常将其理想化,称其输出电阻小,在分析时常将其理想化,称其所谓的所谓的理想运放理想运放。理想运放的条件理想运放的条件虚短路虚短路放大倍数与负载无关。分析
14、多个放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。分别对每个运放进行。虚开路虚开路运放工作在线性区的特点运放工作在线性区的特点一、在分析信号运算电路时对运放的处理一、在分析信号运算电路时对运放的处理现在学习的是第26页,共77页二、分析运放组成的线性电路的出发点二、分析运放组成的线性电路的出发点虚短路虚短路虚开路虚开路放大倍数与负载无关,放大倍数与负载无关,可以分开分析可以分开分析。u+uo_+uIi信号的放大、运算信号的放大、运算有源滤波电路有源滤波电路运放线运放线性应用性应用现在学习的是第27页,共77页14.5 基本运算电路n比例
15、运算电路n加法运算电路n减法运算电路n微分运算电路n积分运算电路现在学习的是第28页,共77页比例运算电路比例运算电路信号的运算电路信号的运算电路作用:作用:将信号按比例放大。将信号按比例放大。类型:类型:同相比例放大和反相比例放大。同相比例放大和反相比例放大。方法:方法:引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关,这样输出电压与运放的开环放大倍数无关,与输入电压和反馈系数有关。与输入电压和反馈系数有关。现在学习的是第29页,共77页i1=i2uo_+R2R1RPuii1i21.放大倍数放大倍数虚短路虚短路虚开路虚开路一
16、、反相比例运算电路一、反相比例运算电路结构特点:结构特点:负反馈引到反相输入负反馈引到反相输入端,信号从反相端输入。端,信号从反相端输入。虚开路虚开路现在学习的是第30页,共77页平衡电阻,使输入端对地平衡电阻,使输入端对地的静态电阻相等,保证静的静态电阻相等,保证静态时输入级的对称性。态时输入级的对称性。RP=R1 /R2uo_+R2R1RPuii1i2现在学习的是第31页,共77页反相比例电路的特点:反相比例电路的特点:1.共模输入电压为共模输入电压为0,因此对运放的共模抑制比要求低。,因此对运放的共模抑制比要求低。2.由于电压负反馈的作用,输出电阻小,可认为是由于电压负反馈的作用,输出电
17、阻小,可认为是0,因此带负载能力强。因此带负载能力强。3.由于并联负反馈的作用,输入电阻小,因此对由于并联负反馈的作用,输入电阻小,因此对输入电流有一定的要求。输入电流有一定的要求。4.在放大倍数较大时,该电路结构不再适用在放大倍数较大时,该电路结构不再适用。现在学习的是第32页,共77页二、同相比例运算电路二、同相比例运算电路_+R2R1RPuiuou-=u+=ui反馈方式:反馈方式:电压串联负反馈。输入电阻高。电压串联负反馈。输入电阻高。虚短路虚短路虚开路虚开路结构特点:结构特点:负反馈引到反相负反馈引到反相输入端,信号从同相端输入。输入端,信号从同相端输入。虚开路虚开路现在学习的是第33
18、页,共77页同相比例电路的特点:同相比例电路的特点:3.共模输入电压为共模输入电压为ui,因此对运放的共模抑制比要求高。,因此对运放的共模抑制比要求高。1.由于电压负反馈的作用,输出电阻小,可认为是由于电压负反馈的作用,输出电阻小,可认为是0,因此带负载能力强。,因此带负载能力强。2.由于串联负反馈的作用,输入电阻大。由于串联负反馈的作用,输入电阻大。现在学习的是第34页,共77页_+uiuo此电路是电压并联负反馈,输入电阻大,输出电此电路是电压并联负反馈,输入电阻大,输出电阻小,在电路中作用与分离元件的射极输出器相同,阻小,在电路中作用与分离元件的射极输出器相同,但是电压跟随性能好。但是电压
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