集成運(yùn)放電路基礎(chǔ)教案課件

集成運(yùn)放電路基礎(chǔ)集成運(yùn)放電路基礎(chǔ)1基本差分放大器

靜態(tài)時(shí)，由于電路結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱(chēng)，集電極電位相等，故輸出為零。當(dāng)溫度變化，或電源電壓波動(dòng)，將引起兩管集電極電流IC1、IC2同時(shí)增大或減小，這就是零飄現(xiàn)象，相當(dāng)于在兩管的輸入端同時(shí)加人一對(duì)大小相等、極性相同的信號(hào)ui1、ui2，稱(chēng)為共模輸入信號(hào)。對(duì)于共模輸入信號(hào)，兩管的集電極電位總是相等的。若采用雙端輸出方式，輸出電壓為零，或者說(shuō)，差動(dòng)放大電路的共模電壓放大倍數(shù)AC=0，即差動(dòng)放大電路可以有效地抑制零飄，換句話(huà)說(shuō)，差動(dòng)放大電路，對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有放大作用。第1頁(yè)/共64頁(yè)基本差分放大器靜態(tài)時(shí)，由于電路結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱(chēng)，集電極電2典型的差分放大器

由于RE的電流負(fù)反饋?zhàn)饔?，使每個(gè)管子的漂移又得到了一定程度的抑制，這樣，輸出端的漂移就進(jìn)一步減小了。顯然，RE愈大，電流負(fù)反饋?zhàn)饔糜鷱?qiáng)，因而抑制每個(gè)管子的漂移作用就愈顯著。這樣就進(jìn)一步增強(qiáng)了差動(dòng)電路抑制漂移和共模信號(hào)的能力。因此RE也稱(chēng)為共模負(fù)反饋電阻。第2頁(yè)/共64頁(yè)典型的差分放大器由于RE的電流負(fù)反饋?zhàn)饔茫姑總€(gè)管子3第3頁(yè)/共64頁(yè)第3頁(yè)/共64頁(yè)4第4頁(yè)/共64頁(yè)第4頁(yè)/共64頁(yè)5帶恒流源的差動(dòng)放大器

如圖3-3（a）所示，就是一個(gè)具有恒流源的差放電路，圖中：T3和R1、R2、RE3、T4、T5組成恒流源，電阻R1、R2、RE3用來(lái)調(diào)整和確定T3的靜態(tài)工作電流IC3，二極管D4、D5用作溫度補(bǔ)償。將電流源簡(jiǎn)化，其電路如圖3-3（b）所示。(a)(b)圖3-3帶恒流源的差分放大電路第5頁(yè)/共64頁(yè)帶恒流源的差動(dòng)放大器如圖3-3（a）所示，就是一個(gè)具6第6頁(yè)/共64頁(yè)第6頁(yè)/共64頁(yè)7第7頁(yè)/共64頁(yè)第7頁(yè)/共64頁(yè)8差動(dòng)放大器的輸入、輸出方式單端輸入、單端輸出的差分放大電路

單端輸入、雙端輸出的差分放大電路雙端輸入、單端輸出差分放大電路第8頁(yè)/共64頁(yè)差動(dòng)放大器的輸入、輸出方式單端輸入、單端輸出的差分放大電路9

3.2集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介

集成運(yùn)算放大器的基本結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)1、集成運(yùn)算放大器的基本結(jié)構(gòu)第9頁(yè)/共64頁(yè)3.2集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介集成運(yùn)算放大器的基本結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)102、集成運(yùn)算放大器的圖形符號(hào)和管腳功能

集成運(yùn)放的圖形符號(hào)如圖3-10所示。圖中可見(jiàn)，集成運(yùn)放有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，輸入端輸入方式有三種從“-”端輸入(u-)稱(chēng)反相輸入，輸出電壓與輸入電壓相位相反；從“+”端輸入(u+)稱(chēng)同相輸入，輸出電壓與輸入電壓相位相同；從“-”、“+”兩個(gè)端輸入稱(chēng)差分輸出（uId=u--u+），輸出電壓與差分輸入電壓相位相反。3-10集成運(yùn)放符號(hào)（a）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)；（b）習(xí)慣通用符號(hào)。第10頁(yè)/共64頁(yè)2、集成運(yùn)算放大器的圖形符號(hào)和管腳功能集成運(yùn)放的圖形11集成運(yùn)算放大器主要參數(shù)的意義第11頁(yè)/共64頁(yè)集成運(yùn)算放大器主要參數(shù)的意義第11頁(yè)/共64頁(yè)12第12頁(yè)/共64頁(yè)第12頁(yè)/共64頁(yè)13

