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1、电工与电子技术集成运算放大器电工与电子技术集成运算放大器课件课件第1页，本讲稿共53页本章主要内容本章主要内容16.116.1 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍16.216.2 运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用16.316.3 运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用16.516.5 使用运算放大器应注意的几个问题使用运算放大器应注意的几个问题使用运算放大器应注意的
2、几个问题使用运算放大器应注意的几个问题第2页，本讲稿共53页1.1.了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。2.2.理解运算放大器的电压传输特性，理解理想理解运算放大器的电压传输特性，理解理想理解运算放大器的电压传输特性，理解理想理解运算放大器的电压传输特性，理解理想 运算放大器并掌握其基本分析方法。运算放大器并掌握其基本分析方法。运算放大器并掌握其基本分析方法。运算放大器并掌握其基本分析方法。3.3.理解用集成运放组成的比例、加减、微分和理解用集成运放组成的比例、加减、微分
3、和理解用集成运放组成的比例、加减、微分和理解用集成运放组成的比例、加减、微分和 积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器 的工作原理。的工作原理。的工作原理。的工作原理。4.4.理解电压比较器的工作原理和应用。理解电压比较器的工作原理和应用。理解电压比较器的工作原理和应用。理解电压比较器的工作原理和应用。本章要求本章要求第3页，本讲稿共53页本章主要内容本章主要内容16.116.1 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍16.
4、216.2 运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用16.316.3 运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用16.516.5 使用运算放大器应注意的几个问题使用运算放大器应注意的几个问题使用运算放大器应注意的几个问题使用运算放大器应注意的几个问题第4页，本讲稿共53页集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦多级直接耦合合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电放大电路。是发展最早、
5、应用最广泛的一种模拟集成电路。路。集集成成电电路路（Integrated Circuit,简简称称IC）是是把把整整个个电电路路的的各各个个元元件件以以及及相相互互之之间间的的联联接接同同时时制制造造在在一一块块半半导导体体芯芯片上片上,组成一个不可分的整体。组成一个不可分的整体。集成电路特点集成电路特点集成电路特点集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低。靠性高、价格低。集成电路分类集成电路分类集成电路分类集成电路分类按集成度按集成度按导电类型按导电类型按功能按功能小、中、大和超大规模小、中、大和超大规模双、单极型和两种兼容双、单极型和两种兼容数字和模
6、拟数字和模拟集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍第5页，本讲稿共53页各类型各类型号集成号集成芯片芯片 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.电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流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；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，故大电电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感容、电感 和变压器均需外接；和变压器均需外接；4.二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。集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点第6页，本讲稿共53页电路的简单说明电路的简单说明
7、输入级输入级 中间级中间级 输出级输出级偏置偏置电路电路运算放大器方框图运算放大器方框图输入级：输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差分放大器扰信号，都采用带恒流源的差分放大器。中间级：中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射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。极放大电路构成。偏置电路偏置电路:由镜像恒流源等电路组成，决定静态工作点由镜像恒流源等电路组成，决定静态工作点输出级：输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载与负载相接，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。能力
8、强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。第7页，本讲稿共53页集成集成集成集成运算放大器的管脚和符号运算放大器的管脚和符号反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端+UCCUEEuo+uu+Auo信号传信号传输方向输方向输出端输出端实际运放开环实际运放开环电压放大倍数电压放大倍数(a)(b)(a)符号符号;(b)引脚引脚8 7 6 5 F0071 2 3 4 U-U+-UCC+UCC输出输出第8页，本讲稿共53页 15VI3430PfR815VUi1IET1T3T7T5R1R2R3T4T6T2I82IB9T8IC9T9IB13IB122IB13T13IRR5R6T15R7D2D1T16T17T1
9、8T19T14R9T10T11R4I10Ui2F007的内部电路图的内部电路图 第9页，本讲稿共53页主要参数主要参数 1.最大输出电压最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。2.开环差模电压增益开环差模电压增益 Auo 运放运放没有接反馈电路时没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。的差模电压放大倍数。Auo愈高，愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。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，运运放所能承受的共模输入电压最大值。
