電工電子技術(shù)（第3版） 課件 第6章 集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用

集成運(yùn)放組成及傳輸特性電工電子技術(shù)

知識(shí)目標(biāo)01

1.認(rèn)識(shí)

集成運(yùn)放的電路組成及參數(shù)2.認(rèn)識(shí)理想集成運(yùn)放傳輸特性能力目標(biāo)021.會(huì)用理想集成運(yùn)放傳輸特性分析集成運(yùn)放的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)

思政目標(biāo)03學(xué)習(xí)華為精神，奮斗為本，追求卓越K知識(shí)引入1963年：美國仙童半導(dǎo)體公司，第一個(gè)集成運(yùn)算放大器μA702,1965年經(jīng)改后推出μA709；1968年：推出μA741。迄今為止仍然在生產(chǎn)使用，他是有史以來最成功的運(yùn)算放大器，也是極少數(shù)最長壽的IC型號(hào)之一。集成運(yùn)算放大器（ICOp-Amp或運(yùn)放）電子工程領(lǐng)域的核心組件，以其極高的開環(huán)電壓增益、寬廣的工作頻率范圍、高輸入阻抗和低輸出阻抗等特性，展現(xiàn)出卓越的信號(hào)處理能力和系統(tǒng)兼容性。其直接耦合設(shè)計(jì)、差分輸入結(jié)構(gòu)以及對(duì)噪聲和溫度漂移的有效抑制，確保了信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。未來集成運(yùn)算放大器（Op-Amp）的研究將聚焦于低功耗、高性能、智能化、材料與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、片上系統(tǒng)集成、量子技術(shù)探索、納米科技應(yīng)用、可持續(xù)性設(shè)計(jì)以及跨物理域信號(hào)處理。旨在滿足物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、精密測量系統(tǒng)和通信技術(shù)的需求學(xué)與悟作為一家科技企業(yè)，華為用實(shí)際行動(dòng)踐行科技自立自強(qiáng)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，在日趨復(fù)雜嚴(yán)峻的國內(nèi)外形勢下，華為保持了高昂的創(chuàng)新勢頭，“向上捅破天，向下扎到根”，取得了一系列自主創(chuàng)新成果。麒麟芯片的出現(xiàn)為用戶提供了更安全、更卓越的體驗(yàn)，這個(gè)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于各種產(chǎn)品中。三種封裝形式：圓外殼封裝、扁平管封裝、雙列直插式封裝正在使用已經(jīng)不用圓殼式雙列直插式扁平式外形

一、集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和外形μA74112438765調(diào)零端反相輸入端同相輸入端負(fù)電源端調(diào)零端輸出端正電源端空腳＋－u－u+uo國際符號(hào)輸出端u+

u-

u0

均為對(duì)地電壓反相輸入端－＋＋

uo

Aod

u+

u-

u+u-uo同相輸入端國標(biāo)符號(hào)符號(hào)

一、集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和外形通常由差動(dòng)放大電路構(gòu)成，目的是為了減小放大電路的零點(diǎn)漂移、提高輸入阻抗。通常由共發(fā)射極放大電路構(gòu)成，目的是為了獲得較高的電壓放大倍數(shù)。通常由互補(bǔ)對(duì)稱電路構(gòu)成，目的是為了減小輸出電阻，提高電路的帶負(fù)載能力。一般由各種恒流源電路構(gòu)成，作用是為上述各級(jí)電路提供穩(wěn)定、合適的偏置電流，決定各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)。一、集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和外形結(jié)構(gòu)

電壓傳輸特性u(píng)o=f(ui)理想特性實(shí)際特性+Uo(sat)–Uo(sat)

uoO二、集成運(yùn)放的主要參數(shù)開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo=∞差模輸入電阻ri=∞輸出電阻ro=0共模抑制比KCMR=∞開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo：很高，一般為104~107差模輸入電阻ri：很高，一般在幾十千歐至幾十兆歐輸出電阻ro很低：約在幾十歐至幾百歐之間共模抑制比KCMR：很高,一般為103~107實(shí)際運(yùn)放理想運(yùn)放電壓傳輸特性u(píng)o=f(ui)+Uo(sat)–Uo(sat)理想特性實(shí)際特性

uoO三、集成運(yùn)放的傳輸特性線性區(qū)由于uo為有限值，理想運(yùn)放Aod=∞，則差模輸入電壓→0。即

由于rid=∞，兩個(gè)輸入端均沒有電流，即——“虛短”——“虛斷”線性區(qū)

