集成運算放大器原理和運用

1、集成運算放大器原理和應用集成運算放大器原理和應用基本原理和一般應用基本原理和一般應用課程大綱課程大綱一一. .基本原理和主要性能指標基本原理和主要性能指標二二. .運算放大器分析方法運算放大器分析方法 三、運算放大器的應用、運算放大器的應用 四、運算放大器應用時應注意的問題運算放大器應用時應注意的問題五.實例分析實例分析一、基本原理和主要性能指標一、基本原理和主要性能指標1、概念概念2、運算放大器基本組成和原理、運算放大器基本組成和原理3、主要性能指標、主要性能指標一、基本原理和主要性能指標一、基本原理和主要性能指標1 概念概念 因為早期運放主要用于放大和模擬運算（加法、減法、因為早期運放主要

2、用于放大和模擬運算（加法、減法、乘法、除法、積分、微分等），所以取名運算放大器。乘法、除法、積分、微分等），所以取名運算放大器。 現在現在 還用于信號處理、信號變換、信號產生等方面，還用于信號處理、信號變換、信號產生等方面，在各種電子設備中被廣泛應用。在測量、控制電路中有十在各種電子設備中被廣泛應用。在測量、控制電路中有十分重要的地位。分重要的地位。2、運算放大器基本組成和原理、運算放大器基本組成和原理-組成組成一、基本原理和主要性能指標一、基本原理和主要性能指標運算放大器運算放大器輸入級：采用恒流源的差動放大電路，工作在小電輸入級：采用恒流源的差動放大電路，工作在小電流狀態(tài)，輸入阻抗高。流狀

3、態(tài)，輸入阻抗高。中間級：一般采用恒流源的共發(fā)射極放大電路，放中間級：一般采用恒流源的共發(fā)射極放大電路，放 大倍大倍數在幾千倍以上，是運算放大器的主要增益部分。數在幾千倍以上，是運算放大器的主要增益部分。輸出級：有較大的電壓輸出幅度，較高的輸出輸出級：有較大的電壓輸出幅度，較高的輸出功率、較小的輸出電阻，一般設有過載保護。功率、較小的輸出電阻，一般設有過載保護。偏置電路：為各級提供合適的靜態(tài)工作點，偏置電路：為各級提供合適的靜態(tài)工作點，作為有源負載提高電壓增益。作為有源負載提高電壓增益。一、基本原理和主要性能指標一、基本原理和主要性能指標2、運算放大器基本原理和組成、運算放大器基本原理和組成-原

4、理原理一、基本原理和主要性能指標一、基本原理和主要性能指標3. 主要性能指標主要性能指標（1）輸入失調（偏移）電壓）輸入失調（偏移）電壓vio 一般在一般在110mv,指為了保證輸出為零，在輸入端加的補償電指為了保證輸出為零，在輸入端加的補償電壓，溫度影響較大。壓，溫度影響較大。（2）輸入失調（偏移）電流）輸入失調（偏移）電流iio 輸入信號為零時，兩輸入端靜態(tài)電流之差，溫度影響較大。輸入信號為零時，兩輸入端靜態(tài)電流之差，溫度影響較大。（3）輸入偏置電流）輸入偏置電流iib 輸入信號為零時，兩輸入端靜態(tài)電流的平均值，溫度有一定影輸入信號為零時，兩輸入端靜態(tài)電流的平均值，溫度有一定影響。響。（4

5、）差模增益（放大倍數）差模增益（放大倍數）avd 指運算放大器在開環(huán)狀態(tài)時的差模放大倍數。指運算放大器在開環(huán)狀態(tài)時的差模放大倍數。（5）轉換速率）轉換速率sr 運算放大器在單位增益和額定輸出電壓下，輸出電壓的最大變運算放大器在單位增益和額定輸出電壓下，輸出電壓的最大變化率化率dv/dt。一、基本原理和主要性能指標一、基本原理和主要性能指標3. 主要性能指標主要性能指標（6）共模印制比）共模印制比kcmr(cmr) 差模放大倍數與共模放大倍數之比。差模放大倍數與共模放大倍數之比。（7）最大共模輸入電壓）最大共模輸入電壓vicm 運算放大器在線性工作工作范圍內所能承受的最大共模輸入電壓。運算放大器

