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1、各类型号集成芯片16.1.1 集成运算放大器的特点 1.元器件参数的一致性和对称性好；2.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；3.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；4.二极管多用三极管的发射结代替。第1页/共54页16.1.2 电路的简单说明输入级 中间级 输出级偏置电路运算放大器方框图 输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用差分放大器。中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。偏置电路:确定合适的静态工作点 输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成
2、。第2页/共54页集成集成运算放大器的管脚和符号反相输入端同相输入端+UCCUEEuo+uu+Auo信号传输方向输出端实际运放开环电压放大倍数(a)(b)(a)符号;(b)引脚8 7 6 5 F0071 2 3 4 U-U+-UCC+UCC输出第3页/共54页集成运放 741的电路原理图同相输入输入级偏置电路中间级输出级+UCCuo+-UEET12T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T13T14T16T18T17T20T15T19R1R2R3R4R5R7R8R9R10R11R12C同相输入输出第4页/共54页16.1.3 主要参数 1.最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失
3、真关系的最大输出电压。2.开环差模电压增益 Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。Auo愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。6.共模输入电压范围 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。愈小愈好愈小愈好 3.输入失调电压 UIO 4.输入失调电流 IIO 5.输入偏置电流 IIB第5页/共54页1.开环电压放大倍数 2.开环输入电阻3.开环输出电阻4.共模抑制比 由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化,为此,后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。16.1.4 理想
4、运算放大器及其分析依据 在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理想的运算放大器。理想化的主要条件：第6页/共54页16.1.4 理想运算放大器及其分析依据线性区：uo=Auo(u+u)非线性区：u+u 时，uo=+Uo(sat)u+0 ui=Ui 0时，|T(j)|衰减很快 显然，电路能使低于0的信号顺利通过，衰减很小，而使高于0的信号不易通过，衰减很大，称一 阶有源低通滤波器。为了改善滤波效果，使 0 时信号衰减得更快些，常将两节RC滤波环节串接起来，组成二阶有源低通滤波器。uoRFCR+R1+ui+RC一阶二阶 幅频特性0|Auf0|T(j)|O第30页/共54页2.2.有源高通滤波器有
5、源高通滤波器uiuoRFCR+R1+设输入为正弦波信号，则有故：第31页/共54页 可见，电路使频率大于0 的信号通过，而小于0 的信号被阻止，称为有源高通滤波器。若频率若频率 为变量，则为变量，则电路的传递函数电路的传递函数其模为 幅频特性0|Auf0|T(j)|O第32页/共54页 SuC+ui+uo+模拟开关模拟输入信号1.1.电路16.3.2 采样保持电路 采样保持电路，多用于模-数转换电路（A/D）之前。由于A/D 转换需要一定的时间，所以在进行A/D 转换前必须对模拟量进行瞬间采样，并把采样值保存一段时间，以满足A/D 转换电路的需要。用于数字电路、用于数字电路、计算机控制及程序计
6、算机控制及程序控制等装置中。控制等装置中。采样存储电容控制信号电压跟随器第33页/共54页2.2.工作原理工作原理16.3.2 采样保持电路1.1.电路电路采样阶段采样阶段：uG为高电平，S 闭合(场效应管导通)，ui对存储电容C充电，uo=uC=ui。保持阶段保持阶段：uG为 0，S 断开(场效应管截止)，输出 保持该阶段开始瞬间的值不变。采样脉冲采样脉冲uitouGto采样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。SuC+ui+uo+第34页/共54页16.3.316.3.3 电压比较器电压比较器电压比较器的功能：电压比较器的功能：电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。当两者幅度相等时输出
7、电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的 大小和极性。用途：用途：数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，以及波形产生及变换等场合。运放工作在开环状态或引入正反馈。运放工作在开环状态或引入正反馈。第35页/共54页理想运放工作在饱和区的特点：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)当 u+u 时，uo=+Uo(sat)u+uu 时，时，u uo o=+=+U Uo o (sat)(sat)u u+uu 时，时，u uo o=U Uo o (sat)(sat)即即 u ui iUUUR R 时，时，u uo
