集成运算放大器实用版课件.pptx

1、5.1 5.1 集成运放的基本组成集成运放的基本组成概述概述集成运放的输入级电路集成运放的输入级电路差分放大差分放大 电路电路集成运放的输出级电路集成运放的输出级电路互补对称互补对称 电路电路集成运放的图形符号和信号输入方式集成运放的图形符号和信号输入方式概述概述 集成运放是一种具有很高的电压放大倍数，集成运放是一种具有很高的电压放大倍数，性能优越，集成化的多级放大器。性能优越，集成化的多级放大器。集成电路的工艺特点：集成电路的工艺特点：（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实现需要对称结构的电路。现需要对称结构的电路。（2）

2、集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。瓦以下。（3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。（4）只能制作几十）只能制作几十pF以下的小电容。因此，集成放大器都采用以下的小电容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大电容，只有外接。直接耦合方式。如需大电容，只有外接。（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。）不能制造电感，如需电感，也只能外接。o 输入级输入级o 中间级中间级o 输出级输出级o 偏置电路偏置电路多级放大器的耦合方式：多级放大器的耦合方式：阻容耦

3、合阻容耦合直接耦合直接耦合变压器耦合变压器耦合集成运放的基本组成框图集成运放的基本组成框图 直耦放大电路的特殊问题直耦放大电路的特殊问题零点漂移零点漂移零漂现象零漂现象：产生零漂的原因产生零漂的原因：零漂的衡量方法：零漂的衡量方法：由温度变化引起的。当温度变由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。漂移。因而零点漂移也叫温漂。输入输入u ui i=0=0时，输出有时，输出有缓慢

4、变化的电压产生缓慢变化的电压产生。将输出漂移电压按电压增益折将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。算到输入端计算。+-Re1b1Rc1RT1ouuiTV2CCRe2VEEuo0t集成运放的输入级电路集成运放的输入级电路 差分放大电路差分放大电路电路特点：对称；双湍输电路特点：对称；双湍输 入，双湍输出。入，双湍输出。1.1.静态分析静态分析120iiuu12,BBII12,CCII12CCuu120oCCuuu温度变化引起的漂移温度变化引起的漂移 12,BBii12,CCii12CCuu120oCCuuu2.2.动态分析动态分析o 差模信号输入差模信号输入差模信号差模信号 12,iiuu

5、大小相同，极性相反。大小相同，极性相反。12iiuu与111222,ibcibcuiiuii、11bcii、分别与分别与22bcii、大小相同，方向相反大小相同，方向相反；12oouu与大小相同，极性相反。大小相同，极性相反。12ooouuu故 ，有输出电压，具有放大作用。有输出电压，具有放大作用。记差模放大倍数为记差模放大倍数为dAo 共模信号输入共模信号输入共模信号共模信号 12iiuu12iiuu与大小和极性均相同。大小和极性均相同。理想情况理想情况电路完全对称电路完全对称0ou 无放大作用无放大作用 实际电路，实际电路，0,ou 但很小。但很小。cA共模抑制比共模抑制比 1dCMRcA

6、KA记共模放大倍数为记共模放大倍数为 dBlg20cdCMRAAKo 双端输入，双端输出；双端输入，双端输出；o 双端输入，单端输出；双端输入，单端输出；o 单端输入，双端输出；单端输入，双端输出；o 单端输入，单端输出。单端输入，单端输出。差分放大电路的输入差分放大电路的输入输出方式：输出方式：集成运放的输出级电路集成运放的输出级电路 互补对称电路互补对称电路静态时，静态时，0EUiu1T动态时，在动态时，在正半周，正半周，导通，导通，21TT导通、截止，电流回路：电流回路：1CCLoUTRu正半周正半周 在在 负半周，负半周，iu2T 截止，电流回路：电流回路：2CCLoURTu负半周负半

