集成運(yùn)放及其基本應(yīng)用

集成運(yùn)放及其基本應(yīng)用第1頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章集成運(yùn)放及其基本應(yīng)用§2.1放大的概念與放大電路的性能指標(biāo)§2.2集成運(yùn)算放大電路§2.3理想運(yùn)放組成的基本運(yùn)算電路§2.4理想運(yùn)放組成的電壓比較器第2頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.1放大的概念與放大電路的性能指標(biāo)一、放大的概念二、放大電路的性能指標(biāo)第3頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月一、放大的概念放大的本質(zhì)：能量的控制，利用有源元件實(shí)現(xiàn)VCC至少一路直流電源供電，是能源判斷電路能否放大的基本出發(fā)點(diǎn)放大的特征：功率放大常用正弦波做測試信號放大的對象：變化量放大的基本要求：不失真——放大的前提輸入信號為零時(shí)為靜態(tài)。能夠控制能量的元件第4頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月二、性能指標(biāo)：研究的是動態(tài)性能。1.放大倍數(shù)：輸出量與輸入量之比電壓放大倍數(shù)是最常被研究和測試的參數(shù)信號源信號源內(nèi)阻輸入電壓輸入電流輸出電壓輸出電流對信號而言，任何放大電路均可看成二端口網(wǎng)絡(luò)。第5頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2.輸入電阻和輸出電阻

將輸出等效成有內(nèi)阻的電壓源，內(nèi)阻就是輸出電阻。空載時(shí)輸出電壓有效值帶RL時(shí)的輸出電壓有效值輸入電壓與輸入電流有效值之比。從輸入端看進(jìn)去的等效電阻第6頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月3、通頻帶4、最大不失真輸出電壓Uom：交流有效值。

由于電容、電感及半導(dǎo)體元件的電容效應(yīng)，使放大電路在信號頻率較低和較高時(shí)電壓放大倍數(shù)數(shù)值下降，并產(chǎn)生相移。衡量放大電路對不同頻率信號的適應(yīng)能力。下限頻率上限頻率5、最大輸出功率和效率：功率放大電路的主要指標(biāo)參數(shù)。擴(kuò)音機(jī)的fL和fH為多少？第7頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.2集成運(yùn)算放大電路一、差分放大電路的概念二、集成運(yùn)放的符號及電壓傳輸特性三、理想運(yùn)放及其動態(tài)等效電路第8頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月一、差分放大電路的概念

1.共模信號和差模信號共模信號：若差分放大電路的兩個(gè)輸入端所輸入的信號大小相等、極性相同，則稱之為共模信號。差模信號：若差分放大電路的兩個(gè)輸入端所輸入的信號大小相等、極性相反，則稱之為差模信號。對差分放大電路的要求：放大差模信號、抑制共模信號2.典型差分放大電路方框圖典型的差分放大電路有兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端，它們均不直接接地，這種電路形式稱為雙端輸入、雙端輸出接法。第9頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）加差模信號時(shí)差分放大電路的輸入回路和輸出回路均具有對稱性，故輸入回路和輸出回路的中點(diǎn)電位不變，即動態(tài)電位為0，即為“地”。RL（2）加共模信號時(shí)差分放大電路具有理想對稱性，溫度變化所引起晶體管參數(shù)的變化可等效為共模信號輸入。uI/2第10頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月3.差分放大電路的放大倍數(shù)差模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)共模抑制比越大越好絕對值越小越好絕對值越大越好為綜合考察差分放大電路放大差模信號和抑制共模信號的能力，引入?yún)?shù)—共模抑制比。第11頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月4.差分放大電路的四種接法由于在實(shí)際應(yīng)用場合為避免干擾輸入信號源有接地端，為負(fù)載安全負(fù)載常需有接地端，故差分放大電路有四種接法，即雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出和單端輸入單端輸出。雙端輸入、單端輸出電路單端輸入、雙端輸出電路

