电子技术第三章运放课件.ppt

1、 第十七章第十七章 集成运算放大器集成运算放大器 第第17章章 集成运算放大器集成运算放大器17.1 集成运算放大器简介集成运算放大器简介17.2 集成运放的基本结构集成运放的基本结构17.3 信号的运算电路信号的运算电路17.4 有源滤波电路有源滤波电路17.5 集成运放的非线性应用集成运放的非线性应用17.6 集成运放其它应用集成运放其它应用*17.1集成运算放大器简介集成运算放大器简介将整个电路的各个元件做在一将整个电路的各个元件做在一个半导体基片上。个半导体基片上。集成电路集成电路:优点优点:工作稳定、使用方便、体积小、工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。重量轻、功耗小。分类分

2、类:模拟集成电路、数字集成电路模拟集成电路、数字集成电路小、中、大、超大规模集成电路小、中、大、超大规模集成电路 集成电路内部结构的特点集成电路内部结构的特点1、电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差、电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。方向一致，温度均一性好。2、电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到、电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。件代替或外接。3、几十、几十PF以下的小电容用以下的小电容用PN结的结电容构成、结的结电容构成、大电容要外接。大电容要外接。4、二极管一般用

3、三极管的发射结构成。、二极管一般用三极管的发射结构成。17.2 集成运放的基本结构集成运放的基本结构输入级输入级中间级中间级 输出级输出级-UEE+UCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS基本原基本原理框图理框图-UEE+UCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS要求：要求：输入级输入级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。-UEE+UCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS输入级输入级中间级中间级足够大的电压放大倍数足够大的电压放大倍数-UEE+UCC

4、uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS输入级输入级中间级中间级 输出级输出级主要提高带负载能力，给出足够的输出电流主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io，输出阻抗，输出阻抗 ro小。小。ri 高高:几十几十k 几百几百k 运放的特点：运放的特点：KCMRR很大很大 ro 小：几十小：几十 几百几百 A o 很大很大:104以上以上 107理想运放：理想运放：ri KCMRR ro 0Ao 运放符号：运放符号：uu+uo运放的特点和符号运放的特点和符号 u u+uo A0运算放大器的传输特性运算放大器的传输特性uiuo+UOM-UOM ui_+A0uoAo越大，运放的线性

5、范围越小，必须加负越大，运放的线性范围越小，必须加负反馈才能使其工作于线性区。反馈才能使其工作于线性区。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，称其所谓输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的的理想运放理想运放。理想运放工作在线性区的理想运放工作在线性区的条件条件：在运放的：在运放的输出与输入之间加深度输出与输入之间加深度负负反馈。反馈。0A ir0ro)uu(Au0o uu0ii放大倍数与负载无关，可以放大倍数与负载无关，可以分开分析。分开分析。虚短路虚短路虚断路虚断路 17.3 信号的运算电路信号的运算电路17.

6、3.1 概述概述运放线运放线性运用性运用信号的放大、运算信号的放大、运算有源滤波电路有源滤波电路_+A017.3.2 信号的运算电路信号的运算电路(1)反相比例运算放大器反相比例运算放大器_+RFR1R2uiuo0uu i1iFi1=iFFo1iRuRu 1F10uRRuuA 平衡电阻，使输入端对地的静态平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等电阻相等。R2=R1/RF(2)同相比例运算放大器同相比例运算放大器uo_+RFR1R2uiu-=u+=ui1oRuRuuF u)RR1(u1Fo电压并联负反馈电压并联负反馈i1Fou)RR1(u _+RFR1R2uiuoR3 u)RR1(u1Fo i323

7、uRRRu (3)电压跟随器电压跟随器_+R2uiuoiouuuu 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跟随性能好。(4)反相求和运算：反相求和运算：_+RFR11R12ui2uoRPui1i11i12iF0uu F1211iii )uRRuRR(u2i12F1i11F0 (5)同相求和运算：同相求和运算：此电路如果以此电路如果以u+为为输入输入，则输出为：，则输出为：u)RR1(u1F0u+ui1 、ui2？2221222211

8、11RRRuRuuii R1RF+u i1+_uoR21R22ui2-u+利用节点电压法：利用节点电压法：(6)减法电路减法电路_+RFR1R2ui2uoR3ui1 uu11iFoRuuRuu 2i323uRRRu 1i1Fi1FouRRu)RR1(u 解出：解出：(7)微分运算：微分运算：u-=u+=0RuioF dtduCii1 F1ii dtduRCuio u i+uoRR2i1iFCtsinui 若输入：若输入：则：则：)90tsin(RC tcosRCuo tui0tuo0应用举例：应用举例：tui0(8)积分运算：积分运算：Ruii1 dtduCioF dtuRC1uiotuo01

