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1、集成运算放大器及其应用第1页，本讲稿共65页集成运放概述集成运放概述集成电路的特点集成电路的特点1.元器件参数的一致性和对称性好；元器件参数的一致性和对称性好；2.二极管多用三极管的发射结代替；二极管多用三极管的发射结代替；3.电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流源代替，电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流源代替，电位器需外接；电位器需外接；4.电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感 和变压器均需外接。和变压器均需外接。集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接耦合放大器。集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接耦合放大器。集成电
2、路:将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。11.1 集成运放简介第2页，本讲稿共65页 集成运放的内部电路结构框图集成运放的内部电路结构框图输入级输入级偏置电路偏置电路输出级输出级中间级中间级输入级输入级 差动放大器差动放大器输出级输出级 射极输出器或互补对称功率放大器射极输出器或互补对称功率放大器中间级中间级 电压放大器电压放大器偏置电路偏置电路 由镜像恒流源等电路组成由镜像恒流源等电路组成11.1.1 集成运放的组成第3页，本讲稿共65页UEE+UCC u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS原理框图：输输入入级级中中间间级级输输出出级级与uo反相
3、与uo同相第4页，本讲稿共65页 ri 大大: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:104 107理想运放：ri KCMRR ro 0Ao 运放器符号 u u+uoAouu+uo国际符号国内符号第5页，本讲稿共65页 1.运算放大器的电压传输特性运算放大器的电压传输特性UOMUOMUOMUOMUimUim实际运放实际运放理想运放理想运放 uo=f(ui),其中其中 ui =u+u 11.1.3 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据uOui0uiuo+uiuO0第6页，本讲稿共65页“虚断路虚断
4、路虚断路虚断路”原则原则原则原则+iiui对于理想运放对于理想运放rid相当于两输入端之间相当于两输入端之间短路短路uiiirid=对于理想运放对于理想运放u u+相当于两输入端之间相当于两输入端之间断路断路uOii 0Auoui 0,rid,“虚短路虚短路虚短路虚短路”原则原则原则原则(2)(1)2.理想运放工作在线性区的分析依据+uo=uiu=uAuo+uiuO+第7页，本讲稿共65页 在右图所示电路中，在右图所示电路中，因为存在负反馈信号因为存在负反馈信号,同同相输入端相输入端 不是不是“虚地虚地”！io(3)“虚地虚地虚地虚地”的概念的概念的概念的概念由由“虚断路虚断路”原则原则 ii
5、=0,有有 u+=0 u+u=0结论：结论：反相输入端为反相输入端为反相输入端为反相输入端为 “虚地虚地”。当当同相同相输入端接地时，输入端接地时，uuuiuo由由“虚短路虚短路”原则原则注意第8页，本讲稿共65页“虚断路虚断路”原则原则uiiirid=对于理想运放对于理想运放相当于两输入端之间相当于两输入端之间 断路断路ii 0rid,3.理想运放工作在非线性区的分析依据理想运放工作在非线性区的分析依据运放工作在运放工作在线性线性线性线性工作状态的必要条件：工作状态的必要条件：必须引入深度负反馈。必须引入深度负反馈。+iiuiriduO+注意注意:u+=u 不一定成立不一定成立不一定成立不一
6、定成立！第9页，本讲稿共65页11.2放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈11.2.1 反馈的基本概念反馈的基本概念正反馈正反馈xd=xi+xf负反馈负反馈xd=xi xfA=xo/xdF=xf/xoAf=xo xiA 1+AFAFxoxixdxf 负反馈闭环放大倍数：负反馈闭环放大倍数：xi 总输入信号总输入信号xd 净输入信号净输入信号xf 反馈信号反馈信号开环放大倍数开环放大倍数反馈系数反馈系数xo 输出信号输出信号反馈：反馈：反馈：反馈：将放大器输出信将放大器输出信将放大器输出信将放大器输出信号的一部分或全部经反号的一部分或全部经反号的一部分或全部经反号的一部分或全部经反馈网络送回输入
