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1、第三章 集成运算放大器,一、集成运算放大器的特点,集成电路：将整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成完整的能完成特定功能的电子电路。 运算放大器：具有高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大器。,二、集成运算放大器的简单介绍,1. 集成运放的组成,输入端,输出端,抑制零漂，共模抑制比高,低输出电阻，多采用射随器,放大作用的主要单元,提供各级静态电流,2. 集成运放的管脚图及符号,F007管脚图,符号,A 反相输入端 B 同相输入端 F 输出端,u+,u,uo,A,B,F,信号从反相输入端输入时，输出与输入相位相反。 信号从同相输入端输入时，输出与输入相位相同。,三、集成运算放大器的
2、主要技术参数,1. 最大输出电压Uopp 输出不失真的最大输出电压值 2. 开环差模放大倍数Auo 运放在开环时的差模放大倍数其值越高越好 （104107） 3. 输入失调电压UIO 当无输入信号时，为使输出的电压值为零，在输入端加入的补偿电压。其值越小越好 （0.55mV） 4. 输入失调电流IIO 输入电压为零时，流入放大器两个输入端的静态基极电流之差。IIOIB1IB2 其值越小越好 （110nA） 5.输入偏置电流IIB 6. 共模抑制比KCMR,四、集成运算放大器的理想化模型,实际运放,Auo很高， 104 ri很高，几十几百k ro很低，几十几百 KCMR 很高,理想运放,Auo
3、ri= ro=0 KCMR,五、集成运算放大器的电压传输特性 及其分析特点,运算放大器的电压传输特性,集成运放的输出电压uo与输入电压ui (u+u)之间的关系uof (ui) 称为集成运放的电压传输特性。,uoAuo ui = Auo(u+u),线性区,引入深度负反馈，可以使运放工作在线性区。,O,uo,ud,反馈电路,开环系统：不加反馈网络时的电路系统，此时的放大倍数叫开环放大倍数。,理想运放的电压传输特性,ui 0， |uo|UOM 即u+ u时，运放处于非线性区。,闭环系统：加上反馈网络时的电路系统，此时的放大倍数叫闭环放大倍数。,O,运算放大器的分析特点,1. 线性区,集成运放两个输
4、入端之间的电压通常非常接近于零，但不是短路，故简称为“虚短”。,虚短,uoAuo（uu） 由于 Auo uuuoAuo0,uu,当u0 （接地） u u 0 称此时的反相输入端为“虚地点”。反之， 也成立。,所以,虚 断,流入集成运放两个输入端的电流通常为零，但又不是断路故简称为“虚断”。, ri,II+ 0,2. 非线性区,在非线性区，虚短概念不成立，但虚断概念成立。,u+,I,uo,u,I+,一、分析线性区理想运放的两个概念,虚短,uu,II+ 0,虚断,二、基本运算电路,比例运算,1. 反相比例电路, i+0 （虚断） u +0 u + u 0 （虚地点）,i1=u iR1 if = u
5、uo=uoRf i i +0 i 1 i f,即 ui/R1=uo/ Rf,uo、ui 符合比例关系，负号表示输出输入电压变化方向相反。 电路中引入深度负反馈， 闭环放大倍数Auf 与运放的Au无关，仅与R1、Rf 有关。,R2 平衡电阻 同相端与地的等效电阻 。其作用是保持输入级电路的对称性，以保持电路的静态平衡。 R2R1/Rf,当R1Rf 时， uoui ，该电路称为反相器。,2. 同相比例电路,uo,ui,R2,R1,Rf, i+0 （虚断） u + ui u + u ui （虚短）,i1=（0u i）R1 if = (uuo )Rf =( u iuo)Rf i i +0 i 1 if
6、,if,i1,当Rf有限值时，R1,R2 平衡电阻 R2R1/Rf,Auf =1 电路成为电压跟随器。 uoui 此电路输入电阻大，输出电阻小。,例1、应用运放来测量电阻的电路如图，U10V，R1=1M，输出端接电压表，被测电阻为Rx，试找出Rx与电压表读数uo之间的关系。,Rx,R1, ,U, ,V,解:,此电路为反相比例电路,例2、理想化运放组成的电路如图，试推算输出电压uo的表达式。,uo,ui,R1,R3,R2,R4,解:,此电路为同相比例电路,判断这个等式 、,加法运算电路,uo,ui2,if,i2,R2,RP,Rf,ui3,i3,R3,ui1,i1,R1,在调节某一路信号的输入电阻
7、的阻值时，不影响其它输入电压与输出电压的比例关系，调节方便。,求和电路也可从同相端输入，但同相求和电路的共模输入电压较高，且不如反相求和电路调节方便。,减法运算电路（差动运算电路）,uo,ui2,if,i1,R1,R2,Rf,R3,利用叠加原理,同相端输入,反相端输入,当 R1= R2= R3= Rf =R 时， uo= ui2ui1 (减法器）,R2/ R3 = R1/ Rf,当,例5、已知RF4R1，求uo与ui1、 ui2的关系式。,解:,A1为跟随器；A2为差放。,uo= ui1,uo5 ui24 ui1,例6、如图，求uo 与 ui1、ui2的关系式。,解:,A1为反向加法器；A2为