9、、输入方波，输出、输入方波，输出是三角波。是三角波。i1iFu i-+RR2Cuo2、如果积分器从某一时刻输入一直流、如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反向积分，经过一定的时电压，输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。间后输出饱和。tui0tuo0 t0oUdtRC1uU-UomMomUTRC1U URCUTomM TM积分时限积分时限（9）三运放电路）三运放电路+A-+ARRRWui1ui2uo1uo2ab+R1R1-+AR2R2uo+1iauu 2ibuu WbaW2o1oRuuRR2uu W2i1iRuu 1o2ouu)uu(RRR21i2iWW +A_+ARRRWui1ui

10、2uo1uo2ab+)uu(RRu1o2o12o R1R1+AR2R2uouo1uo2)uu(RRR2RR1i2iWW12 1o2ouu)uu(RRR21i2iWW 17.4 有源滤波器有源滤波器滤波电路的种类滤波电路的种类:按信号性质按信号性质:模拟滤波器和数字滤波器模拟滤波器和数字滤波器按电路功能按电路功能:低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器带通滤波器带通滤波器带阻滤波器带阻滤波器按所用元件按所用元件:无源滤波器和无源滤波器和有源滤波器有源滤波器)j(Ui )j(Uo 传递函数：传递函数：ioioioUU)j(U)j(U)j(T ioUU)j(T 幅频特性幅频特性io)(相频特性相频

11、特性filter按频率特性进行分类：按频率特性进行分类：ioUU ioUU ioUU ioUU低通低通高通高通带通带通带阻带阻RCR一阶低通滤波器一阶低通滤波器iU oU j1Rj1UUioRCj11 0j11 RC10 17.4.1 一阶有源低通滤波器一阶有源低通滤波器iUCj1RCj1U iUCj11 Cj11)RR1(UU1Fio UURR1RFC+-+iU oU 如何组成高通滤波器？如何组成高通滤波器？RC对调对调RR1RFC+-+iU oU 17.5 集成运放的非线性应用集成运放的非线性应用所谓非线性应用是指，由运放组成的所谓非线性应用是指，由运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入

12、的关电路处于非线性状态，输出与输入的关系系uo=f(ui)是非线性函数。由运放组成的是非线性函数。由运放组成的非线性电路有以下三种情况。非线性电路有以下三种情况。1、电路中的理想运放处于非线性状态。、电路中的理想运放处于非线性状态。+Auo 比如：运放开环应用比如：运放开环应用uo 加有正反馈的运放电路，运放处于加有正反馈的运放电路，运放处于非线性状态。非线性状态。2、电路中的运放处于线性状态，但外围电、电路中的运放处于线性状态，但外围电路有非线性元件（二极管、三极管）。路有非线性元件（二极管、三极管）。ui0时：时：i11FouRRu ui0时：时：i12F1FouRR/Ru _+Auo R

13、1RF1RF2Dui+3、另一种情况，电路中的运放处于非线性、另一种情况，电路中的运放处于非线性状态，外围电路也有非线性元件（二极状态，外围电路也有非线性元件（二极管、三极管）。管、三极管）。由于处于线性与非线性状态的由于处于线性与非线性状态的运放的分析方法不同，所以分析运放的分析方法不同，所以分析电路前，首先确定运放的状态，电路前，首先确定运放的状态，主要由有无负反馈决定。主要由有无负反馈决定。处于非线性状态运放的特点处于非线性状态运放的特点1、虚短路不成立。、虚短路不成立。2、输入电阻仍可以认为很大。、输入电阻仍可以认为很大。3、输出电阻仍可以认为是、输出电阻仍可以认为是0。17.5.1

14、限幅器限幅器tuiu0tUZ-UZ-+Auo R1RFuiDZR+另一种形式的限幅器：另一种形式的限幅器：uoui0+UZ-UZ传输特性传输特性-+Auo R1RFuiDZ+17.5.2 电压比较器电压比较器+uouiURuoui0+Uom-UomURuoui0+UZ-UZ+uoui1、过零比较器、过零比较器+uouituituo+Uom-Uom例：利用电压比较例：利用电压比较器将正弦波变为方器将正弦波变为方波。波。+uiuo UZuoui0+UZ-UZ2、稳定输出电压、稳定输出电压电压比较器的另一种形式电压比较器的另一种形式+uiuo UZR R_总结总结1、电路简单。、电路简单。2、当、当