7、周集成运放的图形符号和信号输入方式集成运放的图形符号和信号输入方式o 图形符号图形符号 ININOUT反相输入端反相输入端 同相输入端同相输入端 输出端输出端信号传递方向信号传递方向输入端输入端输出端输出端o 信号输入方式：信号输入方式：反相输入方式；反相输入方式；同相输入方式；同相输入方式；差分输入方式。差分输入方式。u-u+uo5.2 5.2 集成运放的基本特性集成运放的基本特性集成运放的主要参数集成运放的主要参数集成运放的电压传输特性和电路模型集成运放的电压传输特性和电路模型集成运放的理想特性集成运放的理想特性 1.输入失调电压UIO 输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输

8、入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。集成运放的主要参数集成运放的主要参数 2.输入失调电流 IIO：在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。2B1BIOIII 3.输入偏置电流IIB：输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。2B1BIB21III 4.开环差模电压放大倍数 Ao：无外加回路时的差模电压增益。5.最大差模输入电压Uidmax 运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。7.最大共模输入电压Vicmax 在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围

9、。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。8.共模抑制比 KCMR：KCMR=20lg(Ad/Ac)(dB)其典型值在80dB以上 9.最大输出电压 10.最大输出电流 11.输入电阻12.输出电阻 集成运放的电压传输特性和电路模型集成运放的电压传输特性和电路模型o 电压传输特性电压传输特性()oiuf u()iuuu线性区：线性区：00()oiuAuA uu0A()iiuu即极小。因因很大，故线性区很窄，很大，故线性区很窄，饱和区：饱和区：,iioouUuU,iioouUuU正饱和正饱和负饱和负饱和 线性工作区模型线性工作区模型o 电路模型电路模型 iu,ou输入电

10、压输入电压控制输出电压控制输出电压即为电压控制电压源的模型。即为电压控制电压源的模型。（3）不易制造大电阻。圈带电，触头闭合，加热器工作；因而零点漂移也叫温漂。可将其它波形变换为矩形图。以电压形式比较负反馈用于放大电路，正反馈用于振荡电路。输入ui=0时，输出有缓慢变化的电压产生。等构成差值放大电路，设加电源后集成运放正饱和，负反馈对放大电路性能的影响（2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。输入ui=0时，输出有缓慢变化的电压产生。5 集成运放在幅值比较方面的应用设加电源后集成运放正饱和，集成运放的电压传输特性和电路模型集成运放的图形符号和信号输入方式即为电压控制电压源

11、的模型。时的电压传输特性如图。无外加回路时的差模电压增益。线性区工作的两个重要特性：集成运放的理想特性集成运放的理想特性o 理想化参数：理想化参数：开环电压增益开环电压增益 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻 共模抑制比共模抑制比 0A ir 0or CMRKo 线性区工作的两个重要特性：线性区工作的两个重要特性：uu0iio 理想的电压传输特性理想的电压传输特性uuuu正饱和正饱和负饱和负饱和5.3 5.3 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈反馈的基本概念反馈的基本概念负反馈的四种类型负反馈的四种类型负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响反馈的基本概念反馈的基本概念反馈反馈将

12、电路的输出信号（电压和电流）的一部将电路的输出信号（电压和电流）的一部 分或全部通过一定的电路（反馈电路）送分或全部通过一定的电路（反馈电路）送 回至电路的输入回路。回至电路的输入回路。负反馈负反馈反馈信号反馈信号 fx与输入信号与输入信号 ix极性相反极性相反 正反馈正反馈反馈信号反馈信号 fx与输入信号与输入信号 ix极性相同极性相同 负反馈用于放大电路，正反馈用于振荡电路。负反馈用于放大电路，正反馈用于振荡电路。对于负反馈对于负反馈difxxx反馈系数反馈系数 foxFx开环放大倍数开环放大倍数 0odxAx00(1)idfdodddxxxxFxxFA xxFA闭环放大倍数闭环放大倍数

