電工學(xué)第十六章z

1、 集成運(yùn)算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多集成運(yùn)算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的級直接耦合放大電路。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。一種模擬集成電路。集成電路集成電路 是把整個電路的各個元件以及相互之是把整個電路的各個元件以及相互之間的聯(lián)接同時(shí)制造在一塊半導(dǎo)體芯片上間的聯(lián)接同時(shí)制造在一塊半導(dǎo)體芯片上, 組成一個不組成一個不可分的整體?？煞值恼w。：體積小、重量輕、功耗低、可體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、價(jià)格低?？啃愿?、價(jià)格低。按集成度按集成度按導(dǎo)電類型按導(dǎo)電類型按功能按功能小、中、大和超大規(guī)模小、中、大和超大規(guī)模雙、單極性和兩種兼容雙

2、、單極性和兩種兼容數(shù)字和模擬數(shù)字和模擬各類型號集成運(yùn)算放大器各類型號集成運(yùn)算放大器 1. 元器件參數(shù)的一致性和對稱性好；元器件參數(shù)的一致性和對稱性好； 2. 電阻的阻值受到限制，大電阻常用三極管恒流電阻的阻值受到限制，大電阻常用三極管恒流源代替，電位器需外接；源代替，電位器需外接； 3. 電容的容量受到限制，電感不能集成，故大電電容的容量受到限制，電感不能集成，故大電容、電感容、電感 和變壓器均需外接；和變壓器均需外接； 4. 二極管多用三極管的發(fā)射結(jié)代替。二極管多用三極管的發(fā)射結(jié)代替。16.1.2 電路的簡單說明電路的簡單說明運(yùn)算放大器方框圖運(yùn)算放大器方框圖 輸入級：輸入級：輸入電阻高，能減

3、小零點(diǎn)漂移和抑制干輸入電阻高，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號，都采用帶恒流源的差分放大器擾信號，都采用帶恒流源的差分放大器 。 中間級：中間級：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。 偏置電路偏置電路: 一般由各種恒流源等電路組成一般由各種恒流源等電路組成 輸出級：輸出級：與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，一般由互補(bǔ)功率放大電路或射極輸出器構(gòu)成。能力強(qiáng)，一般由互補(bǔ)功率放大電路或射極輸出器構(gòu)成。運(yùn)算放大器的管腳和符號運(yùn)算放大器的管腳和符號反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端信

4、號傳信號傳輸方向輸方向輸出端輸出端實(shí)際運(yùn)算放大器實(shí)際運(yùn)算放大器開環(huán)電壓放大倍數(shù)開環(huán)電壓放大倍數(shù)(a)(b)(a) 符號符號; (b)引腳引腳16.1.3 主要參數(shù)主要參數(shù) 1. 最大輸出電壓最大輸出電壓 uom 能使輸出和輸入保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。能使輸出和輸入保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。 2. 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益 auo 運(yùn)算放大器沒有接反饋電路時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)。運(yùn)算放大器沒有接反饋電路時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)。 auo愈高，所構(gòu)成的運(yùn)算電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也越高。愈高，所構(gòu)成的運(yùn)算電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也越高。 6. 共模輸入電壓范圍共模輸入電壓范圍 uicm 運(yùn)算放

5、大器所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此運(yùn)算放大器所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值值,運(yùn)算放大器的共模抑制性能下降運(yùn)算放大器的共模抑制性能下降,甚至造成器件損壞。甚至造成器件損壞。 3. 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 uio 4. 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 iio 5. 輸入偏置電流輸入偏置電流 iib1. 開環(huán)電壓放大倍數(shù)開環(huán)電壓放大倍數(shù) 2. 開環(huán)輸入電阻開環(huán)輸入電阻3. 開環(huán)輸出電阻開環(huán)輸出電阻4. 共模抑制比共模抑制比 由于實(shí)際運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)接近理想化條件，由于實(shí)際運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)接近理想化條件，用理想運(yùn)算放大器分析電路可使問題大大簡化用理想運(yùn)算放大器分析電路可使問題大大簡

6、化, 為此為此,后面對運(yùn)算放大器的分析都是按其理想化條件進(jìn)行的。后面對運(yùn)算放大器的分析都是按其理想化條件進(jìn)行的。16.1.4 理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù) oua idr0or cmrrk 在分析運(yùn)算放大器的電路時(shí)，一般將它看成是理在分析運(yùn)算放大器的電路時(shí)，一般將它看成是理想的想的運(yùn)算放大器。理想化的主要條件：運(yùn)算放大器。理想化的主要條件： u+ u uo線性區(qū)：線性區(qū)：uo = auo( (u+ u)非線性區(qū)：非線性區(qū)： u+ u 時(shí)，時(shí)，uo = +uo(sat) u+ u 時(shí)，時(shí)， uo = + uo(sat) u+ 0 ui = ui 0時(shí)，時(shí)，| t(j )|

