第6章-集成運(yùn)算放大器

第六章集成運(yùn)算放大器

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

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

，或uN

uP。

▼理想運(yùn)放的兩輸入端電流基本為零，稱為虛假斷路，簡(jiǎn)稱為“虛斷”。即iI

。第一節(jié)基本運(yùn)算電路

運(yùn)放線性應(yīng)用時(shí)的“虛短”和“虛斷”

運(yùn)放只有在線性工作區(qū)時(shí)，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(diǎn)是：它的共模輸入電壓近似為零，這樣對(duì)運(yùn)放的有關(guān)共模的參數(shù)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(shí)的等效電路c)令uI2=0時(shí)的等效電路

運(yùn)放線性區(qū)應(yīng)用電路的輸入、輸出電壓的關(guān)系只取決于反饋網(wǎng)絡(luò)，輸入、輸出電壓的關(guān)系可以模擬成y=f

x

的數(shù)學(xué)方程式。其中y表示輸出電壓，x表示輸入電壓。反饋網(wǎng)絡(luò)只要接入不同元件和采用不同的電路形式，就可實(shí)現(xiàn)各種數(shù)學(xué)運(yùn)算。這些基本的運(yùn)算電路在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、測(cè)量?jī)x器中得到廣泛的應(yīng)用。第二節(jié)模擬信號(hào)運(yùn)算電路一、比例運(yùn)算電路

y=kx

二、加法運(yùn)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(shè)計(jì)一個(gè)反相加法器，實(shí)現(xiàn)下面的運(yùn)算表達(dá)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(shí)際電路三、減法運(yùn)算電路

y=k1x1–k2x2

四、積分運(yùn)算電路

y=k

x(t)dt

輸出的初始電壓值

積分運(yùn)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(shí)各點(diǎn)工作波形運(yùn)放存在著失調(diào)電流，電容有漏電

五、微分運(yùn)算電路

微分運(yùn)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(guān)系

實(shí)用的微分電路一、電壓—電流轉(zhuǎn)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(fù)合管驅(qū)動(dòng)uR1=uI

當(dāng)輸入電壓不變，負(fù)載電阻在一定范圍內(nèi)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(zhuǎn)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(fù)載電阻在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，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(fù)載在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電流基本是恒定值，即只要輸入電壓穩(wěn)定，負(fù)載在一定范圍內(nèi)變化，輸出電流恒定。第四節(jié)運(yùn)放在信號(hào)處理方面的應(yīng)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(lián)”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(lián)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(lián)，組成無源帶阻濾波電路，再將它與集成運(yùn)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(gòu)成，如下圖所示。RC“T形”電路第五節(jié)運(yùn)放的非線性應(yīng)用

運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)或加入正反饋時(shí)將工作在非線性狀態(tài)。處在非線性狀態(tài)的運(yùn)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(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)很高，只要運(yùn)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(dāng)uN>uP時(shí)，輸出反向飽和，輸出電壓為-UO(sat)；當(dāng)uP>uN時(shí)，輸出正向飽和，輸出電壓為+UO(sat)。

工作在非線性區(qū)的運(yùn)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(gè)電壓的大小，并由輸出的高電平或低電平來反映比較結(jié)果。單值電壓比較電路二、遲滯電壓比較器外界干擾對(duì)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(hào)翻轉(zhuǎn)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(shí)，uo=－UO(sat)

uI＜UTH2時(shí)，uo=＋UO(sat)

uI在UTH1和UTH2之間時(shí)，電路輸出保持原狀態(tài)兩個(gè)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(jié)構(gòu)相當(dāng)于兩只穩(wěn)壓管反相串聯(lián)，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(jì)算對(duì)應(yīng)的uI，即解：

當(dāng)輸出電壓為+6V時(shí)，

為下限門限電壓UTH2

當(dāng)輸出電壓為-6V時(shí)，

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(cè)uI是否在U1和U2兩個(gè)電平之間，則可采用窗口比較器。

六、集成運(yùn)放的選擇原則和使用

1、集成運(yùn)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(yùn)放、四運(yùn)放…2、集成運(yùn)放使用時(shí)應(yīng)注意的問題自激振蕩的消除集成運(yùn)放的保護(hù)運(yùn)放電源端的保護(hù)

運(yùn)放輸入端的保護(hù)運(yùn)放輸出端的限幅

第七節(jié)運(yùn)放應(yīng)用電路舉例一、電壓保持器二、負(fù)載接地的恒流源IO=(VCC-UR)/R

三、小電流檢測(cè)電路UO＝1000US＝1000RSI＝1000I

四、溫度測(cè)量電路*五、場(chǎng)效應(yīng)管型壓控放大器*六、過壓欠壓保護(hù)電路本章小結(jié)

1.集成運(yùn)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(diǎn)。

2.只要改變運(yùn)放的外部反饋元件和輸入方式，就可獲得各種應(yīng)用電路。

3.集成運(yùn)放的應(yīng)用可分為線性應(yīng)用和非線性應(yīng)用。只有當(dāng)運(yùn)放加入負(fù)反饋時(shí)，才可以工作在線性狀態(tài)，運(yùn)放工作在線性狀態(tài)時(shí)，運(yùn)放兩個(gè)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(fù)最大值之間。運(yùn)放線性應(yīng)用時(shí)，可以用疊加定理分析。

4.運(yùn)放工作在開環(huán)狀態(tài)或加入正反饋時(shí)，運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)（飽和狀態(tài)）。運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)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(fù)的最大值（飽和值）：當(dāng)uP＞uN時(shí)，uO＝+UO(