電子技術(shù)基礎(chǔ)劉繼承第2章課件

第2章集成運(yùn)算放大電路第1節(jié)集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和理想運(yùn)算放大器第2節(jié)集成運(yùn)算放大器的三種輸入組態(tài)第3節(jié)運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用

第4節(jié)集成運(yùn)算放大器在算術(shù)運(yùn)算電路應(yīng)用中需注意的問題

主菜單回退前進(jìn)最后返回退出

第2章集成運(yùn)算放大器開始作？業(yè)

本章主要介紹集成運(yùn)算放大器的構(gòu)成特點(diǎn)、伏安特性和主要參數(shù)，分析基本運(yùn)算電路的工作原理、分析方法和性能指標(biāo)以及集成運(yùn)算放大器的一些典型的線性應(yīng)用。

集成電路是20世紀(jì)60年代初期發(fā)展起來的一種半導(dǎo)體器件。常見的集成電路的外形有：雙列直插式、圓殼式河扁平式，如圖：主菜單回退前進(jìn)最后返回作？業(yè)退出開始

第2章集成運(yùn)算放大器

集成運(yùn)算放大器中的單元電路包括輸入級、中間級、輸出級和偏置電路四部分構(gòu)成。2.1.1集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)?輸入級：差分放大器；?中間級：電壓放大器；?輸出級：功率放大器；?偏置電路：采用恒流源電路。退出作？業(yè)主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

電路結(jié)構(gòu)方框圖如圖2.1.1（a）；作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回2.1.1集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)集成運(yùn)算放大器電路符號如圖2.1.1(b)。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回2.1.1集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)③受集成電路體積的限制，電容和電感難于被集成，因此內(nèi)部采用直接耦合。電容和電感必須用時大都采用外接的辦法。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回2.1.1集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)④由于集成運(yùn)放具有很高的開環(huán)放大倍數(shù)，線性應(yīng)用時需要加入深度負(fù)反饋，構(gòu)成一個閉環(huán)放大電路。圖2.1.2（a）為集成運(yùn)算放大器的基本電路，+U和-U為直流電源，u1和u2是輸入信號，uO是輸出信號。由于通常只關(guān)心電路的功能，所以直流電源通常并不畫出如圖（b）所示。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回2.1.1集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回2.1.1集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回2.1.1集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖2.1.3集成運(yùn)算放大器小信號模型上圖中，ui=u1-u2稱為差模輸入，uO與（u1-u2)的比值稱為差模放大倍數(shù)，記作：Aud。即：信號：u1=u2稱為共模信號；u1=-u2稱為差模信號。一般情況，任意兩個信號u1和u2可以寫成共模分量uiC和差模分量uid的疊加。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回2.1集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)Aud=uo______u1-u2共模分量uiC=差模分量uid=作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回2.1.1集成運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)______u1+u22u1-u22______即：u1=uiC+uid;u2=uiC–uid表2.1.1集成運(yùn)算放大器指標(biāo)分類作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回2.1.2集成運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)指標(biāo)分類指標(biāo)名稱直流指標(biāo)輸入失調(diào)電壓UIO、輸入失調(diào)電流IIO、輸入偏置電流II輸入失調(diào)電壓溫漂△UIO/△T、輸入失調(diào)電流溫漂△IIO/△T小信號指標(biāo)開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo、差模輸入電阻rid、輸出電阻ro共模抑制比KCMR-3dB帶寬fH、單位增益帶寬fC大信號指標(biāo)最大輸出電壓Uopp、最大輸出電流Iomax最大差模輸入電壓Uid(max)、最大共模輸入電壓UiC(max)轉(zhuǎn)換速率SR作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回主要性能指標(biāo)的圖示IBN+IBPIIB=______22.1.2集成運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回主要性能指標(biāo)的圖示2.1.2集成運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回2.1.3理想運(yùn)算放大器由此可得理想運(yùn)放等效模型，如圖2.1.8作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回2.1.3理想運(yùn)算放大器由理想運(yùn)放的理想?yún)?shù)，可得理想運(yùn)放的兩個理想化條件：因為：Auo=∞，所以：U+=U－，稱為“虛短”；因為：rid=∞，所以：i+=i－，稱為“虛斷”。以上兩個理想化條件，又稱作“強(qiáng)制零輸入”，是分析運(yùn)算放大器線性應(yīng)用的理論依據(jù)。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回2.1.3理想運(yùn)算放大器我們可以通過動畫演示理解一下理想運(yùn)算放大器的工作特性。理想運(yùn)算放大器的工作特性作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回我們可以通過動畫演示理解一下反相比例電路。反相比例電路

