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1、集成运放本讲稿第一页，共八十二页教学内容教学内容掌握集成运放的传输特性；明确线性运用的条件和掌握集成运放的传输特性；明确线性运用的条件和非线性应用的条件。非线性应用的条件。深刻理解集成运放关于深刻理解集成运放关于“虚短虚短”、“虚地虚地”、“虚断虚断”的概念，并能正确应用这些概念进行电路分析。的概念，并能正确应用这些概念进行电路分析。掌握由集成运放所构成的基本运算电路及电路分掌握由集成运放所构成的基本运算电路及电路分析。析。理想集成运放理想集成运放集成运放的基本应用电路集成运放的基本应用电路目的要求本讲稿第二页，共八十二页6.1 概概 述述 1.1.理想集成运放的性能指标理想集成运放的性能指标
2、（1 1）开环电压放大倍数开环电压放大倍数A Au ud d;（3）输出电阻输出电阻 rod0。（2 2）输入电阻输入电阻r ridid;（4 4）没有失调）没有失调,没有失调温漂没有失调温漂,共模抑制比趋于无穷大等。共模抑制比趋于无穷大等。本讲稿第三页，共八十二页2 2 集成运放的传输特性集成运放的传输特性 图6.1 集成运放的传输特性 本讲稿第四页，共八十二页1 1）线性工作区：）线性工作区：传输曲线上升部分的斜率为开环电压放大倍数传输曲线上升部分的斜率为开环电压放大倍数u uodod与与u uidid为线性放大关系的区域为线性放大关系的区域,称为线性工作区。称为线性工作区。输输出出电电压
3、压u uodod的的值值近近似似等等于于电电源源电电压压,与与u uidid不不再再呈呈线线性性关关系系,故故称为非线性工作区。即称为非线性工作区。即 2 2）非线性工作区：（饱和区）非线性工作区：（饱和区）本讲稿第五页，共八十二页集成运放开环时工作在线性区域的输入电压条件集成运放开环时工作在线性区域的输入电压条件若若|u uidid|0.18 mV,|0.18 mV,运放进入非线性工作区运放进入非线性工作区,以以A741A741为为例例,其其开开环环电电压压放放大大倍倍数数A Au ud d可可达达10105 5,直直流流电电源源电电压压18 18 V V。输输入入电电压压|uid|u时，时
4、，uo=Uom；1）输输出出电电压压只只有有两两种种状状态态；正正饱饱和和电电压压Uom，负负饱饱和和电电压压Uom。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u REFREF时时,即即u u u u时时,u uo o=U Uomom；4)4)当当u ui i REFREF时时,即即u u REFREF时时,即即u u u u时时,u uo o=U Uomom；4)4)当当u ui i REFREF时时,即即u u 0 0 时时,即即u u u u 时时,u uo o=U Uomom；当当u ui i 0 0 时时,即即u u u u时时,u uo o=U Uomom。1 1
5、、电路、电路2 2、电路分析及传输特性、电路分析及传输特性本讲稿第三十七页，共八十二页3 3、过零电压比较器的作用波形转换过零电压比较器的作用波形转换本讲稿第三十八页，共八十二页单门限比较器的特点：单门限比较器的特点：2 2）在在实实际际应应用用时时,如如果果实实际际测测得得的的信信号号存存在在外外界界干干扰扰,即即在在正正弦弦波波上上叠叠加加了了高高频频干干扰扰,过过零零电电压压比比较较器器就就容容易出现多次误翻转。易出现多次误翻转。1 1）状状态态翻翻转转的的门门限限电电压压是是在某一个固定值上。在某一个固定值上。本讲稿第三十九页，共八十二页二、滞回电压比较器二、滞回电压比较器施密特触发器
6、施密特触发器1 1电路及特点电路及特点1 1）电路）电路2 2）电路特点）电路特点在在单单值值电电压压比比较较器器的的基基础础上上增加了正反馈元件增加了正反馈元件R Rf f和和R R2 2。本讲稿第四十页，共八十二页1 1）集集成成运运放放工工作作于于非非线线性性状状态态,输输出出只只可可能能有有两两种种状状态态:正正向向饱饱和和电电压压omom和和负负向向饱饱和和电电压压omom。2 2、电路分析、电路分析如如图图，滞滞回回比比较较器器的的同同相相端端电电压压u u+是是输输出出电电压压和和参参考考电电压压间间的的分压。分压。输输出出是是正正向向饱饱和和电电压压omom还还是是负负向向饱饱
7、和和电电压压omom，取取决决于于u u与与u u+的比较。的比较。本讲稿第四十一页，共八十二页2 2）当当输输出出为为正正向向饱饱和和电电压压 omom时时,将将集集成成运运放放的的同同相相端端电电压压称称为上门限电平为上门限电平,用用UTH1表示表示,则有则有（.）当当输输出出为为负负向向饱饱和和电电压压omom时时,将将集集成成运运放放的的同同相相端端电电压压称称为为下下门限电平门限电平,用用UTH2表示表示,则有则有（.）本讲稿第四十二页，共八十二页2 传输特性和回差电压传输特性和回差电压UTH1）传输特性传输特性（1）当当输输入入信信号号ui从从零零开开始始增增加加时时,电电路路输输
