集成运算放大电路教学课件.ppt
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- 集成 运算 放大 电路 教学 课件
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1、1集成运算放大电路集成运算放大电路1 集成运算放大器集成运算放大器1.1 集成运算放大器的组成框图集成运算放大器的组成框图1.2 理想集成运算放大器理想集成运算放大器1.3 集成运算放大器的电压传输特性集成运算放大器的电压传输特性2 基本运算电路基本运算电路2.1 反相输入式比例运算放大电路反相输入式比例运算放大电路 2.2 同相输入式放大电路同相输入式放大电路2.3 加法、减法运算加法、减法运算2.4 积分、微分运算积分、微分运算3 电压比较器电压比较器4 集成运算放大器在应用中的实际问题集成运算放大器在应用中的实际问题21 集成运算放大器集成运算放大器1.1 集成运算放大器的组成框图集成运
2、算放大器的组成框图 集成运算放大器内部实际上是一个高增益的直接耦合放大器,其内部组成集成运算放大器内部实际上是一个高增益的直接耦合放大器,其内部组成原理框图如图原理框图如图3.1所示,它由输入级、中间级、输出级和偏置电路等所示,它由输入级、中间级、输出级和偏置电路等4部分组成。部分组成。图3.1 集成运算放大器内部组成原理框图 (1)输入级。要求其输入电阻高。为了能减小零点漂移和抑制共模干扰信)输入级。要求其输入电阻高。为了能减小零点漂移和抑制共模干扰信号,输入级都采用具有恒流源的差动放大电路,也称为差动输入级。号,输入级都采用具有恒流源的差动放大电路,也称为差动输入级。(2)中间级。要求中间
3、级本身具有较高的电压增益。)中间级。要求中间级本身具有较高的电压增益。(3)输出级。主要作用是输出足够的电流以满足负载的需要,同时还需要)输出级。主要作用是输出足够的电流以满足负载的需要,同时还需要有较低的输出电阻和较高的输入电阻,以起到将放大级和负载隔离的作用。有较低的输出电阻和较高的输入电阻,以起到将放大级和负载隔离的作用。(4)偏置电路。为各级提供合适的工作电流,一般由各种恒流源电路组成。)偏置电路。为各级提供合适的工作电流,一般由各种恒流源电路组成。32集成运算放大器的符号集成运算放大器的符号 图3.2 集成运算放大器的符号 限定符号读解:限定符号读解:表示放大(驱动)能力,表示放大(
4、驱动)能力,表示放大倍数为表示放大倍数为。“”表示同相输入端;表示同相输入端;“”表示反相输入端。若反相输入端接地,信号表示反相输入端。若反相输入端接地,信号由同相输入端输入,则输出信号和输入信号的相位相同;若将同相输入端接由同相输入端输入,则输出信号和输入信号的相位相同;若将同相输入端接地,信号从反相输入端输入,则输出信号和输入信号相位相反。集成运放的地,信号从反相输入端输入,则输出信号和输入信号相位相反。集成运放的引脚除输入、输出端外,还有正、负电源端,有的集成运算放大器有调零端,引脚除输入、输出端外,还有正、负电源端,有的集成运算放大器有调零端,如如A741等。等。41.2 理想集成运算
5、放大器理想集成运算放大器 满足下列条件的运算放大器称为理想集成运算放大器。满足下列条件的运算放大器称为理想集成运算放大器。(1)开环差模电压放大倍数)开环差模电压放大倍数Aud;(2)差模输入电阻)差模输入电阻 Rid;(3)输出电阻)输出电阻 RO0;(4)共模抑制比)共模抑制比;(5)输入偏置电流)输入偏置电流0;(6)失调电压、失调电流及温漂为)失调电压、失调电流及温漂为0。利用理想集成运算放大器分析电路时,由于集成运算放大器接近于利用理想集成运算放大器分析电路时,由于集成运算放大器接近于理想运算放大器,所以造成的误差很小,本章若无特别说明,集成运理想运算放大器,所以造成的误差很小,本章
