集成運算放大器ppt

1、下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁16.1 集成運算放大器的簡單介紹 16.2 運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用16.3 運算放大器在信號處理方面的應(yīng)用16.4 運算放大器在波形產(chǎn)生方面的應(yīng)用下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁集成運算放大器：集成運算放大器：是一種是一種高放大倍數(shù)、高輸入高放大倍數(shù)、高輸入 電阻、低輸出電阻電阻、低輸出電阻的直接耦的直接耦合放大電路合放大電路電路方框圖電路方框圖中間級中間級輸入級輸入級輸出級輸出級偏置電路偏置電路 輸出級主要提高帶負(fù)載能力，給出輸出級主要提高帶負(fù)載能力，給出足夠的輸出電流足夠的輸出電流io ，輸出阻抗

2、，輸出阻抗 ro小。小。中間級應(yīng)有足夠大的電壓放大倍數(shù)中間級應(yīng)有足夠大的電壓放大倍數(shù)盡量減小零點漂移盡量減小零點漂移,盡量提高盡量提高KCMRR , 輸入阻抗輸入阻抗 ri盡可能大盡可能大16.1 16.1 集成運算放大器的簡單介紹集成運算放大器的簡單介紹下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁電路方框圖電路方框圖中間級中間級輸入級輸入級輸出級輸出級偏置電路偏置電路輸出級主要提高帶負(fù)載能力，給出輸出級主要提高帶負(fù)載能力，給出足夠的輸出電流足夠的輸出電流io ，輸出阻抗，輸出阻抗 ro小。小。中間級應(yīng)有足夠大的電壓放大倍數(shù)中間級應(yīng)有足夠大的電壓放大倍數(shù)下一頁下一頁總目錄總目錄

3、章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁電路方框圖電路方框圖中間級中間級輸入級輸入級輸出級輸出級偏置電路偏置電路 輸出級主要提高帶負(fù)載能力，給出輸出級主要提高帶負(fù)載能力，給出足夠的輸出電流足夠的輸出電流io ，輸出阻抗，輸出阻抗 ro小。小。下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁F007F007（5G245G24）外引線圖）外引線圖 反相反相輸入端輸入端 同相同相輸入端輸入端輸出端輸出端A Ao o1 11 15 54 43 32 26 67 7+15V+15V-15V-15V接接 線線 圖圖頂頂 視視 圖圖CCVEEVOUTININ下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上

4、一頁上一頁 ri 高高:幾十幾十k 幾百幾百k 運放的特點：運放的特點：理想運放：理想運放： ri KCMRR很大很大KCMMRR ro ?。簬资。簬资?幾百幾百 ro 0 A o 很很大大:104以上以上 107Ao 運放的特點和符號運放的特點和符號運放符號：運放符號： u u+ uo A0 u u+ uo A0 u u+ uo 下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁運算放大器的傳輸特性運算放大器的傳輸特性)(ioufu+UO(sat)-UO(sat)線性區(qū)線性區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)uuou)(uuAuuoo線性區(qū)很線性區(qū)很窄窄, ,所以所以運放在線運放在線性區(qū)工作

5、性區(qū)工作, ,通常引入通常引入深度電壓深度電壓負(fù)反饋負(fù)反饋下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁16.2 16.2 運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用運算放大器在信號運算方面的應(yīng)用(1) 反相比例運算放大器反相比例運算放大器_+ + RFR1RPuiuoi1iFib-ib+虛地點虛地點i1=iF+ ib-=iF , ib- =0 ib+ =0u+ =0 u=u+=0平衡電阻平衡電阻( (使輸入端使輸入端對地的靜態(tài)電阻相對地的靜態(tài)電阻相等等):R):RP P=R=R1 1/R/RF F2o1iRuRu F電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù):1210uRRuuA iF動畫動畫下一頁下一頁總目