2.2.1反相輸入組態(tài)

2.2.1反相輸入組態(tài)圖2.2.1反相輸入比例運(yùn)算電路作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回反饋電阻平衡電阻輸入回路電阻RP=R1//RF作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.2.1反相輸入組態(tài)根據(jù)“虛短”和“虛斷”兩個理想化條件,由圖2.2.1可得：式中：-RF／R1為比例系數(shù);或稱電壓放大倍數(shù)Auf。圖2.2.2為電壓傳輸特性。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.2.1反相輸入組態(tài)作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回我們可以通過動畫演示理解一下同相比例電路。同相比例電路

2.2.2同相輸入組態(tài)作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.2.2同相輸入組態(tài)圖2.2.4同相輸入比例運(yùn)算電路作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.2.2同相輸入組態(tài)根據(jù)“虛短”和“虛斷”兩個理想化條件,由圖2.2.4可得：式中：(1+RF／R1)為比例系數(shù);或稱電壓放大倍數(shù)Auf。圖2.2.7為電壓傳輸特性。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.2.2同相輸入組態(tài)當(dāng)比例系數(shù)（1+RF／R1）中，RF=0或R1=∞時，即RF／R1=0時,uo=ui；電路稱為電壓跟隨器。如圖2.2.5所示。同相輸入與反相輸入組態(tài)相比較電路特點(diǎn)有：①同相輸入比反相輸入組態(tài)輸入電阻大；對放大有利。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.2.2同相輸入組態(tài)②同相輸入比反相輸入組態(tài)共模分量也大；對放大不利。

③同相輸入組態(tài)，輸出與輸入信號符號相同；反相輸入組態(tài)，輸出與輸入信號符號相反。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.2.2同相輸入組態(tài)例2.2.2理想集成運(yùn)算放大器構(gòu)成圖2.2.8所示電路，若R1=R2=100kΩ，R3=50kΩ,R4=200kΩ。(1)寫出uo與ui的表達(dá)式；(2)求出平衡電阻Rp1和Rp2的值。例2.2.3同相輸入比例放大器如下圖，已知R1=R3=10kΩ，R2=R4=100kΩ;試求:輸出電壓uo=?作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.2.2同相輸入組態(tài)解：作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回我們可以通過動畫演示理解一下差分比例電路。差分比例電路

2.2.3差分輸入組態(tài)作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.2.3差分輸入組態(tài)當(dāng)兩個信號分別從兩個輸入端輸入時，構(gòu)成差分輸入組態(tài)，如圖2.2.9所示。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.2.3差分輸入組態(tài)分析差分輸入電路時，可利用線性電路疊加原理，分別求出反相輸入和同相輸入時輸出電壓，然后進(jìn)行疊加即可求出結(jié)果。在圖2.2.9電路中ui1作用時(ui2=0):ui2作用時(ui1=0):ui1與ui2共同作用：作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.2.3差分輸入組態(tài)為了保證集成運(yùn)算放大器兩個輸入端對地的電阻平衡，同時為了避免降低共模抑制比，在圖2.2.9電路中通常要求：代入上式得：作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.2.3差分輸入組態(tài)圖2.2.10是一個性能比較優(yōu)越的差分放大電路，常用于儀表放大器。