(1)開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)趨于無(wú)窮；

(2)輸入電阻趨于無(wú)窮；

(3)輸出電阻趨于零；

(4)共模抑制比趨于無(wú)窮；

(5)有無(wú)限寬的頻帶；

(6)當(dāng)輸入端u

-=u

+時(shí)，uo=0。目前，集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)均在104以上，輸入電阻達(dá)到兆歐數(shù)量級(jí)，輸出電阻在幾百歐以下。因此，作近似分析時(shí)，常常對(duì)集成運(yùn)放作理想化處理。理想集成運(yùn)算放大器的分析方法第13頁(yè)/共64頁(yè)(1)開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)趨于無(wú)窮；理14集成運(yùn)放輸出電壓與差分輸入電壓之間的關(guān)系，可用圖8.19所示的電壓傳輸特性來(lái)描述。圖8.19運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性第14頁(yè)/共64頁(yè)集成運(yùn)放輸出電壓與差分輸入電壓之間的關(guān)系，可用圖8.115第15頁(yè)/共64頁(yè)第15頁(yè)/共64頁(yè)16第16頁(yè)/共64頁(yè)第16頁(yè)/共64頁(yè)173.3基本運(yùn)算電路1.反相比例運(yùn)算電路第17頁(yè)/共64頁(yè)3.3基本運(yùn)算電路1.反相比例運(yùn)算電路第17頁(yè)/共64頁(yè)182.同相比例運(yùn)算電路(a)同相比例運(yùn)算電路

(b)電壓跟隨器

第18頁(yè)/共64頁(yè)2.同相比例運(yùn)算電路(a)同相比例運(yùn)算電路(b)電壓跟隨器193.加法運(yùn)算電路第19頁(yè)/共64頁(yè)3.加法運(yùn)算電路第19頁(yè)/共64頁(yè)204.減法運(yùn)算電路第20頁(yè)/共64頁(yè)4.減法運(yùn)算電路第20頁(yè)/共64頁(yè)21第21頁(yè)/共64頁(yè)第21頁(yè)/共64頁(yè)22第22頁(yè)/共64頁(yè)第22頁(yè)/共64頁(yè)23積分與微分電路

積分運(yùn)算指集成運(yùn)放的輸出電壓與輸入電壓的積分成比例的運(yùn)算。積分運(yùn)算電路如圖3-21所示。圖中，用CF代替RF構(gòu)成反饋電路。1.積分電路

圖3-21積分運(yùn)算電路第23頁(yè)/共64頁(yè)積分與微分電路積分運(yùn)算指集成運(yùn)放的輸出電壓與輸入電壓的積242.微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的逆運(yùn)算。積分電路中，電阻R1與電容CF的位置對(duì)調(diào)一下，即得微分電路，電路如圖3-22所示。圖3-22微分運(yùn)算電路第24頁(yè)/共64頁(yè)2.微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的逆運(yùn)算。積分電路中，電阻25

(1)電壓比較器電壓比較電路如圖3-24所示。圖3-24電壓比較器3.4信號(hào)處理電路

信號(hào)幅度比較電路大致可分為三種：電壓比較電路、滯回比較電路和窗口比較電路。第25頁(yè)/共64頁(yè)(1)電壓比較器3.4信號(hào)處理電路信號(hào)26

圖3-25過(guò)零比較器（a）電路圖；（b）電壓傳輸特性。第26頁(yè)/共64頁(yè)圖3-25過(guò)零比較器第26頁(yè)/共64頁(yè)27圖3-26有限幅的過(guò)零比較器（a）電路圖；（b）電壓傳輸特性。第27頁(yè)/共64頁(yè)圖3-26有限幅的過(guò)零比較器第27頁(yè)/共64頁(yè)28[例3.6]設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的電壓比較器，要求如下：

UREF=2V；輸出低電平約為-6V，輸出高電平約為0.7V；當(dāng)輸入電壓大于2V時(shí)，輸出為低電平。解：因輸入電壓大于2V時(shí)，輸出為低電平。故輸入信號(hào)應(yīng)加在反相輸入端，同相輸入端加2V的參考電壓。又因輸出低電平約為-6V，輸出高電平約為0.7V，故可采用具有限幅作用的硅穩(wěn)壓管接在輸出端，它的穩(wěn)定電壓為6V。當(dāng)輸出高電平時(shí)，穩(wěn)壓管作普通二極管使用，其導(dǎo)通電壓約為0.7V，故輸出電壓為0.7V；當(dāng)輸出低電平時(shí)，穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓為6V，故輸出電壓為-6V。綜上所述，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的電路如圖8.38所示。第28頁(yè)/共64頁(yè)[例3.6]設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的電壓比較器，要29

