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1、医用电子学基础,第三章集成运算放大器,集成运算放大器重点：1. 了解集成运放的组成及主要参数;2. 理解集成运放的电压传输特性、分析方法;3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和积分运算电路等典型电路的工作原理；4.了解同向串联型差动放大器、同向并联型差动放大器、单限电压比较器的工作原理。,第一节集成运算放大器的组成与性能,(5-4),一、集成运算放器简介,运算放大器是一种有着十分广泛用途的电子器件。最早开始应用于1940年，1960年后，随着集成电路技术的发展，运算放大器逐步集成化，大大降低了成本，获得了越来越广泛的应用。 运算放大器主要用于模拟计算机，可模拟加、减、积分等运算，对电路进
2、行模拟分析。在信号处理、测量及波形产生方面也获得广泛应用。,4运放LM324,二、集成运算放大器的电路组成,运算放大器是一种具有高放大倍数的直接耦合放大电路。首先应用于电子模拟计算机上，作为基本运算单元完成加、减、乘、除、积分和微分等数学运算，故称为运算放大器，简称运放。,集成运算放大器的基本组成,运算放大器,输入级：采用恒流源的差动放大电路，工作在小电流状态，输入阻抗高。,中间级：一般采用恒流源的共发射极放大电路，放 大倍数在几千倍以上，是运算放大器的主要增益部分。,输出级：有较大的电压输出幅度，较高的输出功率、较小的输出电阻，一般设有过载保护。,偏置电路：为各级提供合适的静态工作点，作为有
3、源负载提高电压增益。,(5-8),三、管脚简介,外接图,LM741 8个管脚：2：反相输入端 3：同相输入端1、5：外接调零电位器 6：输出端 7 、4 ：外接正负电源端 8：空脚,(5-9),四、运放的模型 从净输入端ud =(u+ -u)看进去运放等效为ri ，从输出(uo)看进去运放等效为一个恒压源和一个内阻ro相串联。,-ud+,1.输入失调电压,2.输入失调电流,4.差模输入阻抗,5.开环输出阻抗,6.共模抑制比,3.开环电压放大倍数,五、集成运算放大器的主要性能指标,两个输入端和一个输出端： 反相输入端标“-”号； 同相输入端标“”号； 输出电压与反相输入端电压相位相反，与同相输入
4、端电压相位相同。,集成运算放大器的图形符号,(5-12),很大,很大,很小,六、实际运算放大器(1) 特点Ao=106108,其中:|Uom| |Us|,ri =1061011,ro =10100,(2)开环传输特性(uoud关系),正向饱和区：ud 时 uo=Uom反向饱和区：ud -时 uo= -Uom线性工作区：| ud| 时, 则 uo=Aoud Uom/Ao，很小。,电源电压,Aud ， rid ，ro 0 ， KCMRR ,线性区：uO = Aud(u+ u),饱和区：u+ u 时， uO = +Uo(sat) u+ u 时， uO = Uo(sat),线性区,饱和区,集成运放理想
5、化的条件：,运算放大器的传输特性,根据理想化条件可得出两个重要结论：,两输入端电位近似相等，相当于短路，但内部并未直正短路，故称为“虚短”。当其中一个输入端接地时，另一个输入端也为零电位，称为“虚地”，意即并非真正“接地”。,1.,2.,两个输入端输入电流近似为零，就如同两个输入端断路一样，但内部并未真正断路，故称为“虚断”。,1.理想运放工作在线性区的特点,2.理想运放工作在饱和区的特点,(1) 输出只有两种可能：+Uo(sat) 或Uo(sat),(2) i+ i 0，仍存在“虚断”现象,u+ u，不存在 “虚短”现象,差模输入电压约等于0，即 u+ u，称“虚短”(2) 输入电流约等于0
6、，即 i+ i 0，称“虚断”,第二节基本运算放大器,集成运放能组成各种运算放大器，当输入电压变化时，输出电压将按一定的数学规律变化，反映输入电压的某种运算结果。这时，集成运放工作在线性区，利用外接反馈网络实现各种数学运算。,反相比例放大器是一种电压并联负反馈放大器。,反相比例放大器,一、反相比例运算放大器,因虚地 u u+ 0,因虚断 i+ i 0,平衡电阻 R2 = R1 / RF,即,所以 i1 = iF,Auf为反相比例放大器的闭环电压增益，它只于外接电阻R1和Rf有关，而与集成运放本身参数无关。,所以,由虚断,即,由虚短,得,图5-4 高电压增益反相放大器,可以取得很大，因此该电路能
7、获得很高电压增益。,高电压增益反相放大器,因虚断 i1 = iF,因虚短 uu+ uI,平衡电阻R2=R1/RF,得,有,二、同相比例运算放大器,同相比例放大器是一种电压串联负反馈放大器，具有高输入阻抗、低输出阻抗的优点。,同相比例运算放大器,例5-2 在如图所示的运放电路中，当 , 时，试求输出电压 ?,是电压跟随器，因此,是反相比例运算放大器，因此有,解：,放大电路由 ， 串行连接而成,图5-7 加减运算放大器,因虚断,三、加减运算放大器,由于 uu+ 0，且调节R5，使R+=R-,可得,可以实现普通的加减运算,如果,只从反相端输入信号可实现反相加法运算,只从同相端输入信号可实现同相加法运算,差动运算电路输出电压可看作是反相比例运算与同相比例运算的叠加。,差动运算电路,R2 / R3 = R1 / RF,本节课小结,1. 集成运算放大器的电路组成：由输入级、中间级、输出级与偏置电路四部分组成。,3. 基本运算放大器：反相比例放大器同相比例放大器加减运算放大器,2. 理想集成运放工作于线性区时的两个分析依据,