精选电工学下chapter16-newmod课件.ppt
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1、 第第16章章 集成运算放大电路集成运算放大电路 返回返回16.1 集成运算放大器的简单介绍16.2 运算放大器在信号运算方面的应用16.3 运算放大器在信号处理方面的应用16.4 运算放大器在波形产生方面的应用16.5 使用运算放大器应注意的几个问题集成电路集成电路:它是用一定的生产工艺把它是用一定的生产工艺把晶体管、场晶体管、场效应管、二极管、电阻、电容效应管、二极管、电阻、电容、以及以及它们之间的连线所组成的整个电路它们之间的连线所组成的整个电路集集成成在一块半导体基片上,封装在一个在一块半导体基片上,封装在一个管壳内,构成一个完整的、具有一定管壳内,构成一个完整的、具有一定功能的器件,
2、也称为功能的器件,也称为优优 点:点:工作稳定、使用方便、体积小、重量工作稳定、使用方便、体积小、重量 轻、功耗小,实现了轻、功耗小,实现了元件、电路和系元件、电路和系统统的三结合的三结合返回目录返回目录集成电路中元器件的特点集成电路中元器件的特点1.单个的精度不是很高单个的精度不是很高,但由于是在同一硅片但由于是在同一硅片上、用相同工艺生产出来的,上、用相同工艺生产出来的,性能比较一致性能比较一致2.2.元器件相互离得很近元器件相互离得很近,温度特性较一致温度特性较一致3.3.电阻一般在几十欧至几十千欧、太高或太低电阻一般在几十欧至几十千欧、太高或太低都不易制造都不易制造 4.4.电感难于制
3、造电感难于制造,电容一般不超过电容一般不超过200pF,200pF,大电容大电容不易制造不易制造返回目录返回目录16.1 16.1 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:集成运算放大器:是一种是一种高放大倍数、高输入高放大倍数、高输入 电阻、低输出电阻电阻、低输出电阻的直接耦的直接耦合放大电路合放大电路电路方框图电路方框图中间级中间级输入级输入级输出级输出级偏置电路偏置电路 尽量减小零点漂移尽量减小零点漂移,尽量提高尽量提高KCMRR,输入阻抗输入阻抗 ri尽可能大尽可能大中间级应有足够大的电压放大倍数中间级应有足够大的电压放大倍数输出级主要提高带负载能力,给出输出级
4、主要提高带负载能力,给出足够的输出电流足够的输出电流io,输出阻抗,输出阻抗 ro小。小。内部内部电路电路返回目录返回目录集成电路的封装集成电路的封装双列直插式塑料封装双列直插式塑料封装管脚数有管脚数有8 8、1010、1212、1414、1616等种类等种类金属壳封装金属壳封装管脚数有管脚数有8 8、1010、1212等种类等种类返回目录返回目录213 4 5 6 7 8910111213141516VDDVSSIR(A B)IR(C D)每两个每两个运放共运放共用一个用一个偏置偏置电阻电阻四个四个运放运放共用共用V VDDDD、V VSSSS端端C14578C14578外引线排列图外引线排
5、列图213 4 5 6 7 8910111213141516VDDVSSIR(A B)IR(C D)返回目录返回目录F007F007(5G245G24)外引线图)外引线图 反相反相输入端输入端 同相同相输入端输入端输出端输出端A Ao o1 11 15 54 43 32 26 67 7+15V+15V-15V-15V接接 线线 图图顶顶 视视 图图CCVEEVOUTININ返回目录返回目录 rid 高高:几十几十k 几百几百k 运放的特点:运放的特点:理想运放:理想运放:rid KCMRR很大很大KCMMRR ro 小:几十小:几十 几百几百 ro 0 Auo 很大很大:104以上以上 107
6、Auo 运放的特点和符号运放的特点和符号运放符号:运放符号:u u+uo A0 u u+uo A0 u u+uo 返回目录返回目录运算放大器的传输特性运算放大器的传输特性)(ioufu+UO(sat)-UO(sat)线性区线性区饱和区饱和区饱和区饱和区uuou)(uuAuuoo线性区很线性区很窄窄,所以所以运放在线运放在线性区工作性区工作,通常引入通常引入深度电压深度电压负反馈负反馈返回目录返回目录运算放大器线性应用时的分析依据运算放大器线性应用时的分析依据1.1.差模输入电阻差模输入电阻 ,两个输入端的输入电流两个输入端的输入电流可认为是零,即可认为是零,即虚断虚断。idr2.2.开环电压放
7、大倍数开环电压放大倍数 输出电压是一个输出电压是一个有限值,有限值,0uA00uoAuuu uu即即虚短虚短。,0u 如果信号从反向端输入,同相端接地如果信号从反向端输入,同相端接地 0u反相端近于反相端近于“地地”电位,即电位,即虚地虚地。返回目录返回目录运算放大器在饱和区时的情况运算放大器在饱和区时的情况当当 时时,uuo(sat)Uouuuo(sat)Uou当当时,时,注意注意:此时输入端的输入电流也等于零此时输入端的输入电流也等于零返回目录返回目录16.2 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用1.1.比例运算比例运算(1)反相输入fii 10uu111