2.3集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用舉例集成運(yùn)算放大器應(yīng)用十分廣泛，可分為線性應(yīng)用和非線性應(yīng)用兩類。本節(jié)主要介紹運(yùn)算放大器在信號運(yùn)算方面的應(yīng)用，屬于線性應(yīng)用的范疇。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回在此再次強(qiáng)調(diào)，線性應(yīng)用的分析特點(diǎn)：“虛短”和“虛斷”，是分析信號運(yùn)算電路的理論依據(jù)。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.1加法和減法運(yùn)算電路1.反相求和電路我們可以通過動畫演示理解一下反相求和電路。反相求和電路作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.1加法和減法運(yùn)算電路圖2.3.1所示電路為反相求和電路。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.1加法和減法運(yùn)算電路

當(dāng)R1=R2=R3=RF時：平衡電阻：在上式中作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.1加法和減法運(yùn)算電路2.同相求和電路我們可以通過動畫演示理解一下同相求和電路。同相求和電路作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.1加法和減法運(yùn)算電路圖2.3.2所示電路為反相求和電路。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.1加法和減法運(yùn)算電路在上式中RP=R1//R2//R3//R4為同相輸入端對地總電阻。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.1加法和減法運(yùn)算電路且：考慮到直流電阻平衡條件：RP=RN且將反相電阻RN=R0//RF，代入上式:作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.1加法和減法運(yùn)算電路當(dāng)R1=R2=R3=RF時，有注意：上式成立必須滿足RN=RP。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.1加法和減法運(yùn)算電路3.加、減混合運(yùn)算電路圖2.3.3所示電路為加、減混合電路。考慮到運(yùn)放共模抑制比的要求，電路應(yīng)滿足平衡條件RP=RN，即：作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.1加法和減法運(yùn)算電路依據(jù)線性電路疊加原理，考慮到同相輸入和反相輸入公式，可得作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.1加法和減法運(yùn)算電路例2.3.1試用一只集成運(yùn)算放大器和若干電阻設(shè)計一個電路能進(jìn)行如下運(yùn)算：限定所用最大電阻的阻值為120kΩ。解：該算式是加減混合運(yùn)算，uI1和uI3為正向求和，可采用同相輸入；uI2和uI4為反向求和，可采用反相輸入。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.1加法和減法運(yùn)算電路若各電阻編號與輸入電壓編號相同，則可畫出設(shè)計電路，如圖2.3.4。根據(jù)式（2.3.5）有：作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.1加法和減法運(yùn)算電路根據(jù)題意有：其中RF的阻值最大，即由電阻平衡公式可得：作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.2積分電路和微分電路我們可以通過動畫演示理解一下反相積分微分電路。反相積分微分電路作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.2積分電路和微分電路

1.積分電路把反相輸入方式電路中的反饋電阻改用電容C取代，即可構(gòu)成基本積分電路，如圖2.3.8(a)所示。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.2積分電路和微分電路當(dāng)運(yùn)放工作于線性放大狀態(tài)時，電路滿足：U+=U-，I+=I-=0的條件，所以

設(shè)初始條件為uO(0)=0,于是運(yùn)放的輸出電壓uO將與輸入電壓ui成積分關(guān)系。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.2積分電路和微分電路圖2.3.10為反相積分電路的階躍響應(yīng)。

RC>>tp意味著充放電時間很慢，電容充電未結(jié)束，輸入便翻轉(zhuǎn)，運(yùn)放始終工作在線性區(qū)。積分電路可以很方便地將矩形波轉(zhuǎn)換為三角波。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.2積分電路和微分電路

2.微分電路如果將圖2.3.8(a)所示的基本積分運(yùn)算電路中元件R和C的位置互易，使可構(gòu)成基本微分運(yùn)算電路，如圖2.3.12所示。作？業(yè)退出主菜單開始回退前進(jìn)最后返回

2.3.2積分電路和微分電路

2.微分電路作？業(yè)退出主菜單開始回退前