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1、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；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 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 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。本章要求第8章 集成运算放大器第1页/共67页8.1 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍
2、 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。集成电路是把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上,组成一个不可分的整体。集成电路特点集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低。集成电路分类集成电路分类按集成度按导电类型按功能小、中、大和超大规模双、单极性和两种兼容数字和模拟第2页/共67页各类型号集成芯片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
3、极管多用三极管的发射结代替。第3页/共67页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，都采用带恒流源的差分放大器。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:由镜像恒流源等电路组成 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。第4页/共67页 15VI3430PfR815VUi1IET1T3T7T5R1R2R3T4T6T2I82IB9T8IC9T9IB13IB122IB13T13IRR5R6T15R7D2D1T16T17T18T19T14R9T10T1
4、1R4I10Ui2F007的内部电路图 第5页/共67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6页/共67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7页/共67页主要参数 1.最大输出电压 UOPP
5、 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 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8页/共67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
6、行的。理想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9页/共67页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+u时，uo=+Uo(sat)u+0 ui=Ui u 时，uo=+Uo(sat)u+uu时，时，u uo o=+=+U Uoo(sat)(sat)u u+uu时，时，u uo o=UUoo(sat)(sat)即即 u ui iUUURR时，时，u uoo=U Uoo(sat)(sat)可见，在 ui=UR 处输出电压 uo 发生跃变。参考电压第34页/共67页uitOU
7、ROuot+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35页/共67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)u
8、iuoOUR第36页/共67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37页/共67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 UUR R，u uoo=U=UZ ZUZ UZ电压传输特性 Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURu ui iUUURR时，时，u uo o =U Uoo(sat)(
9、sat)uoRDZURuouiR2+R1+第38页/共67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 oO OU UR R=0=0tuiO Otuo+Uo(sat)Uo(sat)O O第39页/共67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
10、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40页/共67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回比较器RFuoui+R1+第41页/共67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
11、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42页/共67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 RFF或或R R2 2 可以改
12、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43页/共67页解：解：对图（对图（1 1）上门限电压上门限电压下门限电压下门限电压例：例：电路如图所示，电路如图所示，U Uo o(sat)(sat)=6V=6V，U URR=5V=5V，R RFF=20k=20k，R R2 2=1=10k0k，求上、下门限电压。，求上、下门限电压。
13、（1 1）R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+U UR R R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+（2 2）第44页/共67页解：解：对图（对图（2 2）例：例：电路如图所示，电路如图所示，U Uo o(sat)(sat)=6V=6V，U URR=5V=5V，R RFF=20k=20k，R R2 2=1=10k0k，求上、下门限电压。，求上、下门限电压。（1 1）（2 2）+U UR R R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+第45页/共67页（1 1
14、）+U UR R R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+（2 2）u ui iu uo oO O-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 iO O-6 66 61.331.335.335.33R RF FR R2 2u uo ou ui i+R R1 1+第46页/共67页 例1：图中所示为运放组成的过温保护电路，R 是热敏电阻，温度升高阻值变小。KA 是继电器，温度升高，超过规定值，KA 动作，自动切断电源。分析其工作原理。温度 超过 规定值，ui UR，uo=+UOM，T 导通。KA 动作，切断电源。温度未超过规定值，Ui 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65页/共67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66页/共67页感谢您的观看。第67页/共67页