圖3-27[例3.6]的電路圖第29頁(yè)/共64頁(yè)第29頁(yè)/共64頁(yè)30

2.滯回比較器滯回特性的比較器(又稱(chēng)施密特觸發(fā)器)，如圖3-29所示。

3-29滯回比較器

第30頁(yè)/共64頁(yè)2.滯回比較器第30頁(yè)/共64頁(yè)31第31頁(yè)/共64頁(yè)第31頁(yè)/共64頁(yè)32

[例3.7]電路如圖3-30（a）所示，試求上、下限閾值電壓，并畫(huà)出電壓傳輸特性。（a）電路圖（b）電壓傳輸特性圖3-30[例3.7]的圖第32頁(yè)/共64頁(yè)[例3.7]電路如圖3-30（a）所示，試求上、下限閾33第33頁(yè)/共64頁(yè)第33頁(yè)/共64頁(yè)343.窗口比較器

圖3-31窗口比較器(a)電路圖；(b)電壓傳輸特性。

設(shè)UL<UH，當(dāng)UI<UL時(shí)，D2導(dǎo)通、D1截止，輸出電壓uo為高電平Uom；當(dāng)Ui>UH時(shí)，D1導(dǎo)通、D2截止，輸出電壓uo仍為高電平Uom。只有當(dāng)UL<UI<UH時(shí)，D1、D2均截止，輸出電壓uo為低電平0。第34頁(yè)/共64頁(yè)3.窗口比較器圖3-31窗口比較器設(shè)UL<UH，35有源濾波器

濾波器是一種能夠讓指定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，而將此頻率范圍以外的信號(hào)衰減的電路。濾波器可以由無(wú)源的R、L、C等元件組成，也可以由有源的運(yùn)放加R、C等元件組成，前者稱(chēng)為無(wú)源濾波器，后者稱(chēng)為有源濾波器。1.基本概念

通常把能夠通過(guò)的信號(hào)頻率范圍定義為通帶，而把受衰減的信號(hào)頻率范圍稱(chēng)為阻帶。按照通帶和阻帶相互不同的位置，濾波器可分為低通濾波器（LPF）、高通濾波器(HPF)、帶通濾波器(BPF)、帶阻濾波器(BEF)幾種類(lèi)型，它們的理想幅頻特性如圖3-32所示。第35頁(yè)/共64頁(yè)有源濾波器濾波器是一種能夠讓指定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)36圖3-32各種濾波器的理想幅頻特性

(a)低通；(b)高通；(c)帶通；(d)帶阻。第36頁(yè)/共64頁(yè)圖3-32各種濾波器的理想幅頻特性第36頁(yè)/共64頁(yè)372.一階低通濾波器一階低通有源濾波器有如圖3.33所示的兩種基本電路形式。圖3.33一階低通濾波器第37頁(yè)/共64頁(yè)2.一階低通濾波器第37頁(yè)/共64頁(yè)38低通截止頻率。第38頁(yè)/共64頁(yè)低通截止頻率。第38頁(yè)/共64頁(yè)39圖3.34一階有源低通濾波器幅頻特性曲線(xiàn)第39頁(yè)/共64頁(yè)圖3.34一階有源低通濾波器幅頻特性曲線(xiàn)第39頁(yè)/共6440圖3.35二階有源低通濾波器第40頁(yè)/共64頁(yè)圖3.35二階有源低通濾波器第40頁(yè)/共64頁(yè)41圖3.35二階有源低通濾波器第41頁(yè)/共64頁(yè)圖3.35二階有源低通濾波器第41頁(yè)/共64頁(yè)423.一階高通濾波器(HPF)圖3.36高通濾波器第42頁(yè)/共64頁(yè)3.一階高通濾波器(HPF)圖3.36高通濾波器第4243高通截止頻率當(dāng)時(shí)特性曲線(xiàn)按+20dB十倍頻上升，可以對(duì)小于

的信號(hào)進(jìn)行抑制。同理，如果采用如圖3.36(b)所示的二階高通濾波器，其阻帶衰減程度會(huì)更劇烈，濾波效果會(huì)更好。第43頁(yè)/共64頁(yè)高通截止頻率當(dāng)時(shí)特性曲線(xiàn)按+244圖3.37一階高通濾波電路的幅頻特性曲線(xiàn)第44頁(yè)/共64頁(yè)圖3.37一階高通濾波電路的幅頻特性曲線(xiàn)第44頁(yè)/共64454.帶通濾波電路和帶阻濾波電路(1)帶通濾波電路。圖3.38帶通濾波電路的構(gòu)成方法第45頁(yè)/共64頁(yè)4.帶通濾波電路和帶阻濾波電路(1)帶通濾波電路。圖3.46圖3.39壓控電壓源二階帶通濾波電路第46頁(yè)/共64頁(yè)圖3.39壓控電壓源二階帶通濾波電路第46頁(yè)/共64頁(yè)47在同一條特性曲線(xiàn)-3dB處的通頻帶范圍為通頻帶寬度，理論可以證明