6、錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁_+ + RFR1RPuiuoi1i2ib-ib+例題例題1. R1=10k , RF=20k , , ui =-1V=-1V。求。求: :uo ，RP應(yīng)為多大？應(yīng)為多大？Au=-（RF/R1）=-20/10=-2uo= Au ui=(-2)(-1)=2VRP=R1/RF=10/20=6.7 k 下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁反相比例運算放大器反相比例運算放大器輸入電阻及反饋方式：輸入電阻及反饋方式：ri=R1輸入電阻輸入電阻(小小):uo_+ + RFR1RPuii1iFib-ib+反饋電阻反饋電阻反饋式：反饋式：電壓并聯(lián)

7、負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋i1=iF+ ib- ib-= i1-iF動畫動畫下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁(2) 同相比例運算放大器同相比例運算放大器u-= u+= uiib+ =0ib- =0_+ + RFR1RPuiuoiFi1Au=1+RFR1iF=i1R RP P=R=R1 1/R/RF F1i2ioRuRuu F1i12ou)RR1(u F1)動畫動畫下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁_+ + RFR1RPuiuoiFi1例題例題2. Rf=10k , RF=20k , , ui =-1V=-1V。求。求: :uo ，RP應(yīng)為多大？應(yīng)為多

8、大？uo= Au ui=(3)(-1)=-3VRP=R1/RF =10/20=6.7 k Au=1+ =1+20/10=3RFR1下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋同相比例運算放大器同相比例運算放大器輸入電阻及反饋方式：輸入電阻及反饋方式：_+ + RFR1RPuiuo輸入電阻輸入電阻(高高)輸入電壓輸入電壓:u+- u- = ui - uo R1R1 +RF下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁_+ + RFRfRPuiuoAu=1+RFRf當(dāng)當(dāng)RF=0時時,Au=1uo=ui(3) 電壓跟隨器電壓跟隨器此電路是電壓并此

9、電路是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，輸入電聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻大，輸出電阻小，阻大，輸出電阻小，在電路中作用與分在電路中作用與分離元件的射極輸出離元件的射極輸出器相同，但是電壓器相同，但是電壓跟隨性能好。跟隨性能好。下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁(4) 差動放大器差動放大器_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1)uu(RRu1i2i12o ib+ =0ib- =0ui2R2 R1 + R2 u+ =u- = u+ u- =uo R1 + ui1 R2 R1 + R2 uo R1 + ui1 R2 R1 + R2 ui2R2 R1 + R2 =動畫動畫下一頁下一頁總目錄總目錄 章

10、目錄章目錄返回返回上一頁上一頁以上電路的比較歸納：以上電路的比較歸納：1.它們都引入電壓負(fù)反饋，因此輸出電它們都引入電壓負(fù)反饋，因此輸出電阻都比較小。阻都比較小。2.關(guān)于輸入電阻關(guān)于輸入電阻 反相輸入的輸入電阻小，反相輸入的輸入電阻小， 同相輸入的輸入電阻高。同相輸入的輸入電阻高。3.以上放大器均可級聯(lián)以上放大器均可級聯(lián),級聯(lián)時放大倍數(shù)級聯(lián)時放大倍數(shù)分別獨立計算。分別獨立計算。下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁例題例題3. R1=10k , R2=20k , , ui 1=-1V=-1V， ui 2=1V =1V 。求求: :uo uo_+ + R2R1R1R2ui1_

11、+ + ui2_+ + R2R1RPuo= (uo2- uo1)=(20/10)3-(-1) =8VR2R1uo1= ui1=-1Vuo2= ui2(1+R2/R1)=3V下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁例題例題3. 若若ui1=sin t V， ui 2=1V =1V ，求，求: :uo uo1= ui1= sin t Vuo2= ui2(1+R2/R1)=3Vuo= (uo2 - uo1)=(20/10)(3- sin t )=6 - 2 sin t VR2R1下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁(5) 反相求和算：反相求和算：_+ + RF