8、RuRuuiiiFFfRuRuuiooi1FouRRu1FiofRRuuAuR R2 2R R1 1R RF Fu ui iu uo o1ifi返回目录返回目录平衡电阻,保证输入端平衡电阻,保证输入端对地的静态电阻相等对地的静态电阻相等R R2 2R R1 1R RF Fu ui iu uo o电路的输入电阻1iRR 平衡电阻F12/RRR 返回目录返回目录R RR R2 2R R1 1F Fu ui iu uo o电位为零,虚地电位为零 注意虽然虽然0uu但不能将反相输但不能将反相输入端和同相输入入端和同相输入端直接相联或者端直接相联或者直接接地直接接地返回目录返回目录(2)(2)同相输入同
9、相输入R R2 2R R1 1R RF Fu uo ou ui iiuuuf1ii 1Fiof1RRuuAu请思考:当当1R0FR或或此电路此电路 有什么特点?有什么特点?例题FoiFofRuuRuui1i11RuRuii1Fo1uRRufi1i返回目录返回目录i313Fi212Fi111FouRRuRRuRRu2.2.加法运算加法运算12i212Rui11i111Rui13i313Rui131211fiiiiFofRuiFfoRiu(1)反相加法器R R2 2R RF Fu uo oR RF Fu uo ou ui i1 1u ui i2 2u ui i3 3R R1 12 2R R1 11
10、 1R R1 13 311i12i13i返回目录返回目录R R2 2R RF Fu uo oR RF Fu uo ou ui i1 1u ui i2 2u ui i3 3R R1 12 2R R1 11 1R R1 13 3平衡电阻F1312112/RRRRR 加法运算电路与运算放大器本身的参加法运算电路与运算放大器本身的参数无关数无关,只要电阻阻值足够精确只要电阻阻值足够精确,就可就可保证加法运算的精度和稳定性保证加法运算的精度和稳定性.返回目录返回目录(2)同相加法器R R2 2R R1 1R RF Fu ui iu uo oR R2 2R R1 1R RF Fu uo ou ui iR
11、R3 3R R2 2R RF Fu uo oR RF Fu uo ou ui1i1u ui2i2u ui3i3R R1212R R1111R R1313R R1 1R RF Fu uo ou ui1i1u ui2i2R R2121R R2222i2222121i1222122uRRRuRRRu此电路若以此电路若以u为输入,为输入,则输出为:则输出为:uRRu1Fo1i2222121i12221221Fo1uRRRuRRRRRu请想一想:外接的各电阻关系如何?请想一想:外接的各电阻关系如何?反相求和电路与同相求电路相比有什么优点?反相求和电路与同相求电路相比有什么优点?3.减法运算R R2 2R
12、 R1 1R RF Fu ui iu uo oR R2 2R R1 1R RF Fu uo ou ui iR R3 3R R2 2R RF Fu uo oR RF Fu uo ou ui1i1u ui2i2u ui3i3R R1212R R1111R R1313R R1 1R RF Fu uo ou ui1i1u ui2i2R R2121R R2222R R2 2R R1 1R RF Fu uo ou ui1i1R R3 3R R2 2R R1 1R RF Fu uo oR R3 3u ui2i2图中电路的输入方图中电路的输入方式也称做式也称做差动输入差动输入由同相输入及反相输入由同相输入及反
13、相输入的结论的结论,运用叠加定理,运用叠加定理ooouuui23231Fi11Fo1uRRRRRuRRui11FouRRui23231Fo1uRRRRRu返回目录返回目录请思考:如何选择电阻,能得出如下结论i1i21FouuRRui1i2ouuu差动输入方式下的电压放大倍数差动输入方式下的电压放大倍数1Fi1i2oufRRuuuA注意:这种输入方式存在较大的共模电压,应选这种输入方式存在较大的共模电压,应选用用K KCMRRCMRR较大的运放,并应注意电阻阻值的选取。较大的运放,并应注意电阻阻值的选取。例题返回目录返回目录4.4.积分运算积分运算R R2 2R R1 1C CF Fu ui i
14、u uo ou uc c1if1RuiituCRtiCuud1d1iF1fFco反相输入反相输入0u虚地虚地例题1ifi返回目录返回目录ou思考题:在图示电路中,输入电压在图示电路中,输入电压mV6280sinitu 试求输出电压试求输出电压的幅值,并画出的幅值,并画出ou的波形图。的波形图。iutoutR R2 2R R1 1C CF Fu ui iu uo ou uc c返回目录返回目录5.5.微分电路微分电路R R2 2C CF Fu ui iu uo ou uc cR RF FiFfFoiRiRutuCRuddi1FotuCtuCiCddddi111ifii 应用举例fi1i返回目录返
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