可見(jiàn)，值越大，頻帶越窄，選頻特性越好。第47頁(yè)/共64頁(yè)在同一條特性曲線(xiàn)-3dB處的通頻帶范圍為通頻帶寬度，理論可以48(2)帶阻濾波電路。圖3.40帶阻濾波電路的構(gòu)成方法

帶阻濾波電路又名陷波器。它由低通濾波電路和高通濾波電路并聯(lián)而成，兩者對(duì)某一頻段均不覆蓋，形成帶阻頻段。第48頁(yè)/共64頁(yè)(2)帶阻濾波電路。圖3.40帶阻濾波電路的構(gòu)成方法49圖3.41壓控電壓源二階帶阻濾波電路第49頁(yè)/共64頁(yè)圖3.41壓控電壓源二階帶阻濾波電路第49頁(yè)/共64頁(yè)50根據(jù)理論推導(dǎo)，該電路的電壓放大倍數(shù)為阻帶的中心頻率為(3.38)(3.40)式中：

(3.39)第50頁(yè)/共64頁(yè)根據(jù)理論推導(dǎo)，該電路的電壓放大倍數(shù)為阻帶的中心頻率為(351阻帶的中心頻率為阻帶的寬度第51頁(yè)/共64頁(yè)阻帶的中心頻率為阻帶的寬度第51頁(yè)/共64頁(yè)52不同的值的幅頻特性如圖3.41(b)所示。由圖可見(jiàn)，值越大，阻帶越窄，選頻特性越好。帶阻濾波電路在檢測(cè)儀表和電子系統(tǒng)中應(yīng)用較多，常用于抑制50Hz交流電源引起的干擾信號(hào)。這時(shí)帶阻中心頻率選為50Hz，使對(duì)應(yīng)于該中心頻率的電壓放大倍數(shù)為零。第52頁(yè)/共64頁(yè)不同的值的幅頻特性如圖3.41(b)所示。由圖可見(jiàn)，值越大，53信號(hào)轉(zhuǎn)換電路1.電壓電流轉(zhuǎn)換電路（1）接地負(fù)載電壓—電流變換器第53頁(yè)/共64頁(yè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路1.電壓電流轉(zhuǎn)換電路（1）接地負(fù)載電壓—電流變換54（2）懸浮負(fù)載電壓—電流變換器

圖3-43懸浮負(fù)載的電壓—電流變換器（a）反相電壓—電流變換器；（b）同相電壓—電流變換器

第54頁(yè)/共64頁(yè)（2）懸浮負(fù)載電壓—電流變換器圖3-43懸浮負(fù)載的電壓—電55第55頁(yè)/共64頁(yè)第55頁(yè)/共64頁(yè)562.精密二極管半波整流器3-45典型的高精度半波整流電路(a)電路圖；(b)電壓傳輸特性；(c)波形圖。第56頁(yè)/共64頁(yè)2.精密二極管半波整流器3-45典型的高精度半波整流電路第557第57頁(yè)/共64頁(yè)第57頁(yè)/共64頁(yè)58精密儀用放大電路1.精密差分測(cè)量放大器電壓放大倍數(shù)為第58頁(yè)/共64頁(yè)精密儀用放大電路1.精密差分測(cè)量放大器電壓放大倍數(shù)為第58592.集成精密測(cè)量放大器（1）INA101M型測(cè)量放大器圖3-47INA101M測(cè)量放大器(a)內(nèi)部電路；(b)基本應(yīng)用電路。第59頁(yè)/共64頁(yè)2.集成精密測(cè)量放大器（1）INA101M型測(cè)量放大器圖3-60（2）應(yīng)用舉例——心電信號(hào)放大電路