12、R1R2ui2uoRPui1i1i2iF虛地虛地uo =-(ui1 R1 RF +ui2 R2 RF )若若R1 =R2 =R, uo = -(ui1 R RF +ui2 )取取RP= R1/ R2/RFuo_+ + RFR1RPui0uu ib+ =0ib- =0,i1 + i2= iFui1 R1 =ui2 R2 +-uo RF 動畫動畫下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁(6) 同相求和運算：同相求和運算：Au= RFRf1+uo = Au u+ =( )( + ) RFR11+R2 R1 + R2 ui1R1 R1 + R2 ui2取取R1/R2=RF/Rf當(dāng)當(dāng)R

13、1 = R2 時時, uo = ( )(ui1 + ui2)RFR11+12R1RF+u i1uoR1R2ui2-u+ _+ + RFR1RPuiuo下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁(7) 微分運算：微分運算：u-= u+= 0RuioF dtduCii1 F1ii dtduRCuio u i+uoRR2i1iFCib- =0下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁)90tsin(RC tcosRCuo tui0tuo0tsinui 例：例：,求求uo。dtduRCuio u i+uoRR2i1iFC90下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回

14、上一頁上一頁(8) 反相積分運算反相積分運算Ruii1 dtduCioF dtuRC1uioF1ii i1iFu i-+RRPCuoucuc = -uoib+ =0ib- =0,iF =Cducdt-CduodtuiR=u-= u+= 0下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁反相積分器：反相積分器：如果如果u i=直流電壓直流電壓U,輸出將反相積分，輸出將反相積分，經(jīng)過一定的時間后輸出飽和。經(jīng)過一定的時間后輸出飽和。 t0oUdtRC1utui0UMomUTRC1U URCUTomM tuo0-UomTM積分時限積分時限 dtuRC1uio= t URC設(shè)設(shè)Uom=15V,

15、U=+3V, R=10k ,C=1 ,C=1 F F=0.05秒秒下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 dtuRC1uio反相積分器：反相積分器：如果如果ui =-U=-3V，畫出，畫出uo的波形圖。的波形圖。tui0tuo0+Uom-U t0o(-U)dtRC1u= t URC0.05秒秒設(shè)設(shè)Uom=15V,U=3V, R=10k ,C=1 ,C=1 F F下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁應(yīng)用舉例：輸入方波，輸出是三角波。應(yīng)用舉例：輸入方波，輸出是三角波。tui0tuo0下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁運算電路要求運算

16、電路要求1.熟記前熟記前8種基本運算電路的電路圖及放大倍種基本運算電路的電路圖及放大倍數(shù)公式。數(shù)公式。2. 以上基本運算電路級聯(lián)后輸出的計算。以上基本運算電路級聯(lián)后輸出的計算。3. 會用會用 ib- =0, ib+ =0, u+ = u- 分析給定運算電分析給定運算電路的路的 放大倍數(shù)。放大倍數(shù)。下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 16.3 16.3 運算放大器在信號處運算放大器在信號處 理方面的應(yīng)用理方面的應(yīng)用濾波電路的種類濾波電路的種類:按信號性質(zhì)按信號性質(zhì): 模擬濾波器模擬濾波器和數(shù)字濾波器和數(shù)字濾波器按電路功能按電路功能: 低通濾波器低通濾波器高通濾波器高通濾波

17、器帶通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器帶阻濾波器按所用元件按所用元件: 無源濾波器和無源濾波器和有源濾波器有源濾波器16.3.1、 概述概述按階數(shù)按階數(shù): 一階一階,二階二階 高階高階 下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁)j (Ui )j (Uo 傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：ioioioUU)j (U)j (U)j (T ioUU)j (T 幅頻特性幅頻特性io)( 相頻特性相頻特性filter傳遞函數(shù)、幅頻特性傳遞函數(shù)、幅頻特性下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁濾波器分類濾波器分類(按頻率特性進(jìn)行分類按頻率特性進(jìn)行分類)： ioUU ioUU ioUU io