第12頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月二、集成運(yùn)放的符號及電壓傳輸特性集成運(yùn)算放大電路因最初為實(shí)現(xiàn)信號的運(yùn)算而得名。高性能：輸入電阻很大、輸出電阻很小、差模放大倍數(shù)很大、共模放大倍數(shù)很小、頻帶很寬、受溫度的影響很小……不同型號的集成運(yùn)放供電電源不同，有的兩路電源供電，有的一路電源供電，有的兩種情況均可。缺省時(shí)認(rèn)為是±VCC（常為±15V

）供電。1.符號極性相同極性相同第13頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月二、電壓傳輸特性:輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系線性區(qū)開環(huán)差模增益高達(dá)幾十萬倍非線性區(qū)輸出不是高電平+UOM就是低電平-UOM若±UOM=±14V，Aod=105，則為保證集成運(yùn)放工作在線性區(qū)輸入信號的范圍為多少？第14頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月三、理想運(yùn)放及其動態(tài)等效電路

理想運(yùn)放的參數(shù)特點(diǎn)：差模輸入電阻rid為∞、輸出電阻ro為0、開環(huán)差模增益Aod為∞、共模抑制比KCMR為∞。第15頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月四、理想運(yùn)放兩個(gè)工作區(qū)域的特點(diǎn)1.理想運(yùn)放的線性工作區(qū)域有限值無窮大無窮小為保證理想運(yùn)放工作在線性區(qū)，必須引入負(fù)反饋。無源網(wǎng)絡(luò)反饋：將放大電路的輸出量通過一定的方式引回到輸入回路來影響輸入量，稱為反饋。正、負(fù)反饋：若反饋的結(jié)果使輸出量的變化增大，則稱為正反饋；若反饋的結(jié)果使輸出量的變化減小，則稱為負(fù)反饋。uO↑→uN↑→uO

↓（1）電路結(jié)構(gòu)第16頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）工作在線性區(qū)的特點(diǎn)由于uO為有限值，Aod＝∞，因而凈輸入電壓uP－uN＝0，即因?yàn)閮糨斎腚妷簽榱?，又因?yàn)檩斎腚娮铻闊o窮大，所以兩個(gè)輸入端的輸入電流也均為零，即uP＝uN——虛短路iP＝iN＝0——虛斷路“虛短”和“虛斷”是分析工作在線性區(qū)的集成運(yùn)放的應(yīng)用電路的兩個(gè)基本出發(fā)點(diǎn)。第17頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2.理想運(yùn)放的非線性工作區(qū)域?yàn)楸ＷC理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)，必須引入正反饋或工作于開環(huán)。（1）電路結(jié)構(gòu)第18頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)“虛斷”是分析工作在非線性區(qū)的集成運(yùn)放的應(yīng)用電路的基本出發(fā)點(diǎn)。但“虛短”不再適用。輸出不是高電平+UOM就是低電平-UOM第19頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.3理想運(yùn)放組成的基本運(yùn)算電路一、概述二、比例運(yùn)算電路三、加減運(yùn)算電路四、積分運(yùn)算電路和微分運(yùn)算電路第20頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月一、概述（運(yùn)算電路必須工作在線性區(qū)）

1.研究的問題（1）運(yùn)算關(guān)系：運(yùn)算電路的輸出電壓是輸入電壓某種運(yùn)算的結(jié)果，如加、減、乘、除、乘方、開方、積分、微分、對數(shù)、指數(shù)等。（2）描述方法：運(yùn)算關(guān)系式uO＝f(uI)

（3）分析方法：“虛短”和“虛斷”是基本出發(fā)點(diǎn)。（1）識別電路；（2）掌握輸出電壓和輸入電壓運(yùn)算關(guān)系式的求解方法。2、學(xué)習(xí)運(yùn)算電路的基本要求第21頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月二、比例運(yùn)算電路電路的輸入電阻為多少？2)運(yùn)放的共模輸入電壓為多少？3)R’＝？為什么？+_iN=iP=0，uN=uP=0－－虛地在節(jié)點(diǎn)N：1.反相輸入R’=R∥Rf4)若要Ri＝100kΩ，比例系數(shù)為－10，R’