圖所示3-48為實(shí)用的心電信號(hào)放大電路。心電信號(hào)由安置在手腕和腳腕的電極取得，該電極稱(chēng)為導(dǎo)聯(lián)。在電極和人體間涂上導(dǎo)電液，以減小接觸電阻。其中R1、C1和R2、C2用以預(yù)防電極懸空而引入干擾信號(hào)。第二級(jí)為同相比例放大，與C6一起組成低通濾波電路，這二級(jí)總的電壓放大倍數(shù)可達(dá)一萬(wàn)倍，最后一級(jí)采用帶阻濾波器，構(gòu)成50Hz陷波器,減小工頻干擾。第60頁(yè)/共64頁(yè)（2）應(yīng)用舉例——心電信號(hào)放大電路圖所示3-48為實(shí)用的61圖3-48心電信號(hào)放大電路第61頁(yè)/共64頁(yè)圖3-48心電信號(hào)放大電路第61頁(yè)/共64頁(yè)623.5集成運(yùn)放使用中的問(wèn)題1.選用集成運(yùn)放型號(hào)2.在使用集成運(yùn)放時(shí)應(yīng)熟悉管腳的功能3.集成運(yùn)放的消振與調(diào)零4.集成運(yùn)放的保護(hù)措施5.集成運(yùn)放電路外接電阻值的選取6.調(diào)試過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題第62頁(yè)/共64頁(yè)3.5集成運(yùn)放使用中的問(wèn)題1.選用集成運(yùn)放型號(hào)2.在使用631．反饋是將輸出信號(hào)的一部分或全部以通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)送到輸入端。負(fù)反饋放大電路有四種不同類(lèi)型。由瞬時(shí)極性判斷反饋的性質(zhì)，由輸出端判別電壓或電流反饋，由輸入端判別串聯(lián)或并聯(lián)反饋。

2．差分放大電路是抑制零點(diǎn)漂移最有效的電路形式，其特點(diǎn)是電路對(duì)稱(chēng)。

3．集成運(yùn)放是一種高增益直接耦合放大器，掌握集成運(yùn)放理想化條件是分析集成運(yùn)放在線(xiàn)性和非線(xiàn)性應(yīng)用時(shí)的基本概念和重要原則。理想運(yùn)放線(xiàn)性應(yīng)用時(shí)，若反相輸入則有u-=u+=0、i-=i+；若同相輸入或差分輸入則有u-=u+、i-=i+

。理想運(yùn)放組成正弦波振蕩器時(shí)，關(guān)鍵是要滿(mǎn)足振幅條件和相位條件。本章小結(jié)第63頁(yè)/共64頁(yè)1．反饋是將輸出信號(hào)的一部分或全部以通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)送64感謝您的觀(guān)看。第64頁(yè)/共64頁(yè)感謝您的觀(guān)看。第64頁(yè)/共64頁(yè)65集成運(yùn)放電路基礎(chǔ)集成運(yùn)放電路基礎(chǔ)66基本差分放大器

靜態(tài)時(shí)，由于電路結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱(chēng)，集電極電位相等，故輸出為零。當(dāng)溫度變化，或電源電壓波動(dòng)，將引起兩管集電極電流IC1、IC2同時(shí)增大或減小，這就是零飄現(xiàn)象，相當(dāng)于在兩管的輸入端同時(shí)加人一對(duì)大小相等、極性相同的信號(hào)ui1、ui2，稱(chēng)為共模輸入信號(hào)。對(duì)于共模輸入信號(hào)，兩管的集電極電位總是相等的。若采用雙端輸出方式，輸出電壓為零，或者說(shuō)，差動(dòng)放大電路的共模電壓放大倍數(shù)AC=0，即差動(dòng)放大電路可以有效地抑制零飄，換句話(huà)說(shuō)，差動(dòng)放大電路，對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有放大作用。第1頁(yè)/共64頁(yè)基本差分放大器靜態(tài)時(shí)，由于電路結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱(chēng)，集電極電67典型的差分放大器

由于RE的電流負(fù)反饋?zhàn)饔?，使每個(gè)管子的漂移又得到了一定程度的抑制，這樣，輸出端的漂移就進(jìn)一步減小了。顯然，RE愈大，電流負(fù)反饋?zhàn)饔糜鷱?qiáng)，因而抑制每個(gè)管子的漂移作用就愈顯著。這樣就進(jìn)一步增強(qiáng)了差動(dòng)電路抑制漂移和共模信號(hào)的能力。因此RE也稱(chēng)為共模負(fù)反饋電阻。第2頁(yè)/共64頁(yè)典型的差分放大器由于RE的電流負(fù)反饋?zhàn)饔茫姑總€(gè)管子68第3頁(yè)/共64頁(yè)第3頁(yè)/共64頁(yè)69第4頁(yè)/共64頁(yè)第4頁(yè)/共64頁(yè)70帶恒流源的差動(dòng)放大器