8、o=U Uo o (sat)(sat)可见，在 ui=UR 处输出电压 uo 发生跃变。参考电压第37页/共54页uitOUROuot+Uo(sat)Uo(sat)t1t2单限电压比较器：单限电压比较器：当 ui 单方向变化时，uo 只变化一次。URuouiR2+R1+电压传输特性 U Uo o(sat)(sat)+U Uo o(sat)(sat)uiuoOUR第38页/共54页ui UR，uo=+Uo(sat)ui UR，uo=Uo(sat)URuouiR2+R1+uiuoURR2+R1+U Uo o(sat)(sat)+U Uo o(sat)(sat)uiuoOUR输入信号接在反相端输入信
9、号接在反相端输入信号接在同相端输入信号接在同相端电压传输特性 U Uo o(sat)(sat)+U Uo o(sat)(sat)uiuoOUR第39页/共54页URuouiR2+R1+uiuoURR2+R1+Ot+Uo(sat)Uo(sat)uo输入信号接在反相端输入信号接在反相端输入信号接在同相端输入信号接在同相端uitOUROuot+Uo(sat)Uo(sat)t1t2第40页/共54页输出带限幅的电压比较器输出带限幅的电压比较器设稳压管的稳定电压为设稳压管的稳定电压为U UZ Z，忽略稳压管的正向导通压降忽略稳压管的正向导通压降则则 u ui i U UR R，u uo o =U UZ
10、ZUZ UZ电压传输特性 Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURu ui iUUUR R 时，时，u uo o =U Uo o (sat)(sat)uoRDZURuouiR2+R1+第41页/共54页过零电压比较器过零电压比较器利用电压比较器利用电压比较器将正弦波变为方波将正弦波变为方波URuouiR2+R1+电压传输特性电压传输特性 U Uo o(sat)(sat)+U Uo o(sat)(sat)u ui iu uo oOOU UR R=0=0tuiOOtuo+Uo(sat)Uo(sat)OO第42页/共54页2.2.滞回比较器滞回比较器上门限电压上门限电压下门限电压下门限电压 电路
11、中引入正反馈电路中引入正反馈(1)(1)提高了比较器的响应速度；提高了比较器的响应速度；(2)(2)输出电压的跃变不是发生输出电压的跃变不是发生 在同一门限电压上。在同一门限电压上。RF当 uo=+Uo(sat)，则 当 uo=Uo(sat)，则门限电压受输出电压的控制R2uoui+R1+第43页/共54页上门限电压上门限电压 UU+：u ui i 逐渐增加时的门限电压逐渐增加时的门限电压下门限电压下门限电压UU+：u ui i 逐渐减小时的门限电压逐渐减小时的门限电压uiuoO Uo(sat)+Uo(sat)电压传输特性uitOuoOt+Uo(sat)Uo(sat)两次跳变之间具有迟滞特性滞
12、回比较器RFuoui+R1+第44页/共54页根据叠加原理，有根据叠加原理，有改变参考电压改变参考电压U UR R，可使传输特性沿横轴移动，可使传输特性沿横轴移动。可见：传输特性不再对称于纵轴，+URRFR2uoui+R1+u ui iu uo oOO U Uo o(sat)(sat)+U Uo o(sat)(sat)电压传输特性电压传输特性当参考电压当参考电压U UR R不等于零时不等于零时第45页/共54页定义：定义：回差电压回差电压 与过零比较器相比具有以下优点：与过零比较器相比具有以下优点：1.1.改善了输出波形在跃变时的陡度。改善了输出波形在跃变时的陡度。2.2.回差提高了电路的抗干
13、扰能力，回差提高了电路的抗干扰能力，U U越大，抗干扰越大，抗干扰 能力越强。能力越强。结论：结论：1.1.调节调节R RF F 或或R R2 2 可以改变回差电压的大小。可以改变回差电压的大小。2.2.改变改变U UR R可以改变上、下门限电压，可以改变上、下门限电压，但不影响回差但不影响回差 电压电压 U U。电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报警和波形发生等电路中得到广泛应用。警和波形发生等电路中得到广泛应用。第46页/共54页（1 1）+U UR R R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+（2 2）u ui iu
14、 uo oOO-6 6-2-22 26 6 图图(1)(1)的电压传输特性的电压传输特性图图(2)(2)的电压传输特性的电压传输特性u uo ou ui iOO -6 66 61.331.335.335.33R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+第47页/共54页16.6 使用运算放大器应注意的几个问题 集成运放的用途广泛，在使用前必须进行测试，使用中应注意其电参数和极限参数符合电路要求，同时还应注意以下问题。3.调零 为了提高集成运放的精度,消除因失调电压和失调电流引起的误差,需要对集成运放进行调零。集成运放的调零电路有两类，一类是内调零，集成运放设有外接调零电路的
15、引线端,按说明书连接即可，如常用的741，其中电位器RP可选择10k的电位器,如图所示。1.选用元件2.消振第48页/共54页3.调零 (1)输入端保护 当输入端所加的电压过高时会损坏集成运放，可在输入端加入两个反向并联的二极管，如图所示，将输入电压限制在二极管的正向压降以内。4.保护 A741的调零电路RPVui20k20kuO10k第49页/共54页 (1)输入端保护 输入端保护 ui1uORRui2 (2)输出端保护 为了防止输出电压过大,可利用稳压管来保护，如图所示，将两个稳压管反向串联，就可将输出电压限制在稳压管的稳压值UZ的范围内。uiuoR1R2RfDZ输出端保护 4.保护第50
16、页/共54页 (3)电源保护 为了防止正负电源接反，可用二极管保护，若电源接错，二极管反向截止，集成运放上无电压，如图所示。ui2 U EE U CCD1uOui1D2电源保护第51页/共54页 5.相位补偿 集成运放在实际使用中遇到最棘手的问题就是自激。要消除自激，通常是破坏自激形成的相位条件，这就是相位补偿，如图所示。其中，图(a)是输入分布电容和反馈电阻过大(1M)引起自激的补偿方法，图(b)中所接的RC为输入端补偿法，常用于高速集成运放。(a)CRfuAR3ui1Ro(b)RCRfu oAR3ui1ui2R1R2相位补偿第52页/共54页6.扩大输出电流在输出端加接一级互补电路扩大输出电流。uORFR1ui+R2RBD1UCC+UCCD2RBT1T2第53页/共54页感谢您的观看！第54页/共54页