13、0000(1)1odfidxA xAAxxFAFA011FA（深度负反馈深度负反馈）000011fAAAFAFAF当当 关于反馈深度的讨论一般负反馈一般负反馈称为反馈深度称为反馈深度FA01FAAA00F1时，11 )1(0FA，0FAA 时，11 )2(0FA深度负反馈深度负反馈正反馈正反馈时，11 )3(0 AF，0FAA 自激振荡自激振荡时，01 )4(0FA，FA负反馈的四种类型负反馈的四种类型o 按输入回路连接方式：按输入回路连接方式：串联反馈串联反馈输入量反馈量净输入量输入量反馈量净输入量 以电压形式比较以电压形式比较 difUUU并联反馈并联反馈输入量反馈量净输入量输入量反馈量净

14、输入量以电流形式比较以电流形式比较 difIIIo 按输出回路连接方式：按输出回路连接方式：电压反馈电压反馈 反馈量取决于输出电压反馈量取决于输出电压 电流反馈电流反馈 反馈量取决于输出电流反馈量取决于输出电流四种类型：四种类型：电压串联负反馈电压串联负反馈 电压并联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈 电流并联负反馈电流并联负反馈1.1.电压串联负反馈电压串联负反馈如何判定图中各电压极性？用瞬时极性法判定！用瞬时极性法判定！输入回路输入回路 difuuu反馈电压反馈电压 fofRuuRR2.2.电流并联负反馈电流并联负反馈 如何判定图中各电流方向？输入回路输入回路 difiii反

15、馈电流反馈电流 foLRiiRR3.3.电压并联负反馈电压并联负反馈 各电流方向如图各电流方向如图输入回路输入回路 difiii反馈电流反馈电流 offuuiR4.4.电流串联负反馈电流串联负反馈 各电压极性如图各电压极性如图 输入回路输入回路 difuuu反馈电压反馈电压 fouRi负反馈放大电路的计算对于运放电路：多级放大器的耦合方式：无外加回路时的差模电压增益。如输入为正弦波，输出为方波。如何判定图中各电流方向？电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例。比较方式串联反馈和并联反馈共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。运

16、放 正饱和，电容C同相输入比例运算电路单独作用时，输出电压分量：反馈将电路的输出信号（电压和电流）的一部i1=if （虚断）电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例。例题在图示电路中，设并联负反馈使输入电阻减小1 集成运放的基本组成圈带电，触头闭合，加热器工作；取样方式电压反馈与电流反馈 假设输出端交流短路（RL=0），即uo=0，若反馈信号消失了，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例。判断方法输出短路法：电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比例。比较方式串联反馈和并联反馈串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。有：ud=

17、ui-uf 并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极。有：id=ii-if 此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。对于运放电路：对于运放电路：若反馈信号与输入信号同时加在同相端或若反馈信号与输入信号同时加在同相端或反相端为并联反馈。反相端为并联反馈。若反馈信号与输入信号一个加在同相端一个若反馈信号与输入信号一个加在同相端一个加在反相端则为串联反馈。加在反相端则为串联反馈。反馈量+u+uA输入量反馈量u+输入量u+A输入量+A+u反馈量u+uA+u输入量反馈量VVA+2A1uiOu1RR2R3R45RR6VV+A+uOiu1RR2

18、CC+V3Ruu+RofA+i1R负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响1.1.提高放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性在深度负反馈下在深度负反馈下0011fAAFAF0022000(1)1(1)(1)fdAFAFAdAFAFAffdAA表示闭环放大倍数相对变化量表示闭环放大倍数相对变化量 00dAA表示开环放大倍数相对变化量表示开环放大倍数相对变化量 00ffdAdAAA闭环放大倍数稳定性高闭环放大倍数稳定性高 即即 00011ffdAdAAFAA2.2.减小非线性失真减小非线性失真 无负反馈无负反馈 有负反馈有负反馈 uoAuiufuiuoud加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后