8、反相比例电路。,积分电路,uo,ui,iC,i1,R,RP,C,uo正比于ui的积分,O,O,延迟,积分电路的应用,信号延迟时间T后，电压值达到U,方波转化为三角波,O,O,O,O,微分电路,iR,uo正比于ui的微分,O,O,例8、电路如图，已知运放UOM=10V，输入信号波形如图，R1M，C0.05F，求输出波形。 （电容初始能量为零）,ui /v,t/s,1,O,RC=11060.05106s=0.05s,uo = UOMAX10s =20 t,t = 0.5s,解:,O,例10、已知运放UOM=15V试求图中uo1、 uo2、 uo3及开关S闭合0.2s后uo的值。,2V,uo1, A
9、2, ,uo2,0.5V,R,10k,10k,10k,20k, A3, ,uo3,R,20k, , ,R,uo,1F,10k,S,解:,输出电压超出UOM，uo=15V,集成运放在信号处理方面的应用,滤波电路的种类:,按电路功能:,低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器,按所用元件: 无源滤波器和有源滤波器,按阶数: 一阶、二阶、 、高阶,一、有源滤波器,所谓滤波器，它能使一定频率范围内的信号顺利通过，而在此频率范围以外的信号衰减很大，不易通过。,滤波器分类(按频率特性进行分类)：,低通,高通,带通,带阻,12.4.2 有源滤波器,1.一阶有源低通滤波器,传递函数中出现 的一次项,故称为一阶
10、滤波器,相频特性：,幅频特性及幅频特性曲线,电路特点:,2. 一阶有源高通滤波器,幅频特性及幅频特性曲线,3.二阶有源低通滤波器,，AF=1+RF/R1,传递函数中出现 的二次项,故称为二阶滤波器,，,R1= 时：AF=1,时：,一阶低通和二阶低通幅频特性曲线的区别,0,理想低通,一阶低通,二阶低通,阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器,二、采样保持电路,控制信号,采样,采样,采样,保持,保持,保持,采样保持电路能快速而准确地跟随输入信号的变化进行间隔采样。,O,O,三、电压比较器,过零比较器,比较器是一种用来比较输入信号ui和参考电压UR的电路。,u+ u时， 即ui 0 ，uoUOM,u
11、i 0 负饱和 uo UOM,+UOM,UOM,O,若ui为正弦波,UOM,+UOM,uo为方波,关于UOM 饱和电压 UOM UCC,O,O,任意电平比较器,限幅措施,ui,R,RP,uo,UZ,ui 0 负饱和 uo (UZ+UD),uo,ui,+UZ,UZ,ui UR 负饱和 uo UZ,+UZ,UZ,UR,O,O,1、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。20.8.2020.8.20Thursday, August 20, 2020 2、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。10:17:4310:17:4310:178/20/2020 10:17:43 AM 3、越是没有本领的就越加自
12、命不凡。20.8.2010:17:4310:17Aug-2020-Aug-20 4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。10:17:4310:17:4310:17Thursday, August 20, 2020 5、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。20.8.2020.8.2010:17:4310:17:43August 20, 2020 6、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2020年8月20日星期四上午10时17分43秒10:17:4320.8.20 7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2020年8月上午10时17分20.8.2010:17August 20, 20
13、20 8、业余生活要有意义，不要越轨。2020年8月20日星期四10时17分43秒10:17:4320 August 2020 9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。上午10时17分43秒上午10时17分10:17:4320.8.20 10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。8/20/2020 10:17:43 AM10:17:432020/8/20 11、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。8/20/2020 10:17 AM8/20/2020 10:17 AM20.8.2020.8.20 12、这一秒不放弃，下一秒就会有希望。20-Aug-2020 August 202020.8.20 13、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异纸上画饼充饥，无补于事。Thursday, August 20, 202020-Aug-2020.8.20 14、我只是自己不放过自己而已，现在我不会再逼自己眷恋了。20.8.2010:17:4320 August 202010:17,谢谢大家,
