第6章-集成運算放大器

第六章集成運算放大器

基本應用電路一、負反饋是運放線性應用的必要條件運放的開環(huán)狀態(tài)是無法進行線性放大的，解決的辦法是引入負反饋。二、運放線性應用的三種基本電路對于工作在線性區(qū)的理想運放，有以下兩條重要結論：

▼理想運放兩個輸入端之間的電壓通常非常接近于零，稱為虛假短路，簡稱為“虛短”。即（uN-uP）

，或uN

uP。

▼理想運放的兩輸入端電流基本為零，稱為虛假斷路，簡稱為“虛斷”。即iI

。第一節(jié)基本運算電路

運放線性應用時的“虛短”和“虛斷”

運放只有在線性工作區(qū)時，才存在“虛短”1)反相輸入式放大電路反相輸入式放大電路a）電路圖b）等效電路R2是平衡電阻R2=R1

RF

虛地

虛短uo=–

uF=–

iFRF

iId=0iI=iF虛地

Rif=R1

該電路的特點是：它的共模輸入電壓近似為零，這樣對運放的有關共模的參數要求低。2)同相輸入式放大電路同相輸入放大電路i1=iF

uP=uI

uN=uP=uI

電壓跟隨器a)基本電路b)降低輸入電阻的電路Auf=1同相輸入放大電路的特例——電壓跟隨器。3)雙端輸入式放大電路

雙端輸入放大電路a)基本電路b)令uI1=0時的等效電路c)令uI2=0時的等效電路

運放線性區(qū)應用電路的輸入、輸出電壓的關系只取決于反饋網絡，輸入、輸出電壓的關系可以模擬成y=f

x

的數學方程式。其中y表示輸出電壓，x表示輸入電壓。反饋網絡只要接入不同元件和采用不同的電路形式，就可實現各種數學運算。這些基本的運算電路在自動調節(jié)系統、測量儀器中得到廣泛的應用。第二節(jié)模擬信號運算電路一、比例運算電路

y=kx

二、加法運算電路

y=(k1x1+k2x2+k3x3)

反相加法電路

iI1+iI2+iI3=

iFR1=R2=R3=RFuo=–(uI1+uI2+uI3)

[例6-1]設計一個反相加法器，實現下面的運算表達式：uo=2uI1+3uI2+4uI3，要求輸入端電阻不能小于10k

。解：

a）理想電路b)實際電路三、減法運算電路

y=k1x1–k2x2

四、積分運算電路

y=k

x(t)dt

輸出的初始電壓值

積分運算電路a）基本電路b）輸入、輸出波形若uI是恒定電壓UuI=U時各點工作波形運放存在著失調電流，電容有漏電

五、微分運算電路

微分運算電路a）基本電路b）輸入、輸出波形輸入電壓uI與輸出電壓uO有微分關系

實用的微分電路一、電壓—電流轉換電路電壓－電流變換電路a）反相輸入式b）同相輸入式c)復合管驅動uR1=uI

當輸入電壓不變，負載電阻在一定范圍內變化，輸出電流將保持不變，此電路就成為恒流源。

第三節(jié)電壓－電流變換電路

二、電流——電壓變換電路

電流－電壓轉換電路

uo

=-iFRF

=-iIRF三、恒流源電路

所謂恒流源，就是電源電壓和負載電阻在一定范圍內變化時，輸出電流基本保持不變的電路。在本節(jié)電壓——電流變換電路里，如果輸入電壓是恒定值，則負載在一定范圍內變化時，輸出電流基本是恒定值，即只要輸入電壓穩(wěn)定，負載在一定范圍內變化，輸出電流恒定。第四節(jié)運放在信號處理方面的應用一、單電源交流放大電路單電源反相輸入阻容耦合放大電路1

2VCC的偏置電壓

單電源同相輸入阻容耦合放大電路

二、線性整流電路單相線性半波整流電路a）基本電路b）電壓傳輸特性c）輸入、輸出電壓波形全波線性整流電路a)基本電路b）輸入、輸出波形圖

三、有源濾波電路各種濾波器的理想幅頻特性a）低通b）高通c）帶通d）帶阻（一）低通濾波器無源低通濾波器有源低通濾波電路（二）高通濾波電路高通無源濾波電路高通有源濾波電路（三）帶通、帶阻濾波器帶通濾波電路的幅頻特性帶阻濾波器的幅頻特性