19、AF+失真失真改善改善uo2.2.减小非线性失真减小非线性失真 3.3.扩展通频带扩展通频带 4.4.改变输入电阻和输出电阻改变输入电阻和输出电阻串联负反馈使输入电阻增大串联负反馈使输入电阻增大 并联负反馈使输入电阻减小并联负反馈使输入电阻减小 电压负反馈使输出电阻减小电压负反馈使输出电阻减小 电流负反馈使输出电阻增大电流负反馈使输出电阻增大hfhff 例题例题 在图示电压串联负反馈电路中，设在图示电压串联负反馈电路中，设100,10,fbRKRRK负载电阻负载电阻 LR不接，输入电压不接，输入电压 为直流电压为直流电压0.1V0.1V，集成运放的，集成运放的 iu开环电压放大倍数开环电压放大

20、倍数010000A，输入电阻，输入电阻 500irK，输出电阻，输出电阻 500or。试用集成运放的电路模型求此电路的输出电压试用集成运放的电路模型求此电路的输出电压,ou闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数 fA、输入电阻输入电阻 ifr和输出电阻和输出电阻 ofr。解解 集成运放用电路模型表示后，原电路可画成右上图集成运放用电路模型表示后，原电路可画成右上图所示的等效电路，据图列出方程：所示的等效电路，据图列出方程：000()()()RifbiiRifofRi iiiiRr iRiuRr iRiA uuA ri代入参数可解得电流：代入参数可解得电流：522.07109.999.99ifRifi

21、AiAiiiA输出电压输出电压 01.099oifuA riV闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数 10.99ofiuAui（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“虚短”、“虚断”的概念在 时的阻值 为精密固定电阻，且负反馈放大电路的计算无外加回路时的差模电压增益。设加电源后集成运放正饱和，集成运放的输出级电路互补对称入，双湍输出。积分电路可将矩形波电压变换为三角波电压。如何判定图中各电流方向？集成运放的电压传输特性和电路模型运放 正饱和，电容C因而零点漂移也叫温漂。闭环正反馈集成运放工作在非线性区改变输入电阻和输出电阻其中 为热敏电阻，设电阻温度系数利用

22、虚短和虚断的概念得知运放 正饱和，电容C电路包含：温度传感器、电压跟随器、加法定标电路、滞回比较器、反相器、光电耦合器、继电器、加热器等。输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。输入电阻输入电阻 为求输出电阻，令为求输出电阻，令 453iifiurMi0iu 得图得图 012()()/ofibuA uuuiiirRrRR整理后代入参数得整理后代入参数得0.6ofuri可见，可见，453500,0.6500ifioforMrKrr()iruu和均很小，（理想特性均很小，（理想特性 0,)iiuu。负反馈放大电路的计算负反馈放大电路的计算1.估算的依据估

23、算的依据 深度负反馈：深度负反馈：即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈系数即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈系数有关。有关。11 FA由由FAAA 1F得得FFAA1 11 FA 方法一：方法一：一一.估算电压增益估算电压增益 方法二：方法二：FAAA 1F根据根据FFAA1 将将ioFXXA ofXXF 代入上式代入上式得得即：输入量近似等于反馈量即：输入量近似等于反馈量净输入量近似等于零净输入量近似等于零 由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“虚短虚短”、“虚断虚断”的概念的概念或或ifXX 0fid XXX深度负反馈条件下：深度负反馈条件下：

24、Xd=Xi-Xf0u+=u-(1)“虚短虚短”ud0(2)“虚断虚断”id0ii+=ii-=0“虚短虚短”与与“虚断虚断”-u-R+fu+R-u+1fAd+iu+A+ifRiifiii+i-i运放组成的运放组成的电压串联负反馈电路电压串联负反馈电路 解：解：利用利用虚短虚短和和虚断虚断的概念的概念得知得知闭环电压增益闭环电压增益00id iu11foioFRRRuuuuAf11RRf 则则fOfiRRRuuu11VVV+A+-R1RfuiuuRf+d-uo-5.4 5.4 集成运放在模拟信号运算方面的应用集成运放在模拟信号运算方面的应用比例运算电路比例运算电路加、减运算电路加、减运算电路积分、