8、出出为为正正饱饱和和电电压压om,此此时时集集成成运运放放同同相相端端对对地地电电压为压为UTH1。（2）当当 ui1M1M）引引起起自激的补偿方法。自激的补偿方法。两种相位补偿电路：两种相位补偿电路：本讲稿第六十页，共八十二页(b(b）接入的）接入的RCRC用于输入端补偿用于输入端补偿,常用于高速集成运放。常用于高速集成运放。本讲稿第六十一页，共八十二页本本 章章 小小 结结(1)集成运放有两个工作区,即线性工作区和非线性工作区。在线性应用时,集成运放通常工作于深度负反馈状态,两输入端存在着“虚短”和“虚断”。在非线性应用时,集成运放通常工作于开环或正反馈状态,此时集成运放的输出不是正饱和电
9、压,就是负饱和电压。本讲稿第六十二页，共八十二页()集成运放在线性应用时,可组成比例、加法、减法运算电路,要求读者掌握这些运算电路的工作原理和传输关系,并会分析和设计一些简单的信号运算电路。()集成运放在线性应用时,还可组成有源滤波和有源整流电路。本讲稿第六十三页，共八十二页()集成运放在非线性应用时,可组成电压比较器,用来比较两个输入信号的大小,单门限电压比较器易发生误翻转,抗干扰能力差,而滞回比较器则具有一定的抗干扰能力。()集成运放在使用中还会遇到许多具体问题,主要有自激、输出调零及单电源供电的问题,可采用相位补偿、调零电路、外加偏置电路的方法解决。本讲稿第六十四页，共八十二页习习 题题
10、 6.1 由理想运放构成的电路如图所示。试计算输出电压uo的值。题 6.1 图 本讲稿第六十五页，共八十二页6.2 电路如图所示,已知R1=2 k,Rf=10 k,R2=2 k,R3=18 k,ui=1 V,求uo的值。题 6.2 图 本讲稿第六十六页，共八十二页6.3 电路如图所示,已知Rf=5R1,ui=10 mV,求uo的值。题 6.3 图 本讲稿第六十七页，共八十二页6.4 电路如图所示,已知ui=10 mV,求uo1、uo2、uo的值。题 6.4 图 本讲稿第六十八页，共八十二页6.5 电路如图所示,试求出输出电压uo的值。题 6.5 图 本讲稿第六十九页，共八十二页 6.6 积分电
11、路和微分电路如图（a）、（b）所示,已知输入电压如图（c）所示,且t=0时,uC=0,试分别画出电路输出电压波形。题 6.6 图本讲稿第七十页，共八十二页6.7 如果要求运算电路的输出电压uo=5ui1+2ui2,已知反馈电阻Rf=50 k,试画出电路图并求出各电阻值。6.8 电路如图所示,试写出uo与ui1和ui2的关系,并求出当ui1=1.5 V,ui2.时uo的值。本讲稿第七十一页，共八十二页题 6.8 图 本讲稿第七十二页，共八十二页6.9 电路如图所示,双向稳压管的,输入电压为ui=0.5 sint。试画出uo1、uo2、uo的波形,并指出集成运放的工作状态。题 6.9 图 本讲稿第
12、七十三页，共八十二页6.10 电路如图所示,f=R1,试分别画出各比较器的传输特性曲线。题 6.10 图 本讲稿第七十四页，共八十二页6.11 电路如图所示,集成运放的最大输出电压是12,双向稳压管的电压UZ,输入信号ui=12 sint V。试画出在参考电压UREF为 和 两种情况下的传输特性曲线和输出电压的波形。题 6.11 图 本讲稿第七十五页，共八十二页6.12 图示电路为监控报警装置,REF为参考电压,ui为被监控量的传感器送来的监控信号,当ui超过正常值时,指示灯亮报警。请说明其工作原理及图中的稳压二极管和电阻起何作用。题 6.12 图 本讲稿第七十六页，共八十二页6.13 电路如
13、图所示,A为理想集成运放，R1=5 k,R2=R3=1 k,试分析确定在ui=2 V及ui=-2 V时的uo值。题 6.13 图 本讲稿第七十七页，共八十二页6.14 电路如图所示,设A为理想集成运放，稳压管V的稳定电压UZ=9 V,参考电压UREF=3 V,电阻R1=30 k,R2=15 k,R=1 k,试画出该电路的电压传输特性。题 6.14 图 本讲稿第七十八页，共八十二页6.15 在图示电路中,A为理想运算放大器,(1)指出它们分别是什么类型的电路;(2)画出它们的电压传输曲线。题 6.15 图 本讲稿第七十九页，共八十二页6.16 已知同相滞回比较器如图所示,A为理想运算放大器,输出电压的两个极限值为10 V,V为理想二极管,输入电压的波形如图(b)所示,试画出相应的输出电压波形。题 6.16 图 本讲稿第八十页，共八十二页6.17 试比较图中两种一阶低通滤波电路的性能。题 6.17 图 本讲稿第八十一页，共八十二页6.18 试回答在下列几种情况下,应分别采用哪种类型的滤波电路？（从a.低通、b.高通、c.带通、d.带阻等四种滤波电路名称中选择一种填写在各小题后的括号中。）(1)有用信号频率为10 Hz。（）(2)有用信号频率低于1000 Hz。（）(3)希望抑制50 Hz交流电源的干扰。（）(4)希望抑制2 kHz以下的信号。（）本讲稿第八十二页，共八十二页