電工與電子技術(shù)Ⅱ：第16章 集成運(yùn)算放大器

1、第16章 集成運(yùn)算放大器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(hào)運(yùn)算方面的應(yīng)用16.4.1 矩形波發(fā)生器16.5 使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問題（自學(xué)）16.3.3 電壓比較器1. 了解集成運(yùn)放的基本組成及主要參數(shù)的意義；2. 理解運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性，理解理想 運(yùn)算放大器并掌握其基本分析方法；3. 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；4. 理解電壓比較器和矩形波發(fā)生器的工作原理和 應(yīng)用。本章要求第16章 集成運(yùn)算放大器16.1 集成運(yùn)算放大器的簡單介紹 集成運(yùn)算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路，是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的一種

2、模擬集成電路。 集成電路:是把整個(gè)電路的各個(gè)元件以及相互之間的聯(lián)接同時(shí)制造在一塊半導(dǎo)體芯片上, 組成一個(gè)不可分的整體。 特點(diǎn)：體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、價(jià)格低。集成電路分類按集成度按導(dǎo)電類型按功能小、中、大和超大規(guī)模雙、單極性和兩種兼容數(shù)字和模擬各類型號(hào)集成芯片16.1.1 集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn) 1. 輸入級(jí)大都采用差分放大電路，因此元器件參數(shù)的一致性和對(duì)稱性好； 2. 電阻的阻值受到限制，大電阻常用晶體管恒流源代替，直流高阻值大電阻和電位器需外接； 3. 電容的容量受到限制，電感不能集成，故各放大器之間采用直接耦合，大電容、電感和變壓器均需外接。16.1.2 電路的簡單說明輸入級(jí) 中

3、間級(jí) 輸出級(jí)偏置電路運(yùn)算放大器方框圖 輸入級(jí)：能有效抑制零點(diǎn)漂移和共模干擾信號(hào)，因此都采用差分放大電路，有同相和反相兩個(gè)輸入端 。 中間級(jí)：要求電壓放大倍數(shù)高，一般由共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。 偏置電路: 為上述各級(jí)電路提供穩(wěn)定和合適的偏置電流，從而決定合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。 輸出級(jí)：與負(fù)載相接，要求帶負(fù)載能力強(qiáng)、輸出電壓范圍寬，一般由互補(bǔ)對(duì)稱電路或射極輸出器構(gòu)成。集成運(yùn)算放大器的管腳和符號(hào)反相輸入端同相輸入端+UCCUCCuo+uu +Auo信號(hào)傳輸方向輸出端開環(huán)電壓放大倍數(shù)(a)(b)(a) 符號(hào); (b)引腳 7 6 5 F0071 2 3 4 U-U+-UCC+UCC輸出16.1.3 主要參數(shù)

4、 1. 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。 2. 開環(huán)電壓放大倍數(shù) Auo 運(yùn)放沒有接反饋電路時(shí)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。 6. 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。愈小愈好 3. 輸入失調(diào)電壓 UIO 4. 輸入失調(diào)電流 IIO 5. 輸入偏置電流 IIB1）開環(huán)電壓放大倍數(shù) 2）開環(huán)輸入電阻3）開環(huán)輸出電阻4）共模抑制比 由于實(shí)際運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)接近理想化條件，且該誤差在工程上是允許的，而用理想運(yùn)算放大器分析電路可使問題大大簡化

5、，因此后面對(duì)運(yùn)算放大器的分析都是按其理想化條件進(jìn)行的。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 在分析運(yùn)算放大器的電路時(shí)，一般將它看成是理想的運(yùn)算放大器。理想化的主要條件：uo+u+u理想運(yùn)算放大器圖形符號(hào)16.1.4 理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)線性區(qū)：uo = Auo(u+ u)飽和區(qū)：u+ u 時(shí)， uo = +Uo(sat) u+ u 時(shí)， uo = + Uo(sat) u+ u 時(shí)， uo = + Uo (sat) u+u 時(shí)，uo= +Uo (sat) u+u 時(shí)，uo= Uo (sat) 即 uiUR 時(shí)，uo = Uo (sat)可見，在 ui =UR 處輸

6、出電壓 uo 發(fā)生躍變。參考電壓過零電壓比較器利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲║RuouiR2+R1+電壓傳輸特性Uo(sat) +Uo(sat)uiuoOUR= 0tuiOtuo+Uo(sat)Uo(sat)O 例1：圖中所示為運(yùn)放組成的過溫保護(hù)電路，R 是熱敏電阻，溫度升高阻值變小。KA 是繼電器，溫度升高，超過規(guī)定值，KA 動(dòng)作，自動(dòng)切斷電源。分析其工作原理。 溫度 超過 規(guī)定值，ui UR， uo= +UOM，T 導(dǎo)通。 KA 動(dòng)作，切斷電源。 溫度未超過規(guī)定值，Ui UR， uo= UOM，T 截止。 KA 不動(dòng)作。R1R2URRR4KA+UCCTR3+uiuo電壓傳輸特性u(píng)oOUO(

7、sat)UO(sat)例2: 電路如圖所示, ui 是一正弦電壓, 畫出 uo 的波形。OtUO(sat)UO(sat)解:運(yùn)放為同相輸入過零電壓 比較器uoOtOtOtUO(sat)UO(sat)各電壓波形如右圖所示。R1R2uiuo+CDRLRUO(sat)2. 輸出帶限幅的電壓比較器設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，忽略穩(wěn)壓管的正向?qū)▔航祫t ui UR，uo = UZUZ UZ電壓傳輸特性 Uo(sat) +Uo(sat)uiuoOURuiUR 時(shí)，uo = Uo (sat) uoRDZURuouiR2+R1+3. 滯回比較器上門限電壓下門限電壓RF當(dāng) uo = + Uo(sat)， 則 當(dāng)

8、uo = Uo(sat)，則R2uoui+R1+兩次跳變之間具有遲滯特性滯回比較器上門限電壓 U+ ：ui 逐漸增加時(shí)的門限電壓下門限電壓U+：ui 逐漸減小時(shí)的門限電壓uiuoO Uo(sat)+Uo(sat)電壓傳輸特性u(píng)itOuoOt+Uo(sat)Uo(sat)RFuoui+R1+16.4.1 矩形波發(fā)生器矩形波產(chǎn)生電路 uc+UR+1. 電路結(jié)構(gòu) 由滯回比較器、 RC充放電電路組成。 電容電壓uc 即是比較器的輸入電壓，2. 工作原理設(shè)電源接通時(shí)， uo = +UZ，uc(0) = 0。 電阻R2兩端的電壓UR即是比較器的參考電壓。 uo 通過 RF 對(duì)電容C充電， uc 按指數(shù)規(guī)律增長。 RFCuoRoUzDZR2R1當(dāng) uo = +UZ時(shí)，電容充電， uc上升，電容放電， uc下降，當(dāng)uc= U+ 時(shí)，uo 跳變成 UZ當(dāng) uc= U”+ 時(shí)，uo 跳變成 +UZ，電容又重新充電。2. 工作原理放電uc+RFCuoRoUzDZR2R1RFCuoRoUzDZR2R1充電3. 工作波形T2T = T1+T2電容充放電過程，uc的響應(yīng)規(guī)律為4. 周期與頻率Z212U RRR+-T1U ztOuo ,uC+Z212