10、超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。愈小愈好愈小愈好愈小愈好愈小愈好 3.输入失调电压输入失调电压 UIO 4.输入失调电流输入失调电流 IIO 5.输入偏置电流输入偏置电流 IIB第10页，本讲稿共53页RB1RCC1C2RB2RERL+UCCuiuo+反馈：将放大电路输出端的信号反馈：将放大电路输出端的信号反馈：将放大电路输出端的信号反馈：将放大电路输出端的信号(电压或电流电压或电流电压或电流电压或电流)的的的的 一部分或全部通过某种电路引回到输入端。一部分或全部通过某种电路引回到输入端。一部分或全部通过某种电路引回到输入端。一部分或
11、全部通过某种电路引回到输入端。反馈的简单介绍esRB+UCCC1C2RE ERLui+uo+RS通过通过通过通过R RE E将输出电流将输出电流将输出电流将输出电流反馈到输入反馈到输入反馈到输入反馈到输入通过通过通过通过R RE E将输出电压将输出电压将输出电压将输出电压反馈到输入反馈到输入反馈到输入反馈到输入第11页，本讲稿共53页(b)带反馈带反馈(a)不带反馈不带反馈A电子电路方框图电子电路方框图+A 净输入信号净输入信号 反馈信号反馈信号 输出信号输出信号净输入信号：净输入信号：F反馈电路反馈电路比较环节比较环节 输入信号输入信号基本放大电路基本放大电路 若若三者同相，则三者同相，则X
12、d=Xi-Xf,即即Xd Xi ，即反馈信号起了增强净输入信号的作，即反馈信号起了增强净输入信号的作用则为正反馈。用则为正反馈。第12页，本讲稿共53页1.开环电压放大倍数开环电压放大倍数 2.差模输入电阻差模输入电阻3.开环输出电阻开环输出电阻4.共模抑制比共模抑制比 由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，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，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后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。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
13、据 在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理想的想的运算放大器。理想化的主要条件：运算放大器。理想化的主要条件：第13页，本讲稿共53页理想运算放大器及其分析依据线性区：线性区：uo=Auo(u+u)饱和饱和(非线性非线性)区：区：u+u 时，时，uo=+Uo(sat)u+u 时，时，uo=+Uo(sat)u+0 ui=Ui 0时，时，|T(j)|衰减很快衰减很快 显然，电路能使低于显然，电路能使低于 0的信号的信号顺利通过，衰减很小，而使高于顺利通过，衰减很小，而使高于 0的信号不易通过，衰减很大，的信号不易通过，衰减很大，称一称一 阶有源低通滤波
14、器。阶有源低通滤波器。为了改善滤波效果，使为了改善滤波效果，使 0 时信号衰减得更快时信号衰减得更快些，常将两节些，常将两节RC滤波环节滤波环节串接起来，串接起来，组成二阶有源低组成二阶有源低通滤波器。通滤波器。uoRFCR+R1+ui+RC一阶一阶二阶二阶 幅频特性幅频特性 0|Auf0|T(j)|O第43页，本讲稿共53页16.3.3 16.3.3 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。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电压产生跃变，由高电平变成低当两者幅度相等时
15、输出电压产生跃变，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电平，或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的的 大小和极性。大小和极性。用途：用途：用途：用途：数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术数模转换、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。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44页，本讲稿共53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：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.
16、输出只有两种可能输出只有两种可能+Uo(sat)或或Uo(sat)当当 u+u 时，时，uo=+Uo(sat)u+uu 时，时，时，时，u uo o=+=+U Uo o (sat)(sat)u u+uu 时，时，时，时，u uo o=U Uo o (sat)(sat)即即即即 u ui iUUUR R 时，时，时，时，u uo o=U Uo o (sat)(sat)可见，在可见，在 ui=UR 处输出电压处输出电压 uo 发生跃变。发生跃变。参考电压参考电压第46页，本讲稿共53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
17、在反相端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47页，本讲稿共53页过零电压比较器过零电压比较器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 oO OU UR R=0=0tuiO Otuo+Uo(sat)U
18、o(sat)O O第48页，本讲稿共53页16.6 使用运算放大器应注意的几个问题使用运算放大器应注意的几个问题 集集成成运运放放的的用用途途广广泛泛，在在使使用用前前必必须须进进行行测测试试，使使用用中中应应注注意意其其电电参参数数和和极极限限参参数数符符合合电电路路要要求求，同同时时还应注意以下问题。还应注意以下问题。3.调零调零 为了提高集成运放的精度为了提高集成运放的精度,消除因失调电压和失调消除因失调电压和失调电流引起的误差电流引起的误差,需要对集成运放进行调零。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
19、调零电路的引线端成运放设有外接调零电路的引线端,按说明书连接即按说明书连接即可，如常用的可，如常用的 741，其中电位器，其中电位器RP可选择可选择10k的的电位器电位器,如图所示。如图所示。1.选用元件选用元件2.消振消振第49页，本讲稿共53页3.调零调零 (1)输入端保护输入端保护 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。二极管的正向压降以内。4.保护保护 A741的调零电路的调零电路RPVui20k 2
20、0k uO10k 第50页，本讲稿共53页 (1)输入端保护输入端保护 输入端保护输入端保护 ui1uORRui2 (2)输出端保护输出端保护 为了防止输出电压过大为了防止输出电压过大,可利用稳压管来保护，如图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在稳压管的稳压值UZ的范围内。的范围内。uiuoR1R2RfDZ输出端保护输出端保护 4.保护保护第51页，本讲稿共53页 (3)电源保护电源保护 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。错，二极管反向截止，集成运放上无电压，如图所示。ui2 U EEU CCD1uOui1D2电源保护电源保护第52页，本讲稿共53页第53页，本讲稿共53页