25、微分运算电路积分、微分运算电路比例运算电路比例运算电路1.1.反相输入比例运算电路反相输入比例运算电路 i1=if （虚断）（虚断）因为有负反馈，因为有负反馈，利用虚短和虚断利用虚短和虚断u+=0 u=u+=0（虚地）（虚地）反馈方式：反馈方式：电压并联负反馈电压并联负反馈uu+A+RiiRuu+ffoi11电压放大倍数电压放大倍数:1fioRRuuAfo1iRuRu fRR、的阻值一般取的阻值一般取 11kM。电路的输入电阻 iifiurRi平衡电阻 /bfRRRfRRoiuu 反相器反相器1,fA 当当 2.2.同相输入比例运算电路同相输入比例运算电路 0ii iuuuifRuuiiRR(

26、1)ffoffiiiRRuuR iuuuRR1fofiRuAuR即即 当当 0fRR 或1,fA oiuu电压跟随器电压跟随器电路的输入电阻电路的输入电阻 iifiuri 集成运放承受的共模电压集成运放承受的共模电压 ciuuuu/bfRRR加、减运算电路加、减运算电路1.1.加法运算电路加法运算电路 根据根据 0,0iiuu得得 121212iifuuiiiRR1212()ffoffiiRRuR iuuRR 如取如取 12RRR12()foiiRuuuR 和放大和放大 12fRRR12()oiiuuu 加法运算加法运算 如取如取 KCMR=20lg(Ad/Ac)(dB)即为电压控制电压源的模

27、型。此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。工作在非线性区，无外加回路时的差模电压增益。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。例题在图示电路中，设例题图示由差分输入运算电路和电桥组成的测温（2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。其中 为热敏电阻，设电阻温度系数如何判定图中各电流方向？负反馈放大电路的计算入，双湍输出。有：id=ii-if串联反馈闭环放大倍数稳定性高输入ui=0时，输出有缓慢变化的电压产生。4 集成运放在模拟信号运算方面的应用可使电压传输特

28、性左、右移动。2.2.减法运算电路减法运算电路3223iRuuuRR11111ffiofiRRuuuuRuuuRRR111(1)ffiRRuuRR13211231ffiiRRRRuuRRRR常取常取 1234,RRRR则则 211()foiiRuuuR差分放大差分放大 当取当取 123fRRRR得得 21oiiuuu减法运算 集成运放承受的共模电压集成运放承受的共模电压3223ciRuuuuRR（此电路也可用叠加原理分析输入、输出关系）双运放同相输入减法运算电路双运放同相输入减法运算电路12112oiRRuuR用叠加原理分析输入、输出关系式：用叠加原理分析输入、输出关系式：当当1ou单独作用时

29、，单独作用时，221221111121(1)ooiiRRRRRuuuuRRRR 2iu单独作用时，输出电压分量：单独作用时，输出电压分量：当当221(1)oiRuuR 输出电压分量：输出电压分量：得得 2211(1)()oooiiRuuuuuR特点：输入电阻大特点：输入电阻大 例题例题图示由差分输入运算电路和电桥组成的测温图示由差分输入运算电路和电桥组成的测温电路。其中电路。其中 为热敏电阻，设电阻温度系数为热敏电阻，设电阻温度系数 在在 时的阻值时的阻值 为精密固定电阻，且为精密固定电阻，且 TR314 10()C0 C051R；123RRR、和求当环境温度求当环境温度T T分别为分别为25

