譚久剛_《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)》.ppt

1、2004年10月,制作 曾令琴,主編 曾令琴,集成運(yùn)放簡(jiǎn)介及其線性、非線性應(yīng)用,集成運(yùn)算放大器,主要授課內(nèi)容,第二篇,第8章 集成運(yùn)算放大器,8.2 集成運(yùn)放的應(yīng)用,8.1 集成運(yùn)算放大器,第二篇,學(xué)習(xí)集成運(yùn)算放大器,學(xué)習(xí)目的與要求,1. 了解和熟悉集成運(yùn)算放大器的組成及其圖符號(hào)； 2. 掌握集成運(yùn)放的理想化條件及其分析方法； 3. 理解集成運(yùn)放的線性應(yīng)用及其工作原理； 4. 了解一般集成運(yùn)放的簡(jiǎn)單非線性應(yīng)用。,第2頁(yè),1集成運(yùn)算放大器概述,集成運(yùn)算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級(jí)直接耦合放大電路，它的類型很多，電路也不一樣，但結(jié)構(gòu)具有共同之處，一般由四部分組成。,8.1

2、集成運(yùn)算放大器,輸入級(jí)一般是差動(dòng)放大器，利用其對(duì)稱特性可以提高整個(gè)電路的共模抑制比和電路性能，輸入級(jí)有反相輸入端、同相輸入端兩個(gè)輸入端； 中間級(jí)的主要作用是提高電壓增益，一般由多級(jí)放大電路組成； 輸出級(jí)一般由電壓跟隨器或互補(bǔ)電壓跟隨器所組成，以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。 偏置電路是為各級(jí)提供合適的工作電流。 此外還有一些過載保護(hù)電路及高頻補(bǔ)償環(huán)節(jié)等輔助環(huán)節(jié)。,集成電路的幾種外形,第2頁(yè),左圖所示為A741集成運(yùn)算放大器的芯片實(shí)物外形圖,從實(shí)物外形圖上可看出，A741集成運(yùn)放有8個(gè)管腳，管腳的排列圖、電路圖符號(hào)如下：,空腳,正電源端,輸出端,調(diào)零端,調(diào)零端,反相輸入端,同相輸入端,負(fù)電源端,

3、集成運(yùn)放的電路圖符號(hào),外部接線圖,第2頁(yè),2集成運(yùn)算的主要技術(shù)指標(biāo),（1）開環(huán)電壓放大倍數(shù)Au0,指集成運(yùn)放工作在線性區(qū)，接入規(guī)定的負(fù)載，無負(fù)反饋情況下的直流差模電壓增益。集成運(yùn)放的Au0一般很高，約為104107；,集成運(yùn)放的差動(dòng)輸入電阻很高，可高達(dá)幾十千歐和幾十兆歐；由于運(yùn)放總是工作在深度負(fù)反饋條件下，因此其閉環(huán)輸出電阻很低，約在幾十歐至幾百歐之間；,（2）差模輸入電阻ri和輸出電阻r0,（1）開環(huán)電壓放大倍數(shù)Au0,指運(yùn)放兩個(gè)輸入端能承受的最大共模信號(hào)電壓。超出這個(gè)電壓時(shí)，運(yùn)放的輸入級(jí)將不能正常工作或共模抑制比下降，甚至造成器件損壞。,（3）最大共模輸入電壓Uicmax,第2頁(yè),3理想集

4、成運(yùn)算及其傳輸特性,Auo=、 ri=、 r0=0 、KCMR=。,根據(jù)集成運(yùn)放的實(shí)際特性和理想特性，可畫出相應(yīng)的電壓傳輸特性。,為簡(jiǎn)化分析過程，同時(shí)又能滿足實(shí)際工程的需要，常把集成運(yùn)放理想化，集成運(yùn)放的理想化參數(shù)為：,電壓傳輸特性給出了集成運(yùn)放開環(huán)時(shí)輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系。 可以看出，當(dāng)集成運(yùn)放工作在線性區(qū)（+U0MU0M)時(shí)，其實(shí)際特性與理想特性非常接近；由于集成運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)相當(dāng)高，即使輸入電壓很小，也足以讓運(yùn)放工作在飽和狀態(tài)使輸出電壓保持穩(wěn)定。,線性區(qū),飽和區(qū),輸出、輸入電壓的關(guān)系：,第2頁(yè),根據(jù)集成運(yùn)放的理想化條件，可以導(dǎo)出兩個(gè)結(jié)論，作為集成運(yùn)放在線性區(qū)工作的重要分析依據(jù)：