6、在線性工作工作范圍內所能承受的最大共模輸入電壓。（8）最大差模輸入電壓）最大差模輸入電壓vidm 運算放大器兩輸入端之間所能承受的最大電壓。運算放大器兩輸入端之間所能承受的最大電壓。（9）-3db帶寬帶寬fh和單位增益帶寬和單位增益帶寬fc fh是指當是指當ao下降到下降到3db所對應的信號頻率；所對應的信號頻率；fc是指是指ao下降到下降到0db所對應的信號頻率。注意與所對應的信號頻率。注意與gbp區(qū)別開來。區(qū)別開來。（10）差模輸入電阻和輸出電阻）差模輸入電阻和輸出電阻 差模輸入電阻是指兩輸入端之間動態(tài)電阻；輸出電阻指運算放大差模輸入電阻是指兩輸入端之間動態(tài)電阻；輸出電阻指運算放大器在環(huán)狀

7、態(tài)下輸出端對地電阻。器在環(huán)狀態(tài)下輸出端對地電阻。一、基本原理和主要性能指標一、基本原理和主要性能指標3. 主要性能指標主要性能指標-例子例子一、基本原理和主要性能指標一、基本原理和主要性能指標3. 主要性能指標主要性能指標-例子例子二二.運算放大器分析方法運算放大器分析方法1、分析運算放大器的基本法則：虛短、虛斷、虛地。、分析運算放大器的基本法則：虛短、虛斷、虛地。2、典型運算放大電路、典型運算放大電路 同相輸入比例放大電路同相輸入比例放大電路 跟隨電路跟隨電路 反相輸入比例放大電路反相輸入比例放大電路 積分電路積分電路 微分電路微分電路 加法電路加法電路 減法電路減法電路2、典型運算放大電路

8、、典型運算放大電路同相輸入比例放大電路1234abcd4321dcbatitlenumberrevisionsizeadate:28-may-2008sheet of file:e:陳永倫海洋王dgs10.ddbdrawn by:u1r1r2rfv ou1r1r2rfv iv ou1r1r2v iv ocu1rfr2v iv ocv iu1r1rfv iv ou1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1rfv iv ocu1rfr1v iv ocu1r1r2v iv oc2rfc1跟隨電路跟隨電路 2、典型運算放大電路、典型運算放大電路1234a

9、bcd4321dcbatitlenumberrevisionsizeadate:28-may-2008sheet of file:e:陳永倫海洋王dgs10.ddbdrawn by:u1r1r2rfv ou1r1r2rfv iv ou1r1r2v iv ocu1rfr2v iv ocv iu1r1rfv iv ou1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1rfv iv ocu1rfr1v iv ocu1r1r2v iv oc2rfc1反相輸入比例放大電路反相輸入比例放大電路2、典型運算放大電路、典型運算放大電路1234abcd4321dcbati

10、tlenumberrevisionsizeadate:28-may-2008sheet of file:e:陳永倫海洋王dgs10.ddbdrawn by:u1r1r2rfv ou1r1r2rfv iv ou1r1r2v iv ocu1rfr2v iv ocv iu1r1rfv iv ou1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1rfv iv ocu1rfr1v iv ocu1r1r2v iv oc2rfc12、典型運算放大電路、典型運算放大電路積分電路積分電路1234abcd4321dcbatitlenumberrevisionsizeadat

11、e:28-may-2008sheet of file:e:陳永倫海洋王dgs10.ddbdrawn by:u1r1r2rfv ou1r1r2rfv iv ou1r1r2v iv ocu1rfr2v iv ocv iu1r1rfv iv ou1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1rfv iv ocu1rfr1v iv ocu1r1r2v iv oc2rfc1微分電路微分電路2、典型運算放大電路、典型運算放大電路1234abcd4321dcbatitlenumberrevisionsizeadate:28-may-2008sheet of fil

12、e:e:陳永倫海洋王dgs10.ddbdrawn by:u1r1r2rfv ou1r1r2rfv iv ou1r1r2v iv ocu1rfr2v iv ocv iu1r1rfv iv ou1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1rfv iv ocu1rfr1v iv ocu1r1r2v iv oc2rfc1加法電路加法電路2、典型運算放大電路、典型運算放大電路1234abcd4321dcbatitlenumberrevisionsizeadate:28-may-2008sheet of file:e:陳永倫海洋王dgs10.ddbdrawn