如圖3-3（a）所示，就是一個(gè)具有恒流源的差放電路，圖中：T3和R1、R2、RE3、T4、T5組成恒流源，電阻R1、R2、RE3用來(lái)調(diào)整和確定T3的靜態(tài)工作電流IC3，二極管D4、D5用作溫度補(bǔ)償。將電流源簡(jiǎn)化，其電路如圖3-3（b）所示。(a)(b)圖3-3帶恒流源的差分放大電路第5頁(yè)/共64頁(yè)帶恒流源的差動(dòng)放大器如圖3-3（a）所示，就是一個(gè)具71第6頁(yè)/共64頁(yè)第6頁(yè)/共64頁(yè)72第7頁(yè)/共64頁(yè)第7頁(yè)/共64頁(yè)73差動(dòng)放大器的輸入、輸出方式單端輸入、單端輸出的差分放大電路

單端輸入、雙端輸出的差分放大電路雙端輸入、單端輸出差分放大電路第8頁(yè)/共64頁(yè)差動(dòng)放大器的輸入、輸出方式單端輸入、單端輸出的差分放大電路74

3.2集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介

集成運(yùn)算放大器的基本結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)1、集成運(yùn)算放大器的基本結(jié)構(gòu)第9頁(yè)/共64頁(yè)3.2集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介集成運(yùn)算放大器的基本結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)752、集成運(yùn)算放大器的圖形符號(hào)和管腳功能

集成運(yùn)放的圖形符號(hào)如圖3-10所示。圖中可見(jiàn)，集成運(yùn)放有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，輸入端輸入方式有三種從“-”端輸入(u-)稱(chēng)反相輸入，輸出電壓與輸入電壓相位相反；從“+”端輸入(u+)稱(chēng)同相輸入，輸出電壓與輸入電壓相位相同；從“-”、“+”兩個(gè)端輸入稱(chēng)差分輸出（uId=u--u+），輸出電壓與差分輸入電壓相位相反。3-10集成運(yùn)放符號(hào)（a）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)；（b）習(xí)慣通用符號(hào)。第10頁(yè)/共64頁(yè)2、集成運(yùn)算放大器的圖形符號(hào)和管腳功能集成運(yùn)放的圖形76集成運(yùn)算放大器主要參數(shù)的意義第11頁(yè)/共64頁(yè)集成運(yùn)算放大器主要參數(shù)的意義第11頁(yè)/共64頁(yè)77第12頁(yè)/共64頁(yè)第12頁(yè)/共64頁(yè)78

(1)開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)趨于無(wú)窮；

(2)輸入電阻趨于無(wú)窮；

(3)輸出電阻趨于零；

(4)共模抑制比趨于無(wú)窮；

(5)有無(wú)限寬的頻帶；

(6)當(dāng)輸入端u

-=u

+時(shí)，uo=0。目前，集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)均在104以上，輸入電阻達(dá)到兆歐數(shù)量級(jí)，輸出電阻在幾百歐以下。因此，作近似分析時(shí)，常常對(duì)集成運(yùn)放作理想化處理。理想集成運(yùn)算放大器的分析方法第13頁(yè)/共64頁(yè)(1)開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)趨于無(wú)窮；理79集成運(yùn)放輸出電壓與差分輸入電壓之間的關(guān)系，可用圖8.19所示的電壓傳輸特性來(lái)描述。圖8.19運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性第14頁(yè)/共64頁(yè)集成運(yùn)放輸出電壓與差分輸入電壓之間的關(guān)系，可用圖8.180第15頁(yè)/共64頁(yè)第15頁(yè)/共64頁(yè)81第16頁(yè)/共64頁(yè)第16頁(yè)/共64頁(yè)823.3基本運(yùn)算電路1.反相比例運(yùn)算電路第17頁(yè)/共64頁(yè)3.3基本運(yùn)算電路1.反相比例運(yùn)算電路第17頁(yè)/共64頁(yè)832.同相比例運(yùn)算電路(a)同相比例運(yùn)算電路

(b)電壓跟隨器

第18頁(yè)/共64頁(yè)2.同相比例運(yùn)算電路(a)同相比例運(yùn)算電路(b)電壓跟隨器843.加法運(yùn)算電路第19頁(yè)/共64頁(yè)3.加法運(yùn)算電路第19頁(yè)/共64頁(yè)854.減法運(yùn)算電路第20頁(yè)/共64頁(yè)4.減法運(yùn)算電路第20頁(yè)/共64頁(yè)86第21頁(yè)/共64頁(yè)第21頁(yè)/共64頁(yè)87第22頁(yè)/共64頁(yè)第22頁(yè)/共64頁(yè)88積分與微分電路

積分運(yùn)算指集成運(yùn)放的輸出電壓與輸入電壓的積分成比例的運(yùn)算。積分運(yùn)算電路如圖3-21所示。圖中，用CF代替RF構(gòu)成反饋電路。1.積分電路