30、25和和55时的输出电压时的输出电压12351RRR；4510RRk，67100RRk；10UV。试试 0u。解解 在在2525时，时，TR的阻值为的阻值为 因因 4567RRRR、的阻值远大于的阻值远大于 23,RR、故0(1)TRT R3(14 1025)5156.164()oabRuuuR100(54.762)2.3810V同理，在同理，在55时时3(14 105)5149.98TR51105.0515149.98buV100(55.051)0.5110ouV 2125110551 51aRuUVRR3351104.7625156.1bTRuUVRR积分、微分运算电路积分、微分运算电路1

31、.1.积分运算电路积分运算电路 o 基本积分电路基本积分电路 0ii0uuiCiuiiR设电容电压初始值为设电容电压初始值为(0)Cu1(0)oCCCCuuuuui dtC 1(0)Ciui dtC 1(0)Ciuu dtRC 当当(0)0,Cu1oiuu dtRC 当输入电压为直流电压时，当输入电压为直流电压时，,iiuU即得ioUutR C 输入、输出电压波形如图输入、输出电压波形如图 o 比例积分电路比例积分电路 1()ofiiuR ii dtC 1()foiiRuuu dtRRC,iiuU当（直流）得()fioiRUuUtRRC o 和积分电路和积分电路 1211()oCui dtii

32、dtCC 12121()iiuudtCRR 12,RRR当当121()oiiuuudtRC 积分电路可将矩形波电压变换为三角波电压。积分电路可将矩形波电压变换为三角波电压。例题在图示电路中，设例题在图示电路中，设 储储能），储储能），100,Rk10CF（无初始（无初始0t 在,Iu时输入电时输入电压压其波形如图所示。其波形如图所示。试写出试写出 05ts 期间输出电压期间输出电压ou的表达式，并画出其波形图。的表达式，并画出其波形图。解解 101,1IIts uUV （）在，361()100 1010 10IoUu ttttRC 1ts在时，时，(1)1ousV。(2)13,1,IIts u

33、UV在()(1)(1)IooUutustRC1(1)2tt 3,ts在(3)1ousV。335 1,IItsuUV （）在，()(3)(3)IooUutustRC1(3)4tt 5ts在，(5)1ousV。波形如图。波形如图。ou5 集成运放在幅值比较方面的应用双运放同相输入减法运算电路5 集成运放在幅值比较方面的应用有输出电压，具有放大作用。此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。大小相同，方向相反；反馈将电路的输出信号（电压和电流）的一部集成运放的输出级电路互补对称当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。闭环正

34、反馈集成运放工作在非线性区设加电源后集成运放正饱和，比较方式串联反馈和并联反馈如何判定图中各电流方向？（2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。输入ui=0时，输出有缓慢变化的电压产生。最大差模输入电压Uidmax（3）不易制造大电阻。集成运放的电压传输特性和电路模型可将其它波形变换为矩形图。5 集成运放在幅值比较方面的应用 例题图示电路中，集成运放的电源电例题图示电路中，集成运放的电源电压为压为 15,V123410,20,100,fRRkRRkRk1,CF0t 在时加入时加入 120.6,0.5,iiuV uV电容无初始储能。试求电容无初始储能。试求 输出电压上升到输

35、出电压上升到6V6V所需的时间。所需的时间。解解 集成运放集成运放 1A等构成差值放大电路，等构成差值放大电路，2A等构成基本积分等构成基本积分电路。电路。131211231ffoiiRRRRuuuRRRR21120()(0.50.6)0.210fiiRuuVR 141oouudtR C 360.2210010110t6,ouV当当 6322outs2.2.微分运算电路微分运算电路0,fCuuiiofff CuR iR i Cfd uRCd t CiuuiofduuR Cdt 微分电路可将矩形波变换成正负尖脉冲波。微分电路可将矩形波变换成正负尖脉冲波。5.5 5.5 集成运放在幅值比较方面的应