13、by:u1r1r2rfv ou1r1r2rfv iv ou1r1r2v iv ocu1rfr2v iv ocv iu1r1rfv iv ou1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1rfv iv ocu1rfr1v iv ocu1r1r2v iv oc2rfc1減法電路減法電路2、典型運算放大電路、典型運算放大電路1234abcd4321dcbatitlenumberrevisionsizeadate:28-may-2008sheet of file:e:陳永倫海洋王dgs10.ddbdrawn by:u1r1r2rfv ou1r1r2rfv i

14、v ou1r1r2v iv ocu1rfr2v iv ocv iu1r1rfv iv ou1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1rfv iv ocu1rfr1v iv ocu1r1r2v iv oc2rfc11、在測量方面的應用、在測量方面的應用2、在信號處理方面的應用、在信號處理方面的應用三、運算放大器的基本應用三、運算放大器的基本應用 1、在測量方面的應用、在測量方面的應用利用運算放大器測量電壓、電流等:可以與指針表做成：直流電流測量電路支流電壓測量電路交流電流測量電路、交流電壓測量電路 1、在測量方面的應用、在測量方面的應用直流電流測量

15、電路直流電流測量電路1234abcd4321dcbatitlenumberrevisionsizeadate:29-may-2008sheet of file:e:陳永倫海洋王dgs10.ddbdrawn by:u1101vr100+-ku1rv iv ocu1r1r2v iv or3u1r1r2v or3cr4u1r1r2v iv oc1c2vref（1）有源濾波器）有源濾波器（2）采樣保持電路）采樣保持電路（3）電壓比較電路）電壓比較電路（4）波形產生電路）波形產生電路（5）比例）比例-積分積分-微分（微分（pid）調節(jié)器）調節(jié)器 2、在信號處理方面的應用、在信號處理方面的應用(1)有源濾

16、波器有源濾波器 2、在信號處理方面的應用、在信號處理方面的應用 一階有源低通濾波器：過濾高頻信號 一階有源高通濾波器：過濾低頻信號 二階有源帶通濾波器：過濾低頻高頻和信號 二階有源帶阻濾波器：過濾中頻信號(1)有源濾波器濾波有源濾波器濾波-幅頻特性圖幅頻特性圖2、在信號處理方面的應用、在信號處理方面的應用2、在信號處理方面的應用、在信號處理方面的應用(1)有源濾波器有源濾波器-一階有源低通濾波器1234abcd4321dcbatitlenumberrevisionsizeadate:28-may-2008sheet of file:e:陳永倫海洋王dgs10.ddbdrawn by:u1r1r

17、2rfv ou1r1r2rfv iv ou1r1r2v iv ocu1rfr2v iv ocv iu1r1rfv iv ou1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1rfv iv ocu1rfr1v iv ocu1r1r2v iv oc2rfc1 2、在信號處理方面的應用、在信號處理方面的應用(1)有源濾波器有源濾波器-一階有源高通濾波器1234abcd4321dcbatitlenumberrevisionsizeadate:28-may-2008sheet of file:e:陳永倫海洋王dgs10.ddbdrawn by:u1r1r2rfv

18、ou1r1r2rfv iv ou1r1r2v iv ocu1rfr2v iv ocv iu1r1rfv iv ou1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1rfv iv ocu1rfr1v iv ocu1r1r2v iv oc2rfc1 2、在信號處理方面的應用、在信號處理方面的應用(1)有源濾波器有源濾波器-二階有源帶通濾波器1234abcd4321dcbatitlenumberrevisionsizeadate:28-may-2008sheet of file:e:陳永倫海洋王dgs10.ddbdrawn by:u1r1r2rfv ou1r1

19、r2rfv iv ou1r1r2v iv ocu1rfr2v iv ocv iu1r1rfv iv ou1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1rfv iv ocu1rfr1v iv ocu1r1r2v iv oc2rfc1 2、在信號處理方面的應用、在信號處理方面的應用(1)有源濾波器有源濾波器-二階有源帶阻濾波器1234abcd4321dcbatitlenumberrevisionsizeadate:30-may-2008sheet of file:e:陳永倫海洋王dgs10.ddbdrawn by:u1r1r2rfv ou1r1r2rfv