如果低通濾波器的上限截止頻率fH高于高通濾波器的下限截止頻率fL，如下圖，把這樣的低通與高通濾波器“串接”，就可組成帶通濾波器。帶阻濾波器可以由高通濾波器和低通濾波器“并聯”組成，若低通濾波器上限截止頻率小于高通濾波器下限截止頻率，就可組成帶阻濾波器，如下圖所示。有源濾波器并聯比較困難，電路元件也較多。因此，常用無源的低通和高通濾波電路并聯，組成無源帶阻濾波電路，再將它與集成運放組合成有源帶阻濾波器。一般無源低通和高通濾波電路由RC“T形”電路構成，如下圖所示。RC“T形”電路第五節(jié)運放的非線性應用

運放處于開環(huán)狀態(tài)或加入正反饋時將工作在非線性狀態(tài)。處在非線性狀態(tài)的運放，同相輸入端和反相輸入端不再是“虛假短路”，輸出電壓也不隨輸入電壓連續(xù)線性變化，由于集成運放的開環(huán)放大倍數很高，只要運放兩輸入端的電位略有差異，輸出電壓不是最高值就是最低值。

當uN>uP時，輸出反向飽和，輸出電壓為-UO(sat)；當uP>uN時，輸出正向飽和，輸出電壓為+UO(sat)。

工作在非線性區(qū)的運放只有兩種輸出狀態(tài)，分別將這兩種狀態(tài)稱為輸出高電平與輸出低電平。一、單值電壓比較器單值電壓比較器的基本功能是比較兩個電壓的大小，并由輸出的高電平或低電平來反映比較結果。單值電壓比較電路二、遲滯電壓比較器外界干擾對輸出波形的影響a)正弦波―方波變換電路b)輸入波形c)輸出波形輸出信號翻轉多次具有遲滯特性的電壓比較器

上限門限電平UTH1下限門限電平UTH2UTH1>UTH2

uI＞UTH1時，uo=－UO(sat)

uI＜UTH2時，uo=＋UO(sat)

uI在UTH1和UTH2之間時，電路輸出保持原狀態(tài)兩個門限電壓的差值稱為回差電壓

UTH遲滯電壓比較器也可以采用同相輸入端輸入的形式，電路如例6-3電路所示。[例6-3]圖所示電路為遲滯電壓比較器，輸出端帶有起限幅作用的兩只穩(wěn)壓二極管（可采用一只雙向穩(wěn)壓管，其結構相當于兩只穩(wěn)壓管反相串聯，可以雙向穩(wěn)壓），圖b為輸入電壓波形，求回差電壓

UTH，并畫出傳輸特性曲線和輸出電壓波形。令uP=uN＝0，計算對應的uI，即解：

當輸出電壓為+6V時，

為下限門限電壓UTH2

當輸出電壓為-6V時，

為上限門限電壓UTH2

回差電壓：傳輸特性曲線

輸出電壓波形三、窗口比較器窗口比較器a)基本電路b)電壓傳輸特性曲線檢測uI是否在U1和U2兩個電平之間，則可采用窗口比較器。

六、集成運放的選擇原則和使用

1、集成運放的選擇原則

通用型和專用型高增益、低漂移、低功耗、高電壓、高輸入電阻、寬頻帶、大功率…

雙運放、四運放…2、集成運放使用時應注意的問題自激振蕩的消除集成運放的保護運放電源端的保護

運放輸入端的保護運放輸出端的限幅

第七節(jié)運放應用電路舉例一、電壓保持器二、負載接地的恒流源IO=(VCC-UR)/R

三、小電流檢測電路UO＝1000US＝1000RSI＝1000I

四、溫度測量電路*五、場效應管型壓控放大器*六、過壓欠壓保護電路本章小結

1.集成運放具有高輸入阻抗、高增益、低輸出電阻以及體積小、使用方便等特點。

2.只要改變運放的外部反饋元件和輸入方式，就可獲得各種應用電路。

3.集成運放的應用可分為線性應用和非線性應用。只有當運放加入負反饋時，才可以工作在線性狀態(tài)，運放工作在線性狀態(tài)時，運放兩個輸入端的輸入電流為零（虛斷）、輸入電壓為零（虛短），輸出電壓處于正負最大值之間。運放線性應用時，可以用疊加定理分析。

4.運放工作在開環(huán)狀態(tài)或加入正反饋時，運放工作在非線性狀態(tài)（飽和狀態(tài)）。運放工作在非線性狀態(tài)時，兩個輸入端電流為零，輸出電壓只有兩種狀態(tài)，為正的最大值（飽和值）或負的最大值（飽和值）：當uP＞uN時，uO＝+UO(