36、用集成运放在幅值比较方面的应用 开环工作的比较器开环工作的比较器 滞回比较器滞回比较器开环工作的比较器开环工作的比较器1.1.反相输入比较器反相输入比较器 开环状态开环状态集成运放工作在非线性区。集成运放工作在非线性区。iu输入电压输入电压 RU参考电压参考电压,iRuU当当 运放正饱和，oOHuU,iRuU运放负饱和，oOLuU2.2.同相输入比较器同相输入比较器,iRuUoOLuU,iRuUoOHuU3.3.输出加限幅电路的比较器输出加限幅电路的比较器 4.4.过零比较器过零比较器(0RU即）可将其它波形变换为矩形图可将其它波形变换为矩形图。如输入为正弦波，输出为方波。如输入为正弦波，输出

37、为方波。滞回比较器滞回比较器集成运放同相输入端电压集成运放同相输入端电压 闭环正反馈闭环正反馈集成运放工作在非线性区集成运放工作在非线性区u由输出电压由输出电压 ou和参考电压和参考电压 RU共同确定。共同确定。222fRoffRRuUuRRRR设加电源后集成运放正饱和，设加电源后集成运放正饱和，,oOHuU并设并设 0,RU222fHROHffRRuUUURRRR（正值）（正值）加入加入,Iu当当 Iu增大至增大至,IHuU运放负饱和，运放负饱和，,oOLuU222fLROLffRRuUUURRRR当当 Iu减小至减小至,ILuU运放运放正饱和正饱和，oOHuU。0,RU222fROLffR

38、RUURRRR当当 时的电压传输特性如图时的电压传输特性如图。主要参数主要参数正向阈值电压正向阈值电压 THHUU负向阈值电压负向阈值电压 TLLUU滞回电压（回差）滞回电压（回差）TTHTLUUU滞回电压滞回电压 22()TOHOLfRUUURR改变改变 22fRRR值，可改变值，可改变 THTLTUUU、；改变改变,RU可使电压传输特性左、右移动。可使电压传输特性左、右移动。当当 0,RU如图如图：22THOHfRUURR22TLOLfRUURR22()TOHOLfRUUURR（正值正值）（负值负值）（不变不变）例题分析图示方波例题分析图示方波-三角波产生电路的工作原理。三角波产生电路的工

39、作原理。解解 电路由电电路由电压压比较器和基本积分电比较器和基本积分电路构成。集成运放路构成。集成运放 工作在非线性区，工作在非线性区，工作在线性区。工作在线性区。1A2A 设加电源后，集成设加电源后，集成运放运放 正饱和，电容正饱和，电容C无初始储能。则无初始储能。则 1A1ozuU210551tZooUuu dttR CR C （下降）（下降）集成运放集成运放 同相输入端电压同相输入端电压1A1221212HoZRRuuURRRR当当2ou下降至使下降至使 0Hu12021212ZRRuURRRR 即221oZRuUR 集成运放集成运放1A负饱和，负饱和，1oZuU 22115()ZoZR

40、UuUttRR C 1221212LoZRRuuURRRR此时集成运放此时集成运放 同相输入端电压同相输入端电压1A而而（上升）（上升）当当 上升至使上升至使2ou0Lu221oZRuUR1221212oZRRuURRRR即即 集成运放集成运放1A正饱和，正饱和，1oZuU。以后重复。以后重复。5.6 5.6 应用举例应用举例 温度监测控制电路温度监测控制电路 电路包含：温度传感器、电压跟随器、加法定标电路、电路包含：温度传感器、电压跟随器、加法定标电路、滞回比较器、反相器、光电耦合器、继电器、加热器等。滞回比较器、反相器、光电耦合器、继电器、加热器等。o 温度传感器温度传感器：温度：温度：0

41、1000100:7355 153TR11TCCTRUURR 1OTUU0.97 11.54V o 加法定标电路加法定标电路120.97 11.54010OOUVVUV要求：要求：110.97OO LUUV 220OO LUU1410O LCCPUURR得得 即当即当141154.6CCPO LURRkU 时时当当1111.54OO HUUV 时，时，2210OOHUUV2226211141010.57OO HO LPfOO HO LUUURRAUUUR 624109.4610.57PRRRk32OOUUo 滞回比较器滞回比较器 14531214ORUURR13115511131113RORRU