7、 衰減很快衰減很快 顯然，電路能使低于顯然，電路能使低于 0的信號順利通過的信號順利通過, 衰減很小衰減很小, 而使高于而使高于 0 的信號不易通的信號不易通過過, 衰減很大衰減很大, 稱一稱一 階有源階有源低通濾波器。低通濾波器。 為了改善濾波效果，為了改善濾波效果，使使 0 時(shí)信號衰減得時(shí)信號衰減得更快些，常將兩節(jié)更快些，常將兩節(jié)rc濾濾波環(huán)節(jié)串接起來，波環(huán)節(jié)串接起來，組成組成二階有源低通濾波器。二階有源低通濾波器。一階一階二階二階 01f1fioj11j111 rrrcrruui1jucrru urru)(11fo頻率頻率稱為截止稱為截止角角式中式中rc1:0 設(shè)輸入為正弦波信號，則有設(shè)

8、輸入為正弦波信號，則有故：故： 可見，電路使頻率大于可見，電路使頻率大于 0 的信號通過的信號通過 ，而小于，而小于 0 的信號被阻止，稱為的信號被阻止，稱為有源高通濾波器有源高通濾波器。 ,0時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) ,時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) 20f0)(1)(j uatf0)(juat 0)(j t 01fioj11)(j)(j)(j rruut 0f0j1 ua其模為其模為,0時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) 2)(jf0uat 幅頻特性幅頻特性f021ua 0| auf0 | t(j ) | o 低頻時(shí)，幅頻特性取低頻時(shí)，幅頻特性取決于高通濾波器；決于高通濾波器； 高頻時(shí)，幅頻特性取高頻時(shí)，幅頻特性取決于低通濾波器。決于低通濾波器。 優(yōu)點(diǎn)

9、：優(yōu)點(diǎn)：通帶寬通帶寬, fh 、fl易于調(diào)節(jié)。易于調(diào)節(jié)。flffh| t(j ) |f021ua| auf0 | 采樣采樣- -保持電路是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本部件之一。保持電路是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本部件之一。多用于模多用于模 - 數(shù)轉(zhuǎn)換電路數(shù)轉(zhuǎn)換電路 (a/d) 之前。之前。a/d轉(zhuǎn)換需要一轉(zhuǎn)換需要一定時(shí)間定時(shí)間, , 在轉(zhuǎn)換過程中在轉(zhuǎn)換過程中, , 如果送給如果送給a/d的模擬量發(fā)生的模擬量發(fā)生變化，則不能保證精度。為此，在變化，則不能保證精度。為此，在a/d前加入采樣保前加入采樣保持電路持電路, , 在進(jìn)行在進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換前對模擬量進(jìn)行瞬間采樣轉(zhuǎn)換前對模擬量進(jìn)行瞬間采樣, 并把采樣值保存一段時(shí)

10、間并把采樣值保存一段時(shí)間,只有保持采樣點(diǎn)的數(shù)值不只有保持采樣點(diǎn)的數(shù)值不變變, 才能保證轉(zhuǎn)換的精度才能保證轉(zhuǎn)換的精度, 以解決快速變化的模擬信以解決快速變化的模擬信號與較低號與較低a/d轉(zhuǎn)換速度的矛盾轉(zhuǎn)換速度的矛盾(即滿足即滿足a/d轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換電路的需要需要)。應(yīng)用：應(yīng)用： 采樣采樣- -保持電路是一個具有信號輸入、信號輸出保持電路是一個具有信號輸入、信號輸出以及由外部信號控制模擬門電路。在控制信號作用下，以及由外部信號控制模擬門電路。在控制信號作用下，采樣采樣- -保持電路跟蹤采樣，并保持輸入信號。保持電路跟蹤采樣，并保持輸入信號。模擬開關(guān)模擬開關(guān)模擬輸入信號模擬輸入信號電路電路采樣存儲采

11、樣存儲電容電容控制信號控制信號電壓跟隨器電壓跟隨器 ug為高電平，為高電平，s 閉合閉合(場效應(yīng)管導(dǎo)通場效應(yīng)管導(dǎo)通)， ui對存儲電容對存儲電容c充電，充電， uo= uc = ui 。 ug為為 0， s 斷開斷開(場效應(yīng)管截止場效應(yīng)管截止)，輸出，輸出 保持該階段開始瞬間的值不變。保持該階段開始瞬間的值不變。uitougto采樣速度愈高，愈接近模擬信號的變化情況。采樣速度愈高，愈接近模擬信號的變化情況。 u+ u uouo(sat) +uo(sat) o(1) u+= u , 稱稱“虛短虛短”。(2) i+= i 0 , 稱稱“虛斷虛斷”。 16.3 運(yùn)算放大器在信號處理方面的應(yīng)用運(yùn)算放大器在信號處理方面的應(yīng)用(1) 輸出只有兩種可能輸出只有兩種可能 +uo (sat) 或或uo (sat) 當(dāng)當(dāng) u+ u 時(shí)，時(shí)， uo = +