18、UU低通低通高通高通帶通帶通帶阻帶阻下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁RCR一階一階RC低通濾波器低通濾波器(無源無源)iU oU RC10 j1Rj1UUioRCj11 0j11 CC0j11)j (T 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)20)(11)j (T 幅頻特性幅頻特性下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁20)(11)j (T ioUU0 10.707 0截止頻率截止頻率此電路的缺點：此電路的缺點：1、帶負(fù)載能力差。、帶負(fù)載能力差。2、無放大作用。、無放大作用。3、特性不理想，邊沿不陡。、特性不理想，邊沿不陡。幅頻特性、幅頻特性曲線幅頻特性、幅頻特性曲線i

19、U oU RCR下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁通頻帶寬度通頻帶寬度(帶寬帶寬)ioUU0 10.707 0截止頻率截止頻率帶寬帶寬:0 - 0 設(shè)設(shè)R=10k ,C為下列各值時的為下列各值時的帶寬帶寬:C fo1 F 16Hz0.047 F 340Hz0.01 F 1600HzRC10 下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁16.3.2 有源濾波器有源濾波器oF11URRRU UURR1RFC+-+iU oU 1.一階有源低通濾波器一階有源低通濾波器Cj11)RR1(UU1Fio 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)RCiUCj1RCj1U iUCj11 RC傳遞函

20、數(shù)中出現(xiàn)傳遞函數(shù)中出現(xiàn) 的一次項的一次項,故稱為一故稱為一階濾波器階濾波器下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁幅頻特性：幅頻特性：201Fio)(11)RR1(UU )RC1(0 相頻特性：相頻特性：0arg RR1RFC+-+iU oU 幅頻特性及幅頻特性曲線幅頻特性及幅頻特性曲線ioUU0 1+RF/R10.707(1+RF/R1) 0Cj11)RR1(UU1Fio 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)RC下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁1、0 時：時：)RR1(UU1Fio 有放大作用有放大作用3、運放輸出，帶負(fù)載能力強(qiáng)。運放輸出，帶負(fù)載能力強(qiáng)。2、0 時：時

21、：21)RR1(UU1Fio 幅頻特性與一階無幅頻特性與一階無源低通濾波器類似源低通濾波器類似電路特點電路特點:下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁2. 一階有源高通濾波器一階有源高通濾波器oF11URRRU UUiUCj1RCj1U iUCj11 R1 RCRR1RFC+-+iU oU 低通低通RR1RFC+-+iU oU 高通高通Cj11)RR1(UU1Fio 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)1 RC下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁幅頻特性及幅頻特性曲線幅頻特性及幅頻特性曲線Cj11)RR1(UU1Fio 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)1 RC幅頻特性：幅頻特性：201F

22、io)(11)RR1(UU 0 ioUU0 1+RF/R10.707(1+RF/R1) 0RR1RFC+-+iU oU 下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁3.二階有源低通濾波器二階有源低通濾波器 UAUFoCj1UURUURUUoPPPi PPURCj11UCj1RCj1U o2oFio2j)(1AUU RR1RFC+-+iU oU CRP，AF=1+RF/R1傳遞函數(shù)中出現(xiàn)傳遞函數(shù)中出現(xiàn) 的二次項的二次項,故稱為二階濾波器故稱為二階濾波器RC1)A3(21oF ，下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 ioUU 021 21 o 3dB21 幅頻特

23、性曲線幅頻特性曲線下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁R1= 時：時：AF=1o2oFio2j)(1AUU 2oio)(11UU o 時：時：21UUio RC+-+iU oU CR下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁o 一階低通和二階低通一階低通和二階低通幅頻特性曲線幅頻特性曲線的區(qū)別的區(qū)別 ioUU 0-3dbAF理想低通理想低通一階低通一階低通二階低通二階低通階數(shù)越高，階數(shù)越高，幅頻特性曲線幅頻特性曲線越接近越接近理想濾波器理想濾波器下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁16.4.3電壓比較器電壓比較器 16.4.4 遲滯比

