第十一章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用ppt課件

1、第十一章第十一章 集成運(yùn)算放大器及其運(yùn)用集成運(yùn)算放大器及其運(yùn)用第三節(jié)第三節(jié) 集成放大器簡介集成放大器簡介 第四節(jié)第四節(jié) 集成運(yùn)放在信號運(yùn)算電路中的運(yùn)用集成運(yùn)放在信號運(yùn)算電路中的運(yùn)用第六節(jié)第六節(jié) 集成運(yùn)放在信號處置方面的運(yùn)用集成運(yùn)放在信號處置方面的運(yùn)用第三節(jié)第三節(jié) 集成放大器簡介集成放大器簡介 集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn) 集成運(yùn)算放大器的簡單引見集成運(yùn)算放大器的簡單引見 集成運(yùn)算放大器的主要技術(shù)目的集成運(yùn)算放大器的主要技術(shù)目的 集成運(yùn)算放大器的理想化模型集成運(yùn)算放大器的理想化模型 集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性及其分集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性及其分析特點(diǎn)析特點(diǎn)一、集成運(yùn)算放大器的特

2、點(diǎn)一、集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn) 集成電路：將整個電路中的元器件制造在集成電路：將整個電路中的元器件制造在一塊硅基片上，構(gòu)成完好的能完成特定功能的一塊硅基片上，構(gòu)成完好的能完成特定功能的電子電路。電子電路。運(yùn)算放大器：具有高放大倍數(shù)、高輸入電阻、運(yùn)算放大器：具有高放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻的直接耦合放大器。低輸出電阻的直接耦合放大器。 二、集成運(yùn)算放大器的簡單引見二、集成運(yùn)算放大器的簡單引見1. 集成運(yùn)放的組成集成運(yùn)放的組成輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級偏置電路偏置電路輸入輸入輸出輸出2. 集成運(yùn)放的管腳圖及符號集成運(yùn)放的管腳圖及符號F007管腳圖管腳圖F 741F 0 07123487

3、65符號符號A - 反相輸入端反相輸入端B - 同相輸入端同相輸入端F - 輸出端輸出端 AV u+uuoABF 信號從反相輸入端輸入時，信號從反相輸入端輸入時，輸出與輸入相位相反。輸出與輸入相位相反。 信號從同相輸入端輸入時，信號從同相輸入端輸入時，輸出與輸入相位一樣。輸出與輸入相位一樣。 三、集成運(yùn)算放大器的主要技術(shù)目的三、集成運(yùn)算放大器的主要技術(shù)目的1. 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓UiO當(dāng)無輸入信號時，為使輸出的電壓值為零，當(dāng)無輸入信號時，為使輸出的電壓值為零，在輸入端參與的補(bǔ)償電壓。在輸入端參與的補(bǔ)償電壓。 其值越小越好其值越小越好 0.55mV2. 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流IiO輸入電

4、壓為零時，流入放大器兩個輸入端輸入電壓為零時，流入放大器兩個輸入端的靜態(tài)基極電流之差。的靜態(tài)基極電流之差。 IiOIB1IB2 其值越小越好其值越小越好 1nA10nA3. 開環(huán)差模放大倍數(shù)開環(huán)差模放大倍數(shù)Auo運(yùn)放在開環(huán)時的差模放大倍數(shù)運(yùn)放在開環(huán)時的差模放大倍數(shù) 其值越高越好其值越高越好 1041075. 最大輸出電壓最大輸出電壓Uopp 輸出不失真的最大輸出電壓值輸出不失真的最大輸出電壓值共模抑制比共模抑制比KCMR 越大抗干擾才干越強(qiáng)越大抗干擾才干越強(qiáng)四、集成運(yùn)算放大器的理想化模型四、集成運(yùn)算放大器的理想化模型 實(shí)踐運(yùn)放實(shí)踐運(yùn)放 u+uuoriroAOUiuiAO很高，很高， 104ri

