大二電工學(xué)運(yùn)算放大器課件

1、3 集成運(yùn)算放大器3.1 集成運(yùn)算放大器3.2 運(yùn)算放大器的分析方法3.3 基本運(yùn)算電路3.3.1 比例運(yùn)算電路3.3.2 求和運(yùn)算電路3.3.3 積分運(yùn)算電路3.3.4 微分運(yùn)算電路3.4 運(yùn)算放大器在其他方面的應(yīng)用內(nèi)容簡介1 本章要求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，和理想 運(yùn)算放大器的分析方法。3. 掌握用集成運(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. 了解運(yùn)放在線性和非線性方面的其它應(yīng)用。2 3.1 集成運(yùn)算放大器3.1.1集成電路概述 集成電路是應(yīng)用半導(dǎo)體的制造工藝，把整個(gè)電路，包括晶體管、電阻等元件及聯(lián)線都制造在一塊半

2、導(dǎo)體基片上，形成的不可分割的固體快。它從根本上動(dòng)搖了原來電子電路的概念，實(shí)現(xiàn)了元件、電路和系統(tǒng)的結(jié)合。集成電路顯示出許多分立件電路無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，它體積小、重量輕、功耗小、性能好，由于外部引線大為減少，減少了故障，提高了可靠性。3集成電路的分類： 按功能集成電路可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路兩大類，本章所講集成運(yùn)算放大器是模擬集成電路的一種。在第5章數(shù)字電路中，將介紹幾種數(shù)字集成電路。集成運(yùn)算放大器特點(diǎn)： 集成運(yùn)算放大器是一種采用多級(jí)直接耦合的高放大倍數(shù)的放大電路，它既能放大緩慢變化的直流信號(hào)，又能放大交流信號(hào)。用運(yùn)算放大器及其反饋網(wǎng)絡(luò)，可以組成多種運(yùn)算電路，模擬數(shù)學(xué)運(yùn)算，還廣泛用于信號(hào)處理

3、、波形發(fā)生等電路中。43.1.2 典型集成運(yùn)算放大器A741分析A741是屬于第二代集成電路中有代表性的產(chǎn)品它內(nèi)部有19個(gè)晶體管，2個(gè)二極管，9個(gè)電阻，電路由四部分組成：輸入級(jí)、偏置電路、中間放大級(jí)、輸出級(jí)。輸入級(jí)T1T8中間級(jí)T13T16T17輸出級(jí)T14T15T18T19偏置電路T9T126 輸入級(jí)采用帶恒流源的差動(dòng)放大電路，輸入電阻高；輸出級(jí)采用互補(bǔ)對(duì)稱電路，輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)。整個(gè)電路差模電壓增益高，共模抑制比高。A741的外部接線圖及管腳圖：調(diào)零電位計(jì)A7411 2 3 4 8 7 6 5A741為8腳雙列直插式芯片，腳為空腳。反相輸入端（）（）同相輸入端輸出端15V15V31

4、54672A7417共模抑制比KCMRR KCMRR=|Aod / Aoc| ，式中Aoc為共模放大倍數(shù)。KCMRR越大，識(shí)別差模信號(hào)的能力越強(qiáng)，抑制共模信號(hào)的能力越大。也表為 KCMRR(db)=20lg|Aod /Aoc| 。 5.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，又稱為飽和電壓。93.2 運(yùn)算放大器的分析方法3.2.1 理想運(yùn)算放大器 在一般分析計(jì)算中，都將集成運(yùn)算放大器看成理想運(yùn)算放大器，即將集成運(yùn)算放大器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化。即認(rèn)為： 1）開環(huán)電壓放大倍數(shù) Aod ； 2）差模輸入電阻 rid ； 3）輸出電阻 ro 0 ； 4）共模抑制比 KCMRR

5、 10理想運(yùn)算放大器的圖形符號(hào)“- ”為反相輸入端；“+”為同相輸入端；“”表示開環(huán)電壓放大倍數(shù)滿足理想化條件； 這里省略了其它引線，而只畫出了兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，其中：“ ”表示運(yùn)放輸入。+uouu+i+i11運(yùn)放的三種工作方式 1）當(dāng)信號(hào)從同相輸入端對(duì)公共地端輸入時(shí)，輸出電壓與輸入電壓同相，同相輸入方式； 2）當(dāng)信號(hào)從反相輸入端對(duì)公共地端輸入時(shí)，輸出電壓與輸入電壓反相，反相輸入方式； 3）當(dāng)信號(hào)同時(shí)從同相輸入端和反相輸入端對(duì)公共地端輸入時(shí)，輸出電壓相位由兩個(gè)輸入電壓綜合決定，差動(dòng)輸入方式。123.2.2 運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性和兩個(gè)工作區(qū)域 輸出電壓uo與輸入電壓(u+-u-) 之間

