第16章教案電工學(xué)電子技術(shù)(第七版)秦曾煌

1、第1章教案電工學(xué)電子技術(shù)（第七版）秦曾煌第16章集成運(yùn)算放大器本章要求了解集成運(yùn)放的基本組成及主要參數(shù)的意義。理解運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性，掌握其基本分析方法。理解用集成運(yùn)放組成的比例、加減、微分和積分運(yùn)算電路的工作原理，了解有源濾波器的工作原理。理解電壓比較器的工作原理和應(yīng)用。本章重點(diǎn)理想運(yùn)放的傳輸特性、運(yùn)放電路的分析方法。本章難點(diǎn)運(yùn)放電路的分析方法。教學(xué)方法講授法、演示法、練習(xí)法教學(xué)手段多媒體教學(xué)教學(xué)時數(shù)6學(xué)時學(xué)時分配I-J容：學(xué)時.16.1集成運(yùn)算放大器的簡單介紹16.2運(yùn)算放大器在信號運(yùn)算方面的應(yīng)用216.3運(yùn)算放大署在信號處理方面的應(yīng)用16.5使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的兒個問題116.1

2、集成運(yùn)算放大器的簡單介紹前面講述的是分立元件以及用分立元件組成的電路。本章講述一種發(fā)展最早的集成電路-集成運(yùn)算放大器。集成電路的問世標(biāo)志了電子技術(shù)進(jìn)入微電子學(xué)時代。按功能劃分，可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路；按集成度劃分，可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。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)用最廣泛的一種模擬集成電路。16.1.1集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)co+$特點(diǎn)：高增益、高可靠性、低成本、小尺中ADUQ高：80dB140dB集成運(yùn)放的符號：Qri高：105口Q10曲rQ0珈幾十QD幾百Q(mào)QKDCMRD高：D70dB130dB16.1.2電路

3、的簡單說明a3外形及管腳的作用2反相輸入端3-同相輸入端6-輸出端牛-正電源端7-負(fù)電源端1、5-接調(diào)零電位器8-閑置端(NC)輸入級：輸入電阻高，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號，都釆用帶恒流源的差放。中間級：要求電壓放大倍數(shù)高。常釆用帶恒流源的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。輸出級：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)對稱電路或射極輸出器構(gòu)成。16.1.3主要參數(shù)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。開環(huán)差模電壓增益Auo運(yùn)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(yùn)算電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也越高。輸入失調(diào)電壓UIO輸入失調(diào)電流IIO。愈小愈好輸入

4、偏置電流IIB共模輸入電壓范圍UICM運(yùn)放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值，運(yùn)放的共模抑制性能下降，甚至造成器件損壞。16.1.4理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)1理想運(yùn)算放大器2.電壓傳輸特性uo=f(ui)線性區(qū)：uo=Auo(u+-u一)非線性區(qū)：u+u一時，uo=+Uo(sat)u+u一時,(1)輸出只有兩種可能,uo=+Uo(sat)u+1，不能小于1。u-=u+主0,反相輸入端不存在“虛地”現(xiàn)象。當(dāng)R1=8或RF=0時，uo=ui，Auf=1，稱電壓跟隨器。由運(yùn)放構(gòu)成的電壓跟隨器輸入電阻高、輸出電阻低，其跟隨性能比射極輸出器更好16.2.2加法運(yùn)算電路因虛斷，i-=0所以ii1+i

5、i2=ifFoiiiiRuRuRu=+2211因虛短,u-=u+=0FoiiiiRuRuRu=+2211uoRFuiR2R1+8?u+u一uoui+8ii2ifuuou+一)uRRuRR(ui212Fi111Fo+=16.2.3減法運(yùn)算電路由虛斷可得2212iuRRRu+=+11111RRRuuuuuuFioiRi+-+=+=-由虛短可得：+-=uu11221211iFiFouRRuRRR)RR(u-+=其中R2/R3=R1/RF如果取R1=R2，R3=RF()121iiFouuRRu-=如R1=R2=R3=RF12iiouuu-=輸出與兩個輸入信號的差值成正比。16.2.4積分運(yùn)算電路由虛短

6、及虛斷性質(zhì)可得i1=ifdtduCRucFi=1dtduCoF-=當(dāng)電容CF的初始電壓為uC(t0)時，則有()?+-=?0101tuuCRucttiFo()0101tuuCRottiF+-=?當(dāng)電容CF的初始電壓為0時，則有=iFouCRu11若輸入信號電壓為恒定直流量，即ui=Ui時ui2uoRFui1R3R2+8R1+-+ifu+uC=dtUCRuiFo11tCRUF1i=線性積分時間FiOMCRUUt10n出=一仏30時，|T(j3)|衰減很快顯然，電路能使低于30的信號順利通過，衰減很小，而使高于30的信號不易通過，衰減很大，稱一階有源低通濾波器。為了改善濾波效果，使330時信號衰減

7、得更快些，常將兩節(jié)RC濾波環(huán)節(jié)串接起來，組成二階有源低通濾波器。C1uiRFifiCuiuoRFuCCR+8-?R1+-+-幅頻特性21uA0|Auf02.有源高通濾波器3333301Fioj11)(j)(j)(j-+=RRUUT330f0j1-=uA式中RC1可見，電路使頻率大于30的信號通過，而小于30的信號被阻止，稱為有源高通濾波器。16.3.2采樣保持電路it1釆樣保持電路，多用于模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路（A/D）之前。由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時間，所以在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換前必須對模擬量進(jìn)行瞬間釆樣，并把釆樣值保存一段時間，以滿足A/D轉(zhuǎn)換電路的需要。用于數(shù)字電路、計(jì)算機(jī)控制及程序控制等裝置中。工作

8、原理在模擬開關(guān)上加釆樣脈沖釆樣階段：uG為高電平，S閉合(場效應(yīng)管導(dǎo)通)，ui對存儲電容C充電，uo=uC=ui。7aU111II保持階段：uG為0,S斷開(場效應(yīng)管截止)，輸出保持該階段開始瞬間的值不變。釆樣速度愈高，愈接近模擬信號的變化情況。16.3.3電壓比較器uiuoRFCR+8?R1+-+-幅頻特性21uA|Auo電壓比較器用來比較輸入信號與參考電壓的大小。當(dāng)兩者幅度相等時輸出電壓產(chǎn)生躍變，由高電平變成低電平，或者由低電平變成高電平。由此來判斷輸入信號的大小和極性。用途：數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字儀表、自動控制和自動檢測等技術(shù)領(lǐng)域，以及波形產(chǎn)生及變換等場合。UR是參考電壓運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)當(dāng)u+u-時，uo=+Uo(sat)u+即uiuiUR時，uo=一Uo(sat)i+厲3嚴(yán)L0亠KfaatJ可見，在ui=UR處輸出電壓uo發(fā)