5、,（1）虛斷：由ri=，得ii0，即理想運(yùn)放內(nèi)部不需要向信號(hào)源索取任何電流，兩個(gè)輸入端的電流恒為零。電流為零相當(dāng)于斷路，但實(shí)際上兩個(gè)輸入端并未真正斷開，因此稱為虛斷； （2）虛短：由Ado=，得uu，即理想運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電位相等。兩點(diǎn)等電位相當(dāng)于短路，實(shí)際上兩個(gè)輸入端并未真正短接，因此稱為虛短。,第2頁(yè),1反相比例運(yùn)算電路,集成運(yùn)放的應(yīng)用分為線性應(yīng)用和非線性應(yīng)用兩大類。當(dāng)集成運(yùn)放通過外接電路引入負(fù)反饋時(shí)，集成運(yùn)放成閉環(huán)并工作在線性區(qū)，可構(gòu)成模擬信號(hào)運(yùn)算放大電路、正弦波振蕩電路和有源濾波電路等；若工作在非線性區(qū)，集成運(yùn)放則可構(gòu)成各種電壓比較器和矩形波發(fā)生器等。 先介紹集成運(yùn)放的線性應(yīng)用。,8.

6、2 集成運(yùn)放的應(yīng)用,式中負(fù)號(hào)表示輸出電壓與輸入電壓的相位相反,R2是平衡電阻：,第2頁(yè),2同相比例運(yùn)算電路,可見同相比例運(yùn)算電路的電壓放大倍數(shù)必定大于1，而且僅由外接電阻的數(shù)值來決定，與運(yùn)放本身的參數(shù)無關(guān)。,第2頁(yè),3加、減法運(yùn)算電路,（1）加法運(yùn)算電路,當(dāng)R1=R2=R3=RF 時(shí)：,若再有R1=RF 時(shí)，則：,第2頁(yè),例：,可見加法運(yùn)算電路也和運(yùn)放本身的參數(shù)無關(guān)，只要外接電阻阻值足夠精確，就可以保證加法運(yùn)算的精度和穩(wěn)定性。,減法運(yùn)算電路工作過程自行分析。,（2）減法運(yùn)算電路,求出下圖電路中u0、ui的關(guān)系。,解：電路由第一級(jí)的反相器和第二級(jí)的加法運(yùn)算電路級(jí)聯(lián)而成，因此：,第2頁(yè),4微分、積

7、分運(yùn)算電路,（1）積分運(yùn)算電路,ui為恒定電壓時(shí)積分電路uo的波形,第2頁(yè),（2）微分運(yùn)算電路,第2頁(yè),5集成運(yùn)算放大電路的非線性應(yīng)用電壓比較器,運(yùn)算放大器處在開環(huán)狀態(tài)，由于電壓放大倍數(shù)極高，因而輸入端之間只要有微小電壓，運(yùn)算放大器便進(jìn)入非線性工作區(qū)域，輸出電壓uo達(dá)到最大值UOM。,第2頁(yè),基準(zhǔn)電壓UR=0時(shí)，輸入電壓ui與零電位比較，稱為過零比較器。,輸出端接穩(wěn)壓管限幅。設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，忽略正向?qū)妷?，則uiUR時(shí)，穩(wěn)壓管正向?qū)ǎ?uo=0；uiUR時(shí)，穩(wěn)壓管反向擊穿， uo=UZ時(shí)。,第2頁(yè),輸出端接雙向穩(wěn)壓管進(jìn)行雙向限幅。設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，忽略正向?qū)妷?，則uiUR時(shí)，穩(wěn)壓管正向