24、較器遲滯比較器 16.4.1 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 16.4.2方波發(fā)生器方波發(fā)生器 16.4 16.4 運放在波形產(chǎn)生方面的應(yīng)用運放在波形產(chǎn)生方面的應(yīng)用 下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁 16.5 16.5 運算放大器在波形產(chǎn)生運算放大器在波形產(chǎn)生方面的應(yīng)用方面的應(yīng)用即非線性應(yīng)用，是指：由運放組成的即非線性應(yīng)用，是指：由運放組成的電路處于非線性狀態(tài)，輸出與輸入的關(guān)電路處于非線性狀態(tài)，輸出與輸入的關(guān)系系uo=f(ui)是非線性函數(shù)。是非線性函數(shù)。下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁16.4.1 限幅器限幅器tuiu0tUZ +UF-(UZ +UF

25、)-+AuoR1RFuiDZR+1.雙向穩(wěn)壓管接于輸出端雙向穩(wěn)壓管接于輸出端R限流電阻限流電阻一般取一般取100 特點：電路中的運放處于線性放大狀態(tài)，但外圍電路特點：電路中的運放處于線性放大狀態(tài)，但外圍電路有非線性元件（二極管、穩(wěn)壓二極管）。有非線性元件（二極管、穩(wěn)壓二極管）。DZ雙向穩(wěn)壓管雙向穩(wěn)壓管UZ穩(wěn)壓值穩(wěn)壓值, UF正向壓降正向壓降下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁uoui0傳輸特性傳輸特性DZ-+AuoR1RFui+2.雙向穩(wěn)壓管接于負(fù)反饋回路上雙向穩(wěn)壓管接于負(fù)反饋回路上+UOM-UOM下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁16.4.2 電

26、壓比較器電壓比較器+uouiURuoui0+Uom-UomURUR為參考電壓為參考電壓當(dāng)當(dāng)ui UR時時 , uo = +Uom當(dāng)當(dāng)ui UR時時 , uo = -Uom 特點特點:運放處于運放處于 開環(huán)狀態(tài)開環(huán)狀態(tài)下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁+uouiURuoui0+Uom-UomUR當(dāng)當(dāng)ui UR時時 , uo = -Uom 若若ui從反相端輸入從反相端輸入電壓比較器電壓比較器(續(xù)續(xù))下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁uoui0+UOM-UOM+uoui過零比較器過零比較器: 當(dāng)當(dāng)UR =0時時+uouiuoui0+UOM-UOM電壓比

27、較器電壓比較器(續(xù)續(xù))下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁+uouituituo+Uom-Uom例題：利用電壓比例題：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)檩^器將正弦波變?yōu)榉讲?。方波。下一頁下一頁總目錄總目?章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁+uiuoui0+UZ-UZ用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓uo UZuoui0+UOM-UOM+uoui忽略了忽略了UF下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁電壓比較器的另一種形式：電壓比較器的另一種形式：將雙向穩(wěn)壓管接在負(fù)反饋回路上將雙向穩(wěn)壓管接在負(fù)反饋回路上+uiuo UZR R_uoui0+UZ-UZR =R下

28、一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁16.4.3 遲滯比較器遲滯比較器1.遲滯比較器遲滯比較器(下行下行)特點特點:電路中使用正反饋電路中使用正反饋, 運放處于非線性狀態(tài)運放處于非線性狀態(tài)1、因為有正反饋，所以輸、因為有正反饋，所以輸出飽和。出飽和。2、當(dāng)、當(dāng)uo正飽和時正飽和時(uo =+UOM) ：Hom211+UURRRU 3、當(dāng)、當(dāng)uo負(fù)飽和時負(fù)飽和時(uo =-UOM) ：Lom211+UURRRU +uoRR2R1uiU+下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁+uoRR2R1uiU+遲滯比較器遲滯比較器(下行下行)(續(xù)續(xù))uoui0+Uom-UomU+HU+L設(shè)設(shè)ui , 當(dāng)當(dāng)ui = U+H , uo從從+UOM -UOM下一頁下一頁總目錄總目錄 章目錄章目錄返回返回上一頁上一頁傳輸特性傳輸特性uoui0+Uom-Uom