6、關(guān)系的特性曲線 uo=f(u+-u-) ， 稱為電壓傳輸特性。 u+ u uo +UoppUopp O線性區(qū)飽和區(qū)131. 運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)當(dāng) |uo | u 時(shí)， uo = + Uopp u+t1時(shí)，uo= -UOPP= -10V。583.3.4 微分運(yùn)算電路因u-=0, ic = if ,uoificC1uiR2RF+uitOuotO動(dòng)畫+Ui1. ui=+Uit=0時(shí)uo產(chǎn)生較大躍變隨著電容C的充電uo 衰減為059 微分運(yùn)算電路ifi1uoC1uiR2RF+uitOuotOUi動(dòng)畫2. ui= -UI60比例-微分運(yùn)算電路上式表明：輸出電壓是對(duì)輸入電壓的比例-微分 控制系統(tǒng)中，

7、PD調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)過程中起加速作用，即使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)速度和工作穩(wěn)定性。PD調(diào)節(jié)器uoC1uiR2RF+R1ifiRiC61i3i1ii+uoR3uiR2R1+R4CiCi4另一種比例微分電路62uitOuotO+Ui比例微分電路階躍輸入時(shí)的波形633.4 運(yùn)算放大器在其他方面的應(yīng)用 運(yùn)算放大器組成的運(yùn)算電路工作在線性區(qū)，以完成摸擬信號(hào)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，在電子技術(shù)及工業(yè)控制中，還有許多其他應(yīng)用。這里例舉一些信號(hào)處理、波形發(fā)生等應(yīng)用電路，在這些電路中，運(yùn)放有的工作在線性區(qū)，有的工作在飽和區(qū)。3.4.1 電壓比較器電壓比較器用來比較輸入信號(hào)與參考電壓的大小。由此來判斷輸入信號(hào)的 大小和極性。運(yùn)放工作在開

8、環(huán)狀態(tài)，工作在飽和區(qū)。64電壓比較器的電壓傳輸特性 Dz為雙向穩(wěn)壓管，起雙向穩(wěn)壓作用。設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，則u0輸出為UZ當(dāng) uI UR，uo= UZ ui UR，uo = UZ UZ UZuiUR時(shí)，uo=UOPP電壓傳輸特性u(píng)iuoO +UOPP UOPPUR(uo)652vuitOOuot 6v 6vt1t2例：設(shè)ui為峰值為4V，周期為T=80ms的三角波，比較電壓UR=2V，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=6V，試畫出輸出電壓波形。8040(ms）4v解：ui2V時(shí), uo=UZ=6V， ui+UT , uo= -UZ ,u+= -UT, 電容開始反向充電，uouc00tt-UT+UT+

9、UZ-UZt1t2t3T輸出方波的周期為:當(dāng) uc=u- -UT ,uo=+UZ 電路產(chǎn)生自激振蕩，輸出方波。動(dòng)畫733.4.4 三角波發(fā)生器Cuo1R5DZR1+R4uoR6R+A2A1R2R3 兩級(jí)輸出電壓通過R2和R3反饋到A1的同相端。 uo1通過R2產(chǎn)生電壓正反饋。受正反饋影響，uo1輸出方波A1為比較器，輸出方波；A2為積分器，對(duì)方波積分，輸出三角波。A2對(duì)uo1進(jìn)行積分，輸出三角波74動(dòng)畫ttuo1uo00+UZ+UZ-UZ-UZt1t2t3工作過程：電路通電后，uo1和uo輸出隨機(jī)，設(shè)t=0 時(shí)uo1為正，由于正反饋?zhàn)饔茫芸爝_(dá)到正飽和，uo1=+UZ ,A2進(jìn)行反向積分，uo下降(設(shè)t=0,uo=0), 當(dāng)t=t1 時(shí) uo= -UZ ; 若R2=R3，則此時(shí)兩輸出端反饋到A1同相端的電壓之和為零，只要uo再下降一點(diǎn)，由于正反饋?zhàn)饔茫珹1立刻翻轉(zhuǎn)，uo1= -UZ , A2開始反向積分( t1 t2 ); 當(dāng)t=t2時(shí)，uo=+UZ，由于正反饋?zhàn)饔?，A1再次翻轉(zhuǎn)，uo1