42、UURRRR在加温时，集成运放在加温时，集成运放 5A正饱和，正饱和，55OO HUU当温度上升至控温范围上限时，当温度上升至控温范围上限时，55,UU集成运放集成运放5A负饱和。负饱和。65OOUU（反相作用）（反相作用）光电耦合器件光电耦合器件o 光电耦合和加温电路光电耦合和加温电路 1T K K 继电器继电器当当6OU为低电平时，为低电平时，12TT、导通，继电器线导通，继电器线 圈带电，触头闭合，加热器工作；圈带电，触头闭合，加热器工作；当当6OU为高电平时，停止加热。为高电平时，停止加热。5.1 5.1 集成运放的基本组成集成运放的基本组成概述概述集成运放的输入级电路集成运放的输入级

43、电路差分放大差分放大 电路电路集成运放的输出级电路集成运放的输出级电路互补对称互补对称 电路电路集成运放的图形符号和信号输入方式集成运放的图形符号和信号输入方式直耦放大电路的特殊问题直耦放大电路的特殊问题零点漂移零点漂移零漂现象零漂现象：产生零漂的原因产生零漂的原因：零漂的衡量方法：零漂的衡量方法：由温度变化引起的。当温度变由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。漂移。因而零

44、点漂移也叫温漂。输入输入u ui i=0=0时，输出有时，输出有缓慢变化的电压产生缓慢变化的电压产生。将输出漂移电压按电压增益折将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。算到输入端计算。+-Re1b1Rc1RT1ouuiTV2CCRe2VEEuo0to 理想的电压传输特性理想的电压传输特性uuuu正饱和正饱和负饱和负饱和有输出电压，具有放大作用。多级放大器的耦合方式：大小相同，方向相反；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。输出电压上升到6V所需的时间。集成运放的输入级电路差分放大差分放大电路的输入输出方式：利用虚短和虚断的概念得知的表达式，并画出其波形图。集成运放的图形符号和信号输入方式闭环正反

45、馈集成运放工作在非线性区串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。并联负反馈使输入电阻减小i1=if （虚断）可使电压传输特性左、右移动。圈带电，触头闭合，加热器工作；例题图示由差分输入运算电路和电桥组成的测温因而零点漂移也叫温漂。同相输入比例运算电路假设输出端交流短路（RL=0），即uo=0，若反馈信号消失了，则为电压反馈；1.1.电压串联负反馈电压串联负反馈如何判定图中各电压极性？用瞬时极性法判定！用瞬时极性法判定！输入回路输入回路 difuuu反馈电压反馈电压 fofRuuRR2.2.电流并联负反馈电流并联负反馈 如何判定图中各电流方向？输入回路输入回路 difiii反

46、馈电流反馈电流 foLRiiRR 比较方式串联反馈和并联反馈串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极。有：ud=ui-uf 并联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极。有：id=ii-if 此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。加、减运算电路加、减运算电路1.1.加法运算电路加法运算电路 根据根据 0,0iiuu得得 121212iifuuiiiRR1212()ffoffiiRRuR iuuRR 如取如取 12RRR12()foiiRuuuR 和放大和放大 12fRRR12()oiiuuu 加法运算加法运算 如取如取 5.5 5.5 集成运放在幅值比较方面的应用集成运放在幅值比较方面的应用 开环工作的比较器开环工作的比较器 滞回比较器滞回比较器 光电耦合器件光电耦合器件o 光电耦合和加温电路光电耦合和加温电路 1T K K 继电器继电器当当6OU为低电平时，为低电平时，12TT、导通，继电器线导通，继电器线 圈带电，触头闭合，加热器工作；圈带电，触头闭合，加热器工作；当当6OU为高电平时，停止加热。为高电平时，停止加热。