電壓傳輸特性u(píng)o=f(ui)+Uo(sat)–Uo(sat)理想特性實(shí)際特性

uoO三、集成運(yùn)放的傳輸特性非線性區(qū)線性區(qū)(1)輸出只有兩種可能,+Uo(sat)或–Uo(sat)u+>u–

時(shí)，uo=+Uo(sat)

u+<u–

時(shí)，uo=–Uo(sat)

不存在“虛短”現(xiàn)象

(2)i+=i–0,仍存在“虛斷”現(xiàn)象非線性區(qū)非線性區(qū)集成運(yùn)放線性應(yīng)用田玉主講老師：電工電子技術(shù)K知識(shí)引入集成運(yùn)放用于早期模擬計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算，廣泛應(yīng)用于模擬電路、信號(hào)處理、控制系統(tǒng)等領(lǐng)域_+

+

RFR1RPuiuoi1iFi-i+i1=iF+

i-=iFi+=i-=0（虛斷）u+

=i+Rp=0

u－=u+=0（虛短）運(yùn)算放大電路的放大倍數(shù)只與外部參數(shù)有關(guān)，有利于電路的穩(wěn)定性。反相比例關(guān)系式：1.電阻Rf，負(fù)反饋?zhàn)饔檬闺娐饭ぷ饔诰€性區(qū)2.平衡電阻RP(使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相等):RP=R1//RF虛地點(diǎn)一、集成運(yùn)放的比例運(yùn)算（一）反相比例運(yùn)算（二）同相比例運(yùn)算i+=i-=0（虛斷）u-=u+=ui

_+

+

RFR1RPuiuoiFi1i1≈iF平衡電阻RP仍為:RP=R1//RF同相比例關(guān)系式：

若R1斷開（R1=∞），或者RF短路（RF=0），則，稱該電路為電壓跟隨器，常用于多級(jí)放大電路的輸出級(jí)。uo=ui一、集成運(yùn)放的比例運(yùn)算該電路實(shí)現(xiàn)了信號(hào)相加功能，因此稱為反相加法運(yùn)算電路加法器關(guān)系式：_+

+

RFR1RPui1R2ui2u0若R1=R2=RF時(shí)

能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)模擬信號(hào)相加的電路，如圖所示為ui1、ui2的信號(hào)加在反相輸入端，即實(shí)現(xiàn)反相求和。二、集成運(yùn)放的加法運(yùn)算ui1單獨(dú)作用，ui2對(duì)地短路減法運(yùn)算電路的輸出uo是uo′、uo″的疊加若R1=Rf則有：減法器關(guān)系式減法電路是利用差動(dòng)放大電路實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算的電路。該電路能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)信號(hào)的減法運(yùn)算，同相端為被減數(shù)ui2，反相端為減數(shù)ui1。ui2單獨(dú)作用，ui1對(duì)地短路若取R1=R2，R3=Rf，則三、集成運(yùn)放的減法運(yùn)算goodbye集成運(yùn)放非線性應(yīng)用電工電子技術(shù)K知識(shí)引入將兩個(gè)事物進(jìn)行比較以確定二者的關(guān)系，集成運(yùn)放實(shí)現(xiàn)這種功能同相端輸入電壓比較器uoui0+Uom-UomUR傳輸特性特點(diǎn)：運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)，工作于非線性區(qū)當(dāng)ui>UR時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui<UR時(shí),uo=-Uom

UR：參考電壓ui：被比較信號(hào)

++uouiUR–一、集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用---反相端輸入++uouiURuoui0+Uom-UomUR當(dāng)ui<UR時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui>UR時(shí),uo=-Uom

傳輸特性一、集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用---電壓比較器電壓比較器應(yīng)用實(shí)例

利用電壓比較器把正弦波變換成方波。ui0tuo0t＋UCM－UCM

輸入電壓只