7、端。馈网络送回输入端。馈网络送回输入端。馈网络送回输入端。第10页，本讲稿共65页1.1.串联电压负反馈串联电压负反馈串联电压负反馈串联电压负反馈FAuiudufuo11.2.2 负反馈的类型负反馈的类型RLAFxoxixdxf在放大器输出端，在放大器输出端，F与与A相并联相并联,xf与与uo成正比，为电压反馈；成正比，为电压反馈；信号信号 x均以电压均以电压 u 的形式出现的形式出现在放大器输入端在放大器输入端,信号以电压出现信号以电压出现,uf与与ud相串联相串联,为串联反馈；为串联反馈；ud=ui uf ui，为负反馈。，为负反馈。净输入电压第11页，本讲稿共65页串联电压负反馈串联电压
8、负反馈R2uiu oRLRFR1+ud+uf+-+第12页，本讲稿共65页串联电压正反馈串联电压正反馈R2uiu oRFR1+ud-uf+-第13页，本讲稿共65页uoidiiif2.2.并联电压负反馈并联电压负反馈并联电压负反馈并联电压负反馈RLAF在放大器输入端在放大器输入端,信号以电流出现信号以电流出现,if与与id相并联相并联,为并联反馈；为并联反馈；id=ii if ii，为负反馈。，为负反馈。净输入电流净输入电流xoxixdxf在放大器输出端，在放大器输出端，F与与A相并联相并联,xf与与uo成正比成正比,为电压反馈；为电压反馈；第14页，本讲稿共65页并联电压负反馈并联电压负反馈
9、uiuoRFRLR2R1+-i1idifuif=oRF+第15页，本讲稿共65页AF3.串联电流负反馈串联电流负反馈RLioAFud=ui uf ui，为为负反馈负反馈。净输入电净输入电压压,在放大器输入端在放大器输入端,信号以电压出现信号以电压出现,uf与与ud相串联相串联,为为串联串联反馈；反馈；在放大器输出端，在放大器输出端，F与与A相串联，相串联，xf与与 io成正比，为成正比，为电流电流反馈；反馈；xoxixdxfuiudufuo第16页，本讲稿共65页串联电流负反馈串联电流负反馈uiuoR2RLRuf+-+ud+i0uf=i0R+第17页，本讲稿共65页AFiouoRLAF在放大器
10、输入端在放大器输入端,信号以电流出现信号以电流出现,if与与id相并联相并联,为并联反馈；为并联反馈；id=ii if ri并联并联负反馈负反馈降低降低输入电阻输入电阻 rif ro电压电压负反馈负反馈降低降低输出电阻输出电阻 rof R4,求求Auf解：解：解：解：if=i1RFR4 Auf=R1RF(1+)R4R3ui uououo=R4R3R4+uo得uo=ui RF R1第28页，本讲稿共65页RFRR12uiuo2.同相比例运算电路虚断路虚断路id 0虚短路虚短路=uiu-u =+i1ifididu+u-i1 if第29页，本讲稿共65页uiuo同相跟随器uo=uiRFR若接入电阻若
11、接入电阻R、RF，运算关系不变，运算关系不变第30页，本讲稿共65页i12iFi11R12_+R2R11ui2uoRPui111.3.2 加法运算电路加法运算电路1.反相加法运算电路第31页，本讲稿共65页F211uo2.同相加法运算电路23ui1ui2ui322RFR1 uO=1+R +R21R23ui3ui1R22ui2其中 R=R21 R22 R23 R 第32页，本讲稿共65页1.差动比例运算电路uoRFR1R2R3ui1i2uu0=uo+u0=1+ui2RFR1R2+R3R3-ui1RFR1uO =-ui1RFR1uO =1+u+RFR1=1+ui2RFR1R2+R3R311.3.3
12、 减法运算电路第33页，本讲稿共65页 11ui121 2.两级反相输入减法运算电路132212N2N1uoF1uRRRRRRRi2F2uo=ui1 ui2 11RRRRRR 13 12F1F2F2第34页，本讲稿共65页4.测量放大器ui1uO=(1 +)(ui2 ui1)RFR2R1RPRFuoRN1N2N3ui2R1R1RPABRRFuo2uo1第35页，本讲稿共65页u=u+=0u i+uoRR2i1iFC一、微分运算11.3.4 积分和微分运算电路输入方波，画输出波形输入方波，画输出波形uoui输出是尖脉冲。输出是尖脉冲。应用举例：应用举例：第36页，本讲稿共65页i1iFui-+R