＝？Rf＝？保證輸入級的對稱性Au5)若要用反相輸入比例運(yùn)算電路做放大電路，則Au=？第22頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2.同相輸入輸入電阻為多少？電阻R’＝？為什么？3)若要用同相輸入比例運(yùn)算電路做放大電路，則Au=？Au集成運(yùn)放的共模輸入第23頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月同相輸入比例運(yùn)算電路的特例：電壓跟隨器第24頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月三、加減運(yùn)算電路方法一：節(jié)點(diǎn)電流法1.反相求和第25頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月1.反相求和方法二：利用疊加原理

首先求解每個(gè)輸入信號單獨(dú)作用時(shí)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(shí)作用時(shí)的輸出電壓。第26頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2.同相求和設(shè)R1∥R2∥R3∥R4＝R∥Rf利用疊加原理求解：令uI2=uI3=0，求uI1單獨(dú)作用時(shí)的輸出電壓

在求解運(yùn)算電路時(shí)，應(yīng)選擇合適的方法，使運(yùn)算結(jié)果簡單明了，易于計(jì)算。同理可得，

uI2、uI3單獨(dú)作用時(shí)的uO2、uO3，形式與uO1相同，uO=uO1+uO2+uO3

。物理意義清楚，計(jì)算麻煩！第27頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2.同相求和設(shè)R1∥R2∥R3∥R4＝R∥Rf與反相求和運(yùn)算電路的結(jié)果差一負(fù)號必不可少嗎？第28頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月3.加減運(yùn)算

利用求和運(yùn)算電路的分析結(jié)果設(shè)R1∥R2∥Rf＝R3∥R4∥R5實(shí)現(xiàn)了差分放大電路第29頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月四、積分運(yùn)算電路和微分運(yùn)算電路1.積分運(yùn)算電路第30頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月移相利用積分運(yùn)算的基本關(guān)系實(shí)現(xiàn)不同的功能1)輸入為階躍信號時(shí)的輸出電壓波形？2)輸入為方波時(shí)的輸出電壓波形？3)輸入為正弦波時(shí)的輸出電壓波形？線性積分波形變換第31頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2.微分運(yùn)算電路虛地第32頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月討論一：電路如圖所示第33頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月討論二第34頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.4理想運(yùn)放組成的電壓比較器一、概述二、單限比較器三、滯回比較器第35頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月一、概述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(bào)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(gè)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(shí)輸出電壓躍變的方向第36頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月3.幾種常用的電壓比較器（1）單限比較器：只有一個(gè)閾值電壓（3）窗口比較器：有兩個(gè)閾值電壓，輸入電壓單調(diào)變化時(shí)輸出電壓躍變兩次。（2）滯回比較器：具有滯回特性輸入電壓的變化方向不同，閾值電壓也不同，但輸入電壓單調(diào)變化使輸出電壓只躍變一次?；夭铍妷海旱?7頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月4、集成運(yùn)放的非線性工作區(qū)電路特征：集成運(yùn)放處于開環(huán)或僅引入正反饋理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)：1)凈輸入電流為02)uP>uN時(shí)，uO＝＋UOMuP<uN時(shí)，uO＝－UOM無源網(wǎng)絡(luò)5、教學(xué)基本要求

1)電路的識別及選用；2)電壓傳輸特性的分析。第38頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月二、單限比較器（1）UT＝0（2）UOH＝＋UOM，UOL＝－UOM（3）uI>0時(shí)uO＝－UOM;uI<0時(shí)uO＝＋UOM1.過零比較器2.一般單限比較器第39頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2.一般單限比較器作用于反相輸入端第40頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）寫出uP、uN的表達(dá)式，令uP＝uN，求解出的uI即為UT；（2）根據(jù)集成運(yùn)放的輸出電壓幅值或輸出端限幅電路決定輸出的高、低電平；電壓比較器的分析方法（3）根據(jù)輸入電壓作用于同相輸入端還是反相輸入端決定輸出電壓的躍變方向。將在第三章講述第41頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月三、滯回比較器1.閾值電壓第42頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2.工作原理及電壓傳輸特性

設(shè)uI＜－UT，則uN＜uP，uO＝+UOM。此時(shí)uP＝+UT，增大uI，直至+UT，再增大，uO才從+UOM躍變?yōu)椋璘OM。

設(shè)uI＞+UT，則uN＞uP，u