圖3-21積分運(yùn)算電路第23頁(yè)/共64頁(yè)積分與微分電路積分運(yùn)算指集成運(yùn)放的輸出電壓與輸入電壓的積892.微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的逆運(yùn)算。積分電路中，電阻R1與電容CF的位置對(duì)調(diào)一下，即得微分電路，電路如圖3-22所示。圖3-22微分運(yùn)算電路第24頁(yè)/共64頁(yè)2.微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的逆運(yùn)算。積分電路中，電阻90

(1)電壓比較器電壓比較電路如圖3-24所示。圖3-24電壓比較器3.4信號(hào)處理電路

信號(hào)幅度比較電路大致可分為三種：電壓比較電路、滯回比較電路和窗口比較電路。第25頁(yè)/共64頁(yè)(1)電壓比較器3.4信號(hào)處理電路信號(hào)91

圖3-25過(guò)零比較器（a）電路圖；（b）電壓傳輸特性。第26頁(yè)/共64頁(yè)圖3-25過(guò)零比較器第26頁(yè)/共64頁(yè)92圖3-26有限幅的過(guò)零比較器（a）電路圖；（b）電壓傳輸特性。第27頁(yè)/共64頁(yè)圖3-26有限幅的過(guò)零比較器第27頁(yè)/共64頁(yè)93[例3.6]設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的電壓比較器，要求如下：

UREF=2V；輸出低電平約為-6V，輸出高電平約為0.7V；當(dāng)輸入電壓大于2V時(shí)，輸出為低電平。解：因輸入電壓大于2V時(shí)，輸出為低電平。故輸入信號(hào)應(yīng)加在反相輸入端，同相輸入端加2V的參考電壓。又因輸出低電平約為-6V，輸出高電平約為0.7V，故可采用具有限幅作用的硅穩(wěn)壓管接在輸出端，它的穩(wěn)定電壓為6V。當(dāng)輸出高電平時(shí)，穩(wěn)壓管作普通二極管使用，其導(dǎo)通電壓約為0.7V，故輸出電壓為0.7V；當(dāng)輸出低電平時(shí)，穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓為6V，故輸出電壓為-6V。綜上所述，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的電路如圖8.38所示。第28頁(yè)/共64頁(yè)[例3.6]設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的電壓比較器，要94

圖3-27[例3.6]的電路圖第29頁(yè)/共64頁(yè)第29頁(yè)/共64頁(yè)95

2.滯回比較器滯回特性的比較器(又稱(chēng)施密特觸發(fā)器)，如圖3-29所示。

3-29滯回比較器

第30頁(yè)/共64頁(yè)2.滯回比較器第30頁(yè)/共64頁(yè)96第31頁(yè)/共64頁(yè)第31頁(yè)/共64頁(yè)97

[例3.7]電路如圖3-30（a）所示，試求上、下限閾值電壓，并畫(huà)出電壓傳輸特性。（a）電路圖（b）電壓傳輸特性圖3-30[例3.7]的圖第32頁(yè)/共64頁(yè)[例3.7]電路如圖3-30（a）所示，試求上、下限閾98第33頁(yè)/共64頁(yè)第33頁(yè)/共64頁(yè)993.窗口比較器

圖3-31窗口比較器(a)電路圖；(b)電壓傳輸特性。

設(shè)UL<UH，當(dāng)UI<UL時(shí)，D2導(dǎo)通、D1截止，輸出電壓uo為高電平Uom；當(dāng)Ui>UH時(shí)，D1導(dǎo)通、D2截止，輸出電壓uo仍為高電平Uom。只有當(dāng)UL<UI<UH時(shí)，D1、D2均截止，輸出電壓uo為低電平0。第34頁(yè)/共64頁(yè)3.窗口比較器圖3-31窗口比較器設(shè)UL<UH，100有源濾波器

濾波器是一種能夠讓指定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，而將此頻率范圍以外的信號(hào)衰減的電路。濾波器可以由無(wú)源的R、L、C等元件組成，也可以由有源的運(yùn)放加R、C等元件組成，前者稱(chēng)為無(wú)源濾波器，后者稱(chēng)為有源濾波器。1.基本概念

通常把能夠通過(guò)的信號(hào)頻率范圍定義為通帶，而把受衰減的信號(hào)頻率范圍稱(chēng)為阻帶。按照通帶和阻帶相互不同的位置，濾波器可分為低通濾波器（LPF）、高通濾波器(HPF)、帶通濾波器(BPF)、帶阻濾波器(BEF)幾種類(lèi)型，它們的理想幅頻特性如圖3-32所示。第35頁(yè)/共64頁(yè)有源濾波器濾波器是一種能夠讓指定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)101圖3-32各種濾波器的理想幅頻特性