6、若无特别说明,集成运算放大器均按理想运算放大器对待。算放大器均按理想运算放大器对待。51.3 集成运算放大器的电压传输特性集成运算放大器的电压传输特性 1电压传输特性电压传输特性 实际电路中集成运算放大器的传输特性如图实际电路中集成运算放大器的传输特性如图3.3所示。图中曲线上升部分的所示。图中曲线上升部分的斜率为开环电压放大倍数斜率为开环电压放大倍数Aud,以,以A741为例,其开环电压放大倍数为例,其开环电压放大倍数Aud可达可达105,最大输出电压受到电源电压的限制,不超过最大输出电压受到电源电压的限制,不超过18V,此时,输入端的电压,此时,输入端的电压uid=uod/Aud,不超过,
7、不超过0.18mV。也就是说,当。也就是说,当 在在 00.18mV之间时之间时,uod与与uid呈线性放大关系,称为线性工作区。呈线性放大关系,称为线性工作区。若若 超过超过0.18mV,则集成运算放大器内,则集成运算放大器内部的输出级晶体管进入饱和区工作,输出电压部的输出级晶体管进入饱和区工作,输出电压uod的值近似等于电源电压,的值近似等于电源电压,与与uid不再呈不再呈线性关系,故称为非线性工作区。线性关系,故称为非线性工作区。iduidu图3.3集成运算放大器的电压传输特性曲线 62集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用 集成运算放大器工作在线性区的必要条件是引入深度负反馈
8、。当集成集成运算放大器工作在线性区的必要条件是引入深度负反馈。当集成运算放大器工作在线性区时,输出电压在有限值之间变化,而集成运算放运算放大器工作在线性区时,输出电压在有限值之间变化,而集成运算放大器的大器的Aud,则,则uiduod/Aud0,由由 uid u+u ,得,得u+u ,此式,此式说明,同相端和反相端电压几乎相等,称为虚假短路,简称说明,同相端和反相端电压几乎相等,称为虚假短路,简称“虚短虚短”。由。由集成运算放大器的输入电阻集成运算放大器的输入电阻 rid,得,得i+i-0。此式说明,流入集成运算。此式说明,流入集成运算放大器同相端和反相端的电流几乎为放大器同相端和反相端的电流
9、几乎为0,称为虚假断路,简称,称为虚假断路,简称“虚断虚断”。3集成运算放大器的非线性应用集成运算放大器的非线性应用 当集成运算放大器工作在开环状态或外接正反馈时,由于集成运算放大器当集成运算放大器工作在开环状态或外接正反馈时,由于集成运算放大器的的Aud很大,只要有微小的电压信号输入,集成运算放大器就一定工作在非线很大,只要有微小的电压信号输入,集成运算放大器就一定工作在非线性区。其特点是:输出电压只有两种状态,不是正饱和电压性区。其特点是:输出电压只有两种状态,不是正饱和电压Uom,就是负饱,就是负饱和电压和电压Uom。(1)当同相端电压大于反相端电压,即)当同相端电压大于反相端电压,即u
10、u 时,时,uoUom。(2)当反相端电压大于同相端电压,即)当反相端电压大于同相端电压,即uu 时,时,uoUom。72 基本运算电路基本运算电路2.1 反相输入式比例运算放大电路反相输入式比例运算放大电路 1.虚地虚地”的概念的概念 U+U,Ii+Ii 0,即流过即流过R2的电流为的电流为0。U+0,则,则U+U 0说明反相端虽然没有直接说明反相端虽然没有直接接地,但其电位为地电位,相当于接地,是接地,但其电位为地电位,相当于接地,是“虚假接地虚假接地”,简称,简称“虚地虚地”。图3.4 反相输入式放大电路 2电压放大倍数电压放大倍数 在图3.4中,If foRUU foRUIi 1iRU
11、U 1iRU由于由于IIi0,因此,因此IfIi,即,即 1iRU foRUAuf ioUU 1fRRAuf 1fRR为比例系数为比例系数。8 RfR1时,时,Auf1,即输出电压和输入电压的大小相等,相,即输出电压和输入电压的大小相等,相位相反,此电路称为反相器。位相反,此电路称为反相器。同相输入端电阻同相输入端电阻R2用于保持运算放大器的静态平衡,要求用于保持运算放大器的静态平衡,要求R2R1Rf,故故R2称为平衡电阻。称为平衡电阻。3输入电阻、输出电阻输入电阻、输出电阻 由于反相输入式放大电路采用的是并联负反馈,所以从输入端看进由于反相输入式放大电路采用的是并联负反馈,所以从输入端看进去
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