5、很高，幾十很高，幾十幾百幾百KrO很低，幾十很低，幾十幾百幾百KCMR 很高很高 理想運(yùn)放理想運(yùn)放 u+uuoAOUiuiAOri=rO=0KCMR五、集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性五、集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性 及其分析特點(diǎn)及其分析特點(diǎn) 運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性 集成運(yùn)放的輸出電壓集成運(yùn)放的輸出電壓uO與輸入電壓與輸入電壓ui (u+u)之間的關(guān)系之間的關(guān)系uOf (ui) 稱為集成運(yùn)放的電壓傳稱為集成運(yùn)放的電壓傳輸特性。輸特性。uOui+UOMUOMuOAO ui = AO(u+u) ui |UiM| ，運(yùn)放飽和，運(yùn)放飽和， 任務(wù)在非線性區(qū)任務(wù)在非線性區(qū)線性區(qū)線性區(qū)

6、引入深度負(fù)反響，引入深度負(fù)反響，可以使運(yùn)放任務(wù)可以使運(yùn)放任務(wù)在線性區(qū)。在線性區(qū)。 uoud反響電路反響電路開環(huán)系統(tǒng)：不加反響網(wǎng)絡(luò)時開環(huán)系統(tǒng)：不加反響網(wǎng)絡(luò)時的電路系統(tǒng)，此時的放大倍的電路系統(tǒng)，此時的放大倍數(shù)叫開環(huán)放大倍數(shù)。數(shù)叫開環(huán)放大倍數(shù)。uOui+UOMUOM理想運(yùn)放的電壓傳輸特性理想運(yùn)放的電壓傳輸特性ui 0， |uO|UOM即即u+ u時，運(yùn)放處時，運(yùn)放處于非線性區(qū)。于非線性區(qū)。閉環(huán)系統(tǒng)：加上反響網(wǎng)絡(luò)時閉環(huán)系統(tǒng)：加上反響網(wǎng)絡(luò)時的電路系統(tǒng)，此時的放大倍的電路系統(tǒng)，此時的放大倍數(shù)叫閉環(huán)放大倍數(shù)。數(shù)叫閉環(huán)放大倍數(shù)。 運(yùn)算放大器的分析特點(diǎn)運(yùn)算放大器的分析特點(diǎn)1. 線性區(qū)線性區(qū) 集成運(yùn)放兩個輸入端集

7、成運(yùn)放兩個輸入端之間的電壓通常非常接之間的電壓通常非常接近于零，但不是短路，近于零，但不是短路，故簡稱為故簡稱為“虛短。虛短。 虛短虛短 uOAOuu AOuuuoAO0uu 當(dāng)當(dāng)u0 接地接地 u u 0 稱此時的反相輸入端為稱此時的反相輸入端為“虛地點(diǎn)虛地點(diǎn)。反之，。反之，也成立。也成立。 u+uuoAOUiui 虛虛 斷斷 流入集成運(yùn)放兩個流入集成運(yùn)放兩個輸入端的電流通常為零，輸入端的電流通常為零，但又不是斷路故簡稱為但又不是斷路故簡稱為“虛斷。虛斷。 riII+ 02. 非線性區(qū)非線性區(qū) 在非線性區(qū)，虛短概念不成立，但虛斷在非線性區(qū)，虛短概念不成立，但虛斷概念成立。概念成立。 u+Iu

