第10章集成運算放大器ppt課件

1、第第1010章章 集成運算放大器集成運算放大器10.1 集成運算放大器簡介集成運算放大器簡介10.2 運算放大器的基本運算電路運算放大器的基本運算電路10.3 運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用本章要求：本章要求：第第1010章章 集成運算放大器集成運算放大器了解集成運算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；了解集成運算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；掌握理想運算放大電路的基本分析要領(lǐng)；掌握理想運算放大電路的基本分析要領(lǐng)；掌握運算放大器在算術(shù)運算方面的基本電掌握運算放大器在算術(shù)運算方面的基本電路、計算及應(yīng)用。路、計算及應(yīng)用。 集成運算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多集成運算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)

2、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。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、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芯片10.1.1 集成運算放大器的特點集成運算放大器的特點 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

3、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。10.1.2 電路的簡單說明電路的簡單說明輸入級輸入級 中間級中間級 輸出級輸出級偏置偏置電路電路運算放大器方框圖運算放大器方框圖 輸入級：輸入電阻高，能減小零點漂移和抑制干輸入級：輸入電阻高，能減小零點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：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源中間級：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:

4、由各種恒流源電路組成由各種恒流源電路組成 輸出級：與負載相接，要求輸出電阻低，帶負載輸出級：與負載相接，要求輸出電阻低，帶負載能力強，一般由互補對稱電路或射極輸出器構(gòu)成。能力強，一般由互補對稱電路或射極輸出器構(gòu)成。 15VI3430PfR8 15VUi1IET1T3T7T5R1R2 R3T4T6T2I82IB9T8IC9T9IB13IB122IB13T13IRR5R6T15R7D2D1T16T17T18T19T14R9T10T11R4I10Ui2F007的內(nèi)部電路圖 反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端+UCCUEEuo+uu +Auo信號傳信號傳輸方向輸方向輸出端輸出端實際運放開環(huán)實際運

5、放開環(huán)電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)(a)(b)(a) 符號符號; (b)引腳引腳 7 6 5 F0071 2 3 4 U-U+ -UCC+UCC 輸出輸出集成運放集成運放 741的電路原理圖的電路原理圖同相輸入同相輸入輸入級輸入級偏置電路偏置電路中間級中間級輸出級輸出級+UCCuo+-UEE-UEET12T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T13T14T16T18T17T20T15T19R1R2R3R4R5R7R8R9R10R11R12C反相輸入反相輸入輸出輸出10.1.3 主要參數(shù)主要參數(shù) 1. 最大輸出電壓最大輸出電壓 UOPP 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

6、和輸入保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。 2. 開環(huán)電壓放大倍數(shù)開環(huán)電壓放大倍數(shù) Auo 運放沒有接反饋電路時的差模電壓放大倍數(shù)。運放沒有接反饋電路時的差模電壓放大倍數(shù)。 Auo愈高，所構(gòu)成的運算電路越穩(wěn)定，運算精度也越高。愈高，所構(gòu)成的運算電路越穩(wěn)定，運算精度也越高。 6. 最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓 UICM 運放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值，運放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值，運放的共模抑制性能下降，甚至造成器件損壞。運放的共模抑制性能下降，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

7、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 由于實際運算放大器的技術(shù)指標接近理想化條件，由于實際運算放大器的技術(shù)指標接近理想化條件，用理想運算放大器分析電路可使問題大大簡化用理想運算放大器分析電路可使問題大大簡化, 為此為此,后后面對運算放大器的分析都是按其理想化條件進行的。面對運算放大器的分析都是按其理想化條件進行的。10.1.4 理想運算放大器及其分析依據(jù)理想運算放大器及其分析依據(jù) ouA idr0or CMRRK 在分析運算放大器的電路時，一般將它看成是理在分析運算放大器的電路時，一般將它看成是

8、理想的運算放大器。理想化的主要條件：想的運算放大器。理想化的主要條件：1. 理想運放理想運放線性區(qū)：線性區(qū)：uo = Auo(u+ u)非線性區(qū)：非線性區(qū)：u+ u 時，時， uo = +Uo(sat) u+ u 時，時， uo = + Uo(sat) u+ 0 ui = Ui 0時，時，| T(j)| 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的的信號順利通過，衰減很小，信號順利通過，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，衰減很大，稱一過，衰減很大，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 時信號衰減時信號衰減得

9、更快些，常將兩節(jié)得更快些，常將兩節(jié)RC濾波環(huán)節(jié)串接起來，組濾波環(huán)節(jié)串接起來，組成二階有源低通濾波器。成二階有源低通濾波器。uoRFCR+ R1+ui+RC一階一階二階二階 幅頻特性幅頻特性f021uA 0| Auf0 | T(j) | O 01F1Fioj11j111 RRRCRRUUi1jUCRRU URRU)(11Fo頻率頻率角角稱為截止稱為截止RC1: 式中0 uiuoRFCR+ R1+設(shè)輸入為正弦波信號，則有設(shè)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，稱為有源高通濾波器。的信號被阻止，稱為有源高通

10、濾波器。 ,0時時當當 ,時時當當 20f0)(1)(j uATf0)(juAT 0)(j T 01Fioj11)(j)(j)(j RRUUT 0f0j1 uA其模為其模為,0時時當當 2)(jf0uAT 幅頻特性幅頻特性f021uA 0| Auf0 | T(j) | O SuC+ui+uo+ 模擬開關(guān)模擬開關(guān)模擬輸入信號模擬輸入信號 采樣保持電路，多用于模采樣保持電路，多用于模 - 數(shù)轉(zhuǎn)換電路數(shù)轉(zhuǎn)換電路A/D之之前。由于前。由于A/D 轉(zhuǎn)換需要一定的時間，所以在進行轉(zhuǎn)換需要一定的時間，所以在進行A/D 轉(zhuǎn)換前必須對模擬量進行瞬間采樣，并把采樣值保轉(zhuǎn)換前必須對模擬量進行瞬間采樣，并把采樣值保存

11、一段時間，以滿足存一段時間，以滿足A/D 轉(zhuǎn)換電路的需要。轉(zhuǎn)換電路的需要。采樣存儲采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。 SuC+ui+uo+ 運放工作在開環(huán)狀態(tài)或引入正反饋。運放工作在開環(huán)狀態(tài)或引入正反饋。1. 輸出只有兩種可能輸出只有兩種可能 +Uo (sat) 或或Uo (sat) 當當 u+ u 時，時， uo = + Uo (sat) u+UR，uo=+ Uo (sat)ui UR， uo= +UOM，T 導(dǎo)通。 KA 動作，切斷電源。 溫度未超過規(guī)定值，Ui 1M)引起自激的補償方引起自激的補償方法，圖法，圖(b)中