(a)低通；(b)高通；(c)帶通；(d)帶阻。第36頁(yè)/共64頁(yè)圖3-32各種濾波器的理想幅頻特性第36頁(yè)/共64頁(yè)1022.一階低通濾波器一階低通有源濾波器有如圖3.33所示的兩種基本電路形式。圖3.33一階低通濾波器第37頁(yè)/共64頁(yè)2.一階低通濾波器第37頁(yè)/共64頁(yè)103低通截止頻率。第38頁(yè)/共64頁(yè)低通截止頻率。第38頁(yè)/共64頁(yè)104圖3.34一階有源低通濾波器幅頻特性曲線(xiàn)第39頁(yè)/共64頁(yè)圖3.34一階有源低通濾波器幅頻特性曲線(xiàn)第39頁(yè)/共64105圖3.35二階有源低通濾波器第40頁(yè)/共64頁(yè)圖3.35二階有源低通濾波器第40頁(yè)/共64頁(yè)106圖3.35二階有源低通濾波器第41頁(yè)/共64頁(yè)圖3.35二階有源低通濾波器第41頁(yè)/共64頁(yè)1073.一階高通濾波器(HPF)圖3.36高通濾波器第42頁(yè)/共64頁(yè)3.一階高通濾波器(HPF)圖3.36高通濾波器第42108高通截止頻率當(dāng)時(shí)特性曲線(xiàn)按+20dB十倍頻上升，可以對(duì)小于

的信號(hào)進(jìn)行抑制。同理，如果采用如圖3.36(b)所示的二階高通濾波器，其阻帶衰減程度會(huì)更劇烈，濾波效果會(huì)更好。第43頁(yè)/共64頁(yè)高通截止頻率當(dāng)時(shí)特性曲線(xiàn)按+2109圖3.37一階高通濾波電路的幅頻特性曲線(xiàn)第44頁(yè)/共64頁(yè)圖3.37一階高通濾波電路的幅頻特性曲線(xiàn)第44頁(yè)/共641104.帶通濾波電路和帶阻濾波電路(1)帶通濾波電路。圖3.38帶通濾波電路的構(gòu)成方法第45頁(yè)/共64頁(yè)4.帶通濾波電路和帶阻濾波電路(1)帶通濾波電路。圖3.111圖3.39壓控電壓源二階帶通濾波電路第46頁(yè)/共64頁(yè)圖3.39壓控電壓源二階帶通濾波電路第46頁(yè)/共64頁(yè)112在同一條特性曲線(xiàn)-3dB處的通頻帶范圍為通頻帶寬度，理論可以證明

可見(jiàn)，值越大，頻帶越窄，選頻特性越好。第47頁(yè)/共64頁(yè)在同一條特性曲線(xiàn)-3dB處的通頻帶范圍為通頻帶寬度，理論可以113(2)帶阻濾波電路。圖3.40帶阻濾波電路的構(gòu)成方法

帶阻濾波電路又名陷波器。它由低通濾波電路和高通濾波電路并聯(lián)而成，兩者對(duì)某一頻段均不覆蓋，形成帶阻頻段。第48頁(yè)/共64頁(yè)(2)帶阻濾波電路。圖3.40帶阻濾波電路的構(gòu)成方法114圖3.41壓控電壓源二階帶阻濾波電路第49頁(yè)/共64頁(yè)圖3.41壓控電壓源二階帶阻濾波電路第49頁(yè)/共64頁(yè)115根據(jù)理論推導(dǎo)，該電路的電壓放大倍數(shù)為阻帶的中心頻率為(3.38)(3.40)式中：

(3.39)第50頁(yè)/共64頁(yè)根據(jù)理論推導(dǎo)，該電路的電壓放大倍數(shù)為阻帶的中心頻率為(3116阻帶的中心頻率為阻帶的寬度第51頁(yè)/共64頁(yè)阻帶的中心頻率為阻帶的寬度第51頁(yè)/共64頁(yè)117不同的值的幅頻特性如圖3.41(b)所示。由圖可見(jiàn)，值越大，阻帶越窄，選頻特性越好。帶阻濾波電路在檢測(cè)儀表和電子系統(tǒng)中應(yīng)用較多，常用于抑制50Hz交流電源引起的干擾信號(hào)。這時(shí)帶阻中心頻率選為50Hz，使對(duì)應(yīng)于該中心頻率的電壓放大倍數(shù)為零。第52頁(yè)/共64頁(yè)不同的值的幅頻特性如圖3.41(b)所示。由圖可見(jiàn)，值越大，118信