15、Ao不够大时，输出边沿不陡。不够大时，输出边沿不陡。3、容易引入干扰。容易引入干扰。tuituo过零附近仍过零附近仍处于放大区处于放大区Ao不够大时的情况不够大时的情况17.5.3 迟滞比较器迟滞比较器1、下行的迟滞比较器、下行的迟滞比较器分析：分析：1)因为有正反馈，所以因为有正反馈，所以输出饱和输出饱和。2)当当uo正饱和时正饱和时：Hom211RUURRRU 3)当当uo负饱和时：负饱和时：Lom211RUURRRU 比较电压由原比较电压由原来的输出决定来的输出决定+uoRR2R1uiUR传输特性传输特性U+HU+L跳转后增大了跳转后增大了U+-U-加速跳转加速跳转U+H-U+L称为回称

16、为回差差小于回差的干扰不会引起跳转小于回差的干扰不会引起跳转下限下限上限上限uoui0Uom-UomtuiU+HU+LtuoUom-Uom输入正弦波的情况输入正弦波的情况R212om211HURRRURRRU R212om211LURRRURRRU 加上参考电压后的上下限加上参考电压后的上下限+uoRR2R1uiUR加上参考电压后的传输曲线加上参考电压后的传输曲线uoui0U+HU+L2、上行的迟滞比较器、上行的迟滞比较器0URRRURRRom211H212 u+=0 时翻转，时翻转，可以求出上下可以求出上下限。限。0URRRURRRom211L212 om21HURRU om21LURRU

17、+uoRR2R1uiU+HU+Luoui0Uom-Uom传输特性曲线传输特性曲线为了稳定输出电压，可以为了稳定输出电压，可以在输出端加上双向稳压管在输出端加上双向稳压管如何计算上下限？如何计算上下限？不变！不变！+RR2R1uiuo UZ另一种电路形式另一种电路形式如何计算上下限？如何计算上下限？用用UZ代替代替Uom+RR2R1uiuo UZ另一种电路形式另一种电路形式如何计算上下限？如何计算上下限？上下限不同！上下限不同！+RR2R1uiuoUZ另一种电路形式另一种电路形式 UZ+uoRR2R1ui17.6 集成运放其它应用集成运放其它应用*17.6.1 电压源、电流源与电压、电流的测量电

18、压源、电流源与电压、电流的测量1、电压源：、电压源：要求输出电阻小要求输出电阻小电路电路组成组成反向比例放大器反向比例放大器同相比例放大器同相比例放大器_+R2R1RPUoUs反向比例放大器组成的电压源反向比例放大器组成的电压源电路特点电路特点1、同相比例放大器组成的电压源的输出、同相比例放大器组成的电压源的输出大于输入。大于输入。2、反相比例放大器组成的电压源输出可、反相比例放大器组成的电压源输出可以小于输入。以小于输入。3、同相比例放大器的输入电阻大，从信、同相比例放大器的输入电阻大，从信号源取得的电流小。号源取得的电流小。2、电流源：、电流源：要求输出电阻大，要有电流要求输出电阻大，要有

19、电流负反馈。负反馈。_+R2R1RPUsRFRLFIL_+R2R1RPUsRFRLFILs12FURRU S1F2FF2FFLURRRRUR/RUI 负载负载悬地！悬地！R1R1+AR2R2uoUsRLIL负载接地的电流源负载接地的电流源1SLRUI 自己推导自己推导同相输入的电流源可以作为电压表同相输入的电流源可以作为电压表_+RFRGUxFIG输入电阻大，相输入电阻大，相当于电压表的内当于电压表的内阻是无穷。阻是无穷。IG正比于正比于UX_+RFRGUxFIGFXGRUI 选用：选用：IG=100 A，RF=10，则：，则：UX=IGRG=1mV此电路的优点此电路的优点1、能测量较小的电压；、能测量较小的电压；2、输入电阻高，对被测电路影响小；、输入电阻高，对被测电路影响小；3、与、与RG无关，表头的互换性好；无关，表头的互换性好；4、RF小，可以做得较精密。小，可以做得较精密。