8、oAOUiuI+ 例：利用理想運(yùn)放組成的二極管檢測電路，例：利用理想運(yùn)放組成的二極管檢測電路，求出流過求出流過D的電流的電流 iD 及及D兩端的電壓兩端的電壓uD。 uoui15V1.5K0.67VDiDiRii 0 uu0 iimA105 . 115R0-uiRD iiV67.0oD uu解：解：虛地點(diǎn)虛地點(diǎn)第四節(jié)第四節(jié) 集成運(yùn)放在信號運(yùn)算集成運(yùn)放在信號運(yùn)算電路中的運(yùn)用電路中的運(yùn)用 分析線性區(qū)理想運(yùn)放的兩個概念分析線性區(qū)理想運(yùn)放的兩個概念 根本運(yùn)算電路根本運(yùn)算電路一、分析線性區(qū)理想運(yùn)放的兩個概念一、分析線性區(qū)理想運(yùn)放的兩個概念 虛短虛短uuII+ 0 虛斷虛斷 u+IuoAOUiuI+二、根

9、本運(yùn)算電路二、根本運(yùn)算電路 比例電路比例電路 uouiifi1R1R2Rf1. 反相比例電路反相比例電路 i+0 虛斷虛斷 u +0 u + u 0 虛地點(diǎn)虛地點(diǎn) i1=u iR1 if = uuo=uoRf i i +0 i 1 i f即即 ui/R1=uo/ Rf 1iouRRAffuu uo、ui 符合比例關(guān)系，負(fù)號表示輸出輸入電符合比例關(guān)系，負(fù)號表示輸出輸入電壓變化方向相反。壓變化方向相反。 電路中引入深度負(fù)反響，電路中引入深度負(fù)反響， 閉環(huán)放大倍數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)Auf 與運(yùn)放的與運(yùn)放的Au無關(guān)，僅與無關(guān)，僅與R1、Rf 有關(guān)。有關(guān)。 R2平衡電阻平衡電阻 同相端與地的等效電阻同相端與地

10、的等效電阻 。其作用是堅(jiān)持輸入。其作用是堅(jiān)持輸入級電路的對稱性，以堅(jiān)持電路的靜態(tài)平衡。級電路的對稱性，以堅(jiān)持電路的靜態(tài)平衡。 R2R1/Rf 當(dāng)當(dāng)R1Rf 時，時， uoui ，該電路稱為反相器。，該電路稱為反相器。2. 同相比例電路同相比例電路 uoifi1uiR2R1Rf i+0 虛斷虛斷 u + ui u + u ui 虛短虛短 i1=0u iR1 if = (uuo )Rf =( u iuo)Rf i i +0 i 1 i f1iouRR1Affuu RR1ioiuuuf 當(dāng)當(dāng)Rf有限值時，有限值時，R1 +uoui R2平衡電阻平衡電阻 R2R1/RfAuf =1 電路成為電壓電路成

11、為電壓跟隨器。跟隨器。 uoui此電路輸入電阻大，輸出此電路輸入電阻大，輸出電阻小。電阻小。例：運(yùn)用運(yùn)放來丈量電阻的電路如圖，例：運(yùn)用運(yùn)放來丈量電阻的電路如圖，U10V，R1=1M，輸出端接電壓表，被測電阻為，輸出端接電壓表，被測電阻為Rx ，試找出試找出Rx與電壓表讀數(shù)與電壓表讀數(shù)uo之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。Rx R1 U V解解:此電路為反相比例電路此電路為反相比例電路1iouRRAxfuu O56i1u10ou1010ouuRRx例例2、理想化運(yùn)放組成的電路如圖，試推算輸、理想化運(yùn)放組成的電路如圖，試推算輸出電壓出電壓uo的表達(dá)式。的表達(dá)式。 uouiR1R3R2R4解解:此電路為同相比

12、例電路此電路為同相比例電路2o1i1uRuR 判別這個等式判別這個等式 、 啊，見鬼了啊，見鬼了!哈，哈，very good! uouiR1R3R2R4u+解解:此電路為同相比例電路此電路為同相比例電路2o11uRuR 4i34RuuRR 42oi314(1)()RRuuRRR 加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路uo ui2ifi2R2RPRf0iiiiiif321 0 uuRuii111 Ruii222 Ruii333 Ruiff0 RuRuRuRuiiif3322110 )(332211RuRuRuRuiiifo ui3i3R3ui1i1R1RRRRf 321若若)(uuuu3i2i1io RRRR