20、 iv ou1r1r2v iv ocu1rfr2v iv ocv iu1r1rfv iv ou1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1r3rfv i1v or2v i2u1r1rfv iv ocu1rfr1v iv ocu1r1r2v iv oc2rfc1u1rr/2v iv ocrfc2cr 2、在信號處理方面的應用、在信號處理方面的應用（2）采樣保持電路1234abcd4321dcbatitlenumberrevisionsizeadate:29-may-2008sheet of file:e:陳永倫海洋王dgs10.ddbdrawn by:u1101vr100+-ku1rv iv

21、 ocu1r1r2v iv or3u1r1r2v or3cr4u1r1r2v iv oc1c2vref缺少控制開關缺少控制開關 2、在信號處理方面的應用、在信號處理方面的應用（3）電壓比較電路用于比較電路的運放叫比較器；用于比較電路的運放叫比較器；性能要求：鑒別準確，反應靈敏，動作迅速，抗干擾能性能要求：鑒別準確，反應靈敏，動作迅速，抗干擾能力力 強，有一定的保護措施，防止過壓（輸入）或過流。強，有一定的保護措施，防止過壓（輸入）或過流。 對對sr、vin、vio等要求嚴格；等要求嚴格；常用的是遲滯（滯回）比較器常用的是遲滯（滯回）比較器。 2、在信號處理方面的應用、在信號處理方面的應用（3）

22、電壓比較電路）電壓比較電路-滯回電壓比較電路1234abcd4321dcbatitlenumberrevisionsizeadate:29-may-2008sheet of file:e:陳永倫海洋王dgs10.ddbdrawn by:u1101vr100+-ku1rv iv ocu1r1r2v iv or3u1r1r2v or3cr4u1r1r2v iv oc1c2vref 2、在信號處理方面的應用、在信號處理方面的應用（4） 波形產生電路波形產生電路 鋸齒波發(fā)生電路鋸齒波發(fā)生電路 三角波發(fā)生電路三角波發(fā)生電路 正弦波發(fā)生電路正弦波發(fā)生電路 方波發(fā)生電路方波發(fā)生電路 壓空振蕩發(fā)生電路壓空振蕩

23、發(fā)生電路 2、在信號處理方面的應用、在信號處理方面的應用（4） 波形產生電路波形產生電路-方波發(fā)生電路1234abcd4321dcbatitlenumberrevisionsizeadate:29-may-2008sheet of file:e:陳永倫海洋王dgs10.ddbdrawn by:u1101vr100+-ku1rv iv ocu1r1r2v iv or3u1r1r2v or3cr4u1r1r2v iv oc1c2vref 2、在信號處理方面的應用、在信號處理方面的應用（5）比例）比例-積分積分-微分（微分（pid）調節(jié)器）調節(jié)器1234abcd4321dcbatitlenumber

24、revisionsizeadate:29-may-2008sheet of file:e:陳永倫海洋王dgs10.ddbdrawn by:u1101vr100+-ku1rv iv ocu1r1r2v iv or3u1r1r2v or3cr4u1r1r2v iv oc1c2vref1、運算放大器的選擇2、運算放大器的保護措施3、抑制干擾和噪聲4、其他注意事項 四、運算放大器應用時應注意的問題四、運算放大器應用時應注意的問題1、運算放大器的選擇、運算放大器的選擇運算放大器的主要技術要求：運算放大器的主要技術要求： 高放大倍數、高輸入阻抗、低漂移、低功耗、高放大倍數、高輸入阻抗、低漂移、低功耗、高速

25、、高壓、精密、大功率、電壓比較；高速、高壓、精密、大功率、電壓比較；實際的運放不可能都具備上面的技術指標，實際的運放不可能都具備上面的技術指標，根據這些指標，運放分為不同類型：根據這些指標，運放分為不同類型： 高輸入阻抗型、低漂移型、低功耗型、高速型、高輸入阻抗型、低漂移型、低功耗型、高速型、高壓型、大功率型、電壓比較型高壓型、大功率型、電壓比較型;根據實際應用選折具有相應指標的運放類型。根據實際應用選折具有相應指標的運放類型。1、運算放大器的選擇、運算放大器的選擇高輸入電阻型高輸入電阻型 高輸入電阻型可以減輕信號源的負擔，常用于測量設備的首級與傳感器匹配，利于發(fā)揮傳感器的靈敏度。也用于信號處理電路，信號保持電路，信號濾波電路和模擬調節(jié)電路。低漂移型低漂移型1、運算放大器的選擇、運算放大器的選擇 低漂移型的輸入、輸出值隨溫度、