第3章集成運算放大器講解

第三章集成運算放大器集成運放的構(gòu)成及特點3.1集成運放在信號處理方面的應(yīng)用3.2集成運放的非線性應(yīng)用3.33.1.1.集成運算放大器的結(jié)構(gòu)和特點集成電路：把整個電路中的元件都制作在一塊硅基片上，構(gòu)成特定功能的電子電路。功能：數(shù)字集成和模擬集成電路。運算放大器應(yīng)用極為廣泛，它與分立元件電路相比，具有以下特點：1.電路結(jié)構(gòu)與元件參數(shù)具有對稱性；2.無源器件用有源器件代替；3.采用復(fù)合結(jié)構(gòu)的電路；4.級間采用直接耦合方式；5.用晶體管的發(fā)射結(jié)構(gòu)成二極管，作為溫度補償元件等。3.1集成運算放大器的構(gòu)成及特點

若將集成運放看成為一個“黑盒子”，則可等效為一個雙端輸入、單端輸出的差分放大電路。常用符號封裝3.1.2集成運放電器的構(gòu)成2.輸入級：前置級，多采用差分放大電路。要求Ri大，Ad大，

Ac小，輸入端耐壓高。3.中間級：主放大級，多采用共射放大電路。要求有足夠的放大能力。4.輸出級：功率級，多采用準(zhǔn)互補輸出級。要求Ro小，最大不失真輸出電壓盡可能大。1.偏置電路：為各級放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點。采用電流源電路。3.2.1.集成運算放大器的理想化

理想化的條件：1.開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo=

2.差模輸入電阻rid=

3.開環(huán)輸出電阻ro=04.共模抑制比KCMR

=

理想運放的符號-++

UNUPUO3.2集成運放在信號處理方面的應(yīng)用

2.理想運放工作在線性區(qū)的特點虛短U+=U-虛斷

Iid=Uid/rid≈0虛地

若U+=0，則U-=0

因為uO為有限值，Aod＝∞，所以uN－uP＝0，即

uN＝uP…………虛短路因為rid＝∞，所以

iN＝iP＝0………虛斷路3.理想集成運放工作在非線性區(qū)的特點

由于Aod高達(dá)幾十萬倍，所以集成運放工作在線性區(qū)時的最大輸入電壓(uP－uN)的數(shù)值僅為幾十～一百多微伏。在線性區(qū)：uO＝Aod(uP－uN)

Aod是開環(huán)差模放大倍數(shù)。非線性區(qū)

(uP－uN)的數(shù)值大于一定值時，集成運放的輸出不是＋UOM

,

就是－UOM，即集成運放工作在非線性區(qū)。uO=f(uP-uN)3.2.2集成運放在信號處理方面的應(yīng)用

1.反相比例運算電路IRIf在節(jié)點N：2.同相比例運算電路3、反相加法電路方法一：節(jié)點電流法方法二：利用疊加原理

首先求解每個輸入信號單獨作用時的輸出電壓，然后將所有結(jié)果相加，即得到所有輸入信號同時作用時的輸出電壓。4.減法電路（1）單運放減法運算電路（2）雙運放加減法電路第一級：第二級：若R1=Rf1，若R2=Rf2

，例1：求v0的數(shù)值。解：5.積分電路當(dāng)輸入信號是階躍直流電壓VI時，即移相利用積分運算的基本關(guān)系實現(xiàn)不同的功能1)輸入為階躍信號時的輸出電壓波形？2)輸入為方波時的輸出電壓波形？3)輸入為正弦波時的輸出電壓波形？線性積分，延時波形變換6.微分電路3.3.1電壓比較器1.電壓比較器的功能：比較電壓的大小。輸入電壓是模擬信號；輸出電壓表示比較的結(jié)果，只有高電平和低電平兩種情況，為二值信號。使輸出產(chǎn)生躍變的輸入電壓稱為閾值電壓。廣泛用于各種報警電路。2.電壓比較器的描述方法

:電壓傳輸特性uO＝f(uI)電壓傳輸特性的三個要素：（1）輸出高電平UOH和輸出低電平UOL（2）閾值電壓UT（3）輸入電壓過閾值電壓時輸出電壓躍變的方向3.3集成運算放大器的非線性應(yīng)用

1.單限比較器（1）UT＝0（2）UOH＝＋UOM，UOL＝－UOM（3）uI

>0時uO

＝－UOM;uI

<0時uO

＝＋UOM集成運放的凈輸入電壓等于輸入電壓，為保護(hù)集成運放的輸入級，需加輸入端限幅電路。二極管限幅電路使凈輸入電壓最大值為±UD過零比較器2.滯回比較器

設(shè)uI＜－UT，則uN＜uP，

uO＝+UZ。此時uP＝+UT，增大

uI，直至+UT，再增大，

uO才從+UZ躍變?yōu)椋璘Z。

設(shè)uI＞+UT，則uN＞uP，

uO＝－UZ。此時uP＝－UT，減小

uI，直至－UT，再減小，

uO才從－UZ躍變?yōu)?UZ。3、窗口比較器當(dāng)uI>URH時，uO1=－

uO2=UOM，D1導(dǎo)通，D2截止；uO=UZ。當(dāng)uI<URL時，uO2=－

uO1=UOM，D2導(dǎo)通，D1截止；uO=UZ

。當(dāng)URL<uI<URH時，uO1=uO2=－UOM，D1、D2均截止；uO=0。1、方波發(fā)生電路

輸出無穩(wěn)態(tài)，有兩個暫態(tài)；若輸出為高電平時定義為第一暫態(tài)，則輸出為低電平為第二暫態(tài)。（1）基本組成部分①開關(guān)電路：因為輸出只有高電平和低電平兩種情況，即兩個暫態(tài)；故采用電壓比較器。②反饋網(wǎng)絡(luò)：因需自控，在輸出為某一暫態(tài)時孕育翻轉(zhuǎn)成另一暫態(tài)的條件，故應(yīng)引入反饋。③延遲環(huán)節(jié)：要使兩個暫態(tài)均維持一定的時間，故采用RC環(huán)節(jié)實現(xiàn)，從而決定振蕩頻率。3.3.2非正弦信號產(chǎn)生電路（2）電路組成正向充電：

uO（+UZ）→R→C→地反向充電：地→C→R→uO（－UZ）RC回路滯回比較器

電容正向充電，t↑→uN↑，t→∞，uN

→UZ；但當(dāng)uN

＝+UT時，再增大，uO從+UZ躍變?yōu)椋璘Z，uP＝－UT，電路進(jìn)入第二暫態(tài)。

電容反向充電，t↑→uN↓，t→∞，uN

→－UZ；但當(dāng)uN

＝－UT時，再減小，uO從－UZ躍變?yōu)?UZ，uP＝+UT，電路返回第一暫態(tài)。第一暫態(tài)：uO＝UZ，uP＝+UT。（3）工作原理脈沖寬度（4）波形分析2、三角波發(fā)生電路（1）電路組成用積分運算電路可將方波變?yōu)槿遣ā蓚€RC環(huán)節(jié)實際電路將兩個RC環(huán)節(jié)合二為一為什么采用同相輸入的滯回比較器？uO要取代uC，必須改變輸入端。集成運放應(yīng)用電路的分析方法：化整為零（分塊），分析功能（每塊），統(tǒng)觀整體，性能估算（2）工作原理