13、RfP/ 321 平平衡衡電電阻阻 在調(diào)理某一路信號的輸入電阻的阻值時，在調(diào)理某一路信號的輸入電阻的阻值時，不影響其它輸入電壓與輸出電壓的比例關(guān)系，不影響其它輸入電壓與輸出電壓的比例關(guān)系，調(diào)理方便。調(diào)理方便。 求和電路也可從同相端輸入，但同相求和求和電路也可從同相端輸入，但同相求和電路的共模輸入電壓較高，且不如反相求和電電路的共模輸入電壓較高，且不如反相求和電路調(diào)理方便。路調(diào)理方便。 減法運(yùn)算電路差動運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路差動運(yùn)算電路 uoui2ifi1R1R2Rfui1R3)( 011接接地地uuii uRRRRRuifO232311)(1 ( 接接地地）uuii22( 0 uRRuif110

14、2 uRRuRRRRRuuuifif112323102010)(1 ( 利用疊加原理利用疊加原理同相端輸入同相端輸入ui1反相端輸入反相端輸入當(dāng)當(dāng) R1= R2= R3= Rf =R 時，時，uo= ui2ui1 (減法器減法器 )-(RR ,RRRR i1i210123uuuff 時時當(dāng)當(dāng)R2/ R3 = R1/ Rf 平平衡衡條條件件例：知例：知RF4R1，求，求u0與與ui1、 ui2的關(guān)系式。的關(guān)系式。 A1 +ui1 A2 uoui2R1R2RFuo解解:A1為跟隨器；為跟隨器；A2為差放。為差放。uo= ui1u)RR1(u2i1Fo uRRu)RR1(1i1F2i1F uo5 u

15、i24 ui1uRRo1F 例例6、如圖，求、如圖，求uo 與與 ui1、ui2的關(guān)系式。的關(guān)系式。 A1 +ui1 A2 uoui210kuo10k30k10k6k解解:oi1i23030()610uuu oo1010uu i1i253uu A1為反向加法器；為反向加法器；A2為反相比例電路。為反相比例電路。i1i2(53)uu 例例7、如圖，求、如圖，求uo 。 A1 + A3 uo100kuo150k80k20k A2 +12k50k100k12k11k30k60kuo20.3V0.4V A1：反相比例：反相比例 A2：同相比例：同相比例 A3：差動輸入：差動輸入解：解：o180() (

16、 0.3)V1.2V20u o26012(1)0.4V0.6V3012 12u oo2o1100()1.2V50uuu 第六節(jié)第六節(jié) 集成運(yùn)放在信號處置方集成運(yùn)放在信號處置方面的運(yùn)用面的運(yùn)用 有源濾波器有源濾波器 采樣堅(jiān)持電路采樣堅(jiān)持電路 濾波電路的種類濾波電路的種類: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: 無源濾波器和有源濾波器無源濾波器和有源濾波器按階數(shù)按階數(shù): 一階、二階、一階、二階、 、高階、高階 一、有源濾波器一、有源濾波器 所謂濾波器，它能使一定頻率范圍內(nèi)的信號所謂濾波器，它能使一定頻率范圍內(nèi)的信號順利經(jīng)過，而在此頻率范圍以外的信號衰減很大，順利經(jīng)過，而在此頻率范圍以外的信號衰減很大，不易經(jīng)過。不易經(jīng)過。RR1RFC+-+iU oU 一階有源低通濾波器一階有源低通濾波器i11jjUUCRC i1jURC fo+11RUUR oFufi11 =(1)1jURAURRC 01 RC 令令f1uf011jRRA f1uf201|1RRA 0 fuf01uf1|22RARA 稱稱00為截止角頻率為截止角頻率 001 1 =2RCfRC |Auf| |Auf0|0.7