13、R2Cuo二、积分运算tuo0输入方波，画输出波形输入方波，画输出波形应用举例1：tui0输出是三角波。输出是三角波。第37页，本讲稿共65页“虚断路虚断路”原则原则uiiirid=对于理想运放对于理想运放相当于两输入端之间相当于两输入端之间 断路断路rid,理想运放工作在非线性区的分析依据理想运放工作在非线性区的分析依据uiuO+注意注意:u+=u 不一定成立不一定成立不一定成立不一定成立！第38页，本讲稿共65页1.过零比较器(2)反相输入过零比较器反相输入过零比较器UOM-UOMuiuo0R1R2uoui-UOMUOM(1)同相输入过零比较器uiuo0R1R2uoui11.4 电压比较器
14、（非线性区）电压比较器（非线性区）第39页，本讲稿共65页R1R2例例：过零比较器的应用过零比较器的应用UOM-UOMttUOM-UOM000uiuouOuiuiuo第40页，本讲稿共65页-UZUZR1R2R3Dz0uiuouiuoUZ(1)同相输入过零限幅比较器同相输入过零限幅比较器2.过零限幅比较器第41页，本讲稿共65页R1R2uOui(2)反相输入过零限幅比较器DzUZUZ-UZ0uOui第42页，本讲稿共65页-UZ3.任意电平比较器R1R2R3URDzUR0uiuouOuiUZ设设 UR0UZ第43页，本讲稿共65页电压比较器的分析方法电压比较器的分析方法1.输出电压跃变的门限输
15、出电压跃变的门限UTuu =+由此可求出电压比较器的门限电压由此可求出电压比较器的门限电压UT2.电压传输特性电压传输特性uu +uo0时，uu +uo0时，输出端不接输出端不接 DZ时时，uo=UOM输出端接输出端接 DZ限幅时限幅时，uo=UZ第44页，本讲稿共65页电 路 如 图 所 示，其 稳 压 管 的 稳 定 电 压 正 向 压 降 忽 略 不 计，输 入 电 压 参 考 电 压 画 出 输 出 电 压 的 波 形。第45页，本讲稿共65页UZR2R3R1URtt-UZ URR1R2UZ-UZUT 设设 UR 0DzUZUT=URR1R2门限电平：门限电平：例题例题000uiuou
16、iuouOui第46页，本讲稿共65页R1R2R3RFUZ-UZUT2UT1Dz 4.滞回比较器0uiuouOuiUZ第47页，本讲稿共65页R1R2uOuiR3RF-UZ过零滞回比较器t UT1UT20t UZ-UZDzUZ0UZUT2UT10uiuououi例题例题第48页，本讲稿共65页作 业 A选择题：11.3.111.4.1B基本题：11.3.4、11.3.6、11.3.10、11.3.13、11.3.14（5）（6）、11.3.15、11.3.16第49页，本讲稿共65页符合=(即虚地)的电路是()第50页，本讲稿共65页第51页，本讲稿共65页第52页，本讲稿共65页第53页，本
17、讲稿共65页第54页，本讲稿共65页串联电压负反馈串联电压负反馈串联电压负反馈串联电压负反馈R R1 1并联电流负反馈并联电流负反馈并联电流负反馈并联电流负反馈R R2 2第55页，本讲稿共65页第56页，本讲稿共65页硅稳压管Dz1和Dz2的稳定电压分别为5V和10V，稳压管的正向压降为0.7V 第57页，本讲稿共65页第58页，本讲稿共65页 在直接耦合放大电路中，采用差动式电路结构的主要目的是()(a)提高电压放大倍数(b)抑制零点漂移(c)提高带负载能力第59页，本讲稿共65页第60页，本讲稿共65页17.5 集成运放在信号产生方面的应用集成运放在信号产生方面的应用R1R2uOui R
18、3RFUZRDZ滞回电压比较器17.5.1 方波发生器方波发生器1.电路的组成 方波发生器方波发生器 C第61页，本讲稿共65页RuOR2uoUZR3UZR1DzCuCFUZ-UZ-FUZt2.方波发生器的工作原理ucuo=UZu+=FUZ设uo=UZu+=FUZ，C充电；充电；，C放电；放电；0第62页，本讲稿共65页RuOR2UZR3R1DZCuCuo0UZFUZ-UZ-FUZt3.矩形波发生器D1RRP D2uo0UZFUZ-UZ-FUZt第63页，本讲稿共65页R4R1 R3R2UZDZ17.7.2 三角波发生器三角波发生器1.三角波发生器的组成三角波发生器的组成N1 uiuO1CuOR5N2R三角波发生器三角波发生器由由组成组成N1 电压比较器电压比较器N2 反相积分电路反相积分电路第64页，本讲稿共65页2.三角波发生器的工作原理三角波发生器的工作原理R4R1uO R3R2UZDZR5RCN1N2uO1tt0UZ-UZuO1uOTTT2T2R1 R2UZ0R1 R2UZ-第65页，本讲稿共65页