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1、下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学第第1616章章 集成运算放大器集成运算放大器16.116.1 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍16.216.2 运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用16.616.6 使用运算放大器应注意的几个问题使用运算放大器应注意的几个问题16.316.3 运算放大器在信号处理方面的运算放大器在信号处理方面的应用应用下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学1. 1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义；了解集成运放的基本组成及主要参数的意义；2. 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想理解运算放大器的
2、电压传输特性，理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法；运算放大器并掌握其基本分析方法； 3. 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和理解用集成运放组成的比例、加减、微分和积分运算电路的工作原理；积分运算电路的工作原理； 4. 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。理解电压比较器的工作原理和应用。本章要求本章要求第第1616章章 集成运算放大器集成运算放大器下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学16.116.1 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多 级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的 一种模拟集成电路。集成电路 是把整
3、个电路的各个元件以及相互之 间的联接同时制造在一块半导体芯片上, 组成一个不 可分的整体。集成电路特点集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可 靠性高、价格低。集成电路分类集成电路分类按集成度 按导电类型 按功能小、中、大和超大规模 双、单极性和两种兼容 数字和模拟下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学各类型号集成芯片16.1.1 16.1.1 集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点1. 元器件参数的一致性和对称性好；2. 电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流 源代替，电位器需外接；3. 电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电 容、电感和变压器均需外接； 4. 二极管多用三极
4、管的发射结代替。下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学16.1.2 电路的简单说明输入级 中间级 输出级偏置 电路运算放大器方框图输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干 扰信号，都采用带恒流源的差分放大器 。中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源 的共发射极放大电路构成。 偏置电路: 由镜像恒流源等电路组成输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载 能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学 15VI3430PfR815VUi1IET1T3T7T5R1R2R3T4T6T2I82IB9T8 IC9T9IB13IB122IB13T
5、13IR R5R6T15R7D2D1T16T17T18T19T14R9T10T11R4I10Ui2F007的内部电路图 下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学集成运放 741的电路原理图同相输入输入级偏置电路中间级输出级+UCCuo+-UEET12T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T13 T14T16T18T17T20T15T19R1R2R3R4R5R7R8R9R10R11R12C 同相输入输出下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学集成集成运算放大器的管脚和符号反相 输入端同相 输入端+UCCUEEuo +uu +Auo信号传 输方向输出端实际运放开环 电压放
6、大倍数(a)(b)(a) 符号; (b)引脚8 7 6 5F007 1 2 3 4 U-U+-UCC+UCC输出下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学16.1.3 主要参数1. 最大输出电压 UOPP能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。2. 开环差模电压增益 Auo运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo愈 高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。6. 共模输入电压范围 UICM运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值， 运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。愈小愈好愈小愈好3. 输入失调电压 UIO4. 输入失调电流 IIO5. 输入偏置电流 IIB下一页
7、返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学1. 开环电压放大倍数 2. 开环输入电阻 3. 开环输出电阻 4. 共模抑制比由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件 ，用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化, 为此 ,后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。16.1.4 理想运算放大器及其分析依据 在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理 想的运算放大器。理想化的主要条件：下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学16.1.4 16.1.4 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据线性区： uo = Auo(u+ u)非线性区： u+ u 时， uo = +Uo(
8、sat) u+ u 时， uo = + Uo(sat) u+ 0 ui = Ui u 时， uo = + Uo (sat) u+uu 时，时，u uo o= += +U Uo o (sat)(sat) u u+ +UUR R 时，时，u uo o = = U Uo o (sat)(sat) 可见，在 ui =UR 处输出电压 uo 发生跃变。参考电压下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学uitOUROuot+Uo (sat)Uo (sat)t1t2单限电压比较器：单限电压比较器：当 ui 单方向变化时， uo 只变化一次。URuouiR2+R1+电压传输特性 U Uo o(sat(s
9、at) )+ +U Uo o(sat(sat) )uiuoOUR下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学ui UR，uo=+ Uo (sat) ui U UR R，u uo o = = U UZ ZUZUZ电压传输特性Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURu ui iUUR R 时，时，u uo o = = U Uo o (sat)(sat) uoRDZURuouiR2+R1 + +下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学过零电压比较器过零电压比较器利用电压比较器利用电压比较器 将正弦波变为方波将正弦波变为方波URuouiR2+R1+ +电压传输特性电压传输特性 U Uo
10、 o(sat(sat) )+ +U Uo o(sat(sat) )u ui iu uo oO OU UR R= 0= 0tuiO Otuo +Uo(sat)Uo(sat)O O下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学2. 2. 滞回比较器滞回比较器上门限电压上门限电压下门限电压下门限电压电路中引入正反馈电路中引入正反馈 (1) (1) 提高了比较器的响应速度；提高了比较器的响应速度； (2) (2) 输出电压的跃变不是发生输出电压的跃变不是发生在同一门限电压上。在同一门限电压上。 RF当 uo = + Uo(sat)， 则 当 uo = Uo(sat)，则门限电压受输 出电压的控制R2
11、 uoui+R1 +下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学上门限电压上门限电压 UU+ +：u ui i 逐渐增加时的门限电压逐渐增加时的门限电压 下门限电压下门限电压U“U“+ +：u ui i 逐渐减小时的门限电压逐渐减小时的门限电压uiuoOUo(sat)+Uo(sat)电压传输特性uitOuoOt+Uo(sat)Uo(sat)两次跳变之间具有迟 滞特性滞回比较器RFuoui+R1+下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学根据叠加原理，有根据叠加原理，有改变参考电压改变参考电压U UR R，可使传输特性沿横轴移动可使传输特性沿横轴移动。可见：传输特性不再对称于纵轴，+U
12、RRFR2uoui+R1 +u ui iu uo oO O U Uo o(sat(sat) )+ +U Uo o(sat(sat) )电压传输特性电压传输特性当参考电压当参考电压U UR R不等于零时不等于零时下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学定义：定义：回差电压回差电压 与过零比较器相比具有以下优点：与过零比较器相比具有以下优点： 1. 1. 改善了输出波形在跃变时的陡度。改善了输出波形在跃变时的陡度。 2. 2. 回差提高了电路的抗干扰能力，回差提高了电路的抗干扰能力， U U越大，抗干扰越大，抗干扰能力越强。能力越强。结论：结论： 1. 1. 调节调节R RF F 或或R
13、R2 2可以改变回差电压的大小。可以改变回差电压的大小。 2. 2. 改变改变U UR R可以改变上、下门限电压，可以改变上、下门限电压， 但不影响回差但不影响回差电压电压 U U。电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报警和波形发生等电路中得到广泛应用。警和波形发生等电路中得到广泛应用。下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学解：解：对图（对图（1 1） 上门限电压上门限电压 下门限电压下门限电压例：例：电路如图所示，电路如图所示， U Uo o(sat(sat) ) =6V=6V，U UR R = 5V= 5V，R RF F = 20k=
14、 20k，R R2 2=1 =10k0k，求上、下门限电压。求上、下门限电压。（1 1）R RF FR R2 2u uo ou ui i+ + + R R1 1+ + + + + +U UR R R RF FR R2 2u uo ou ui i+ + + R R1 1+ + + + （2 2）下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学解：解：对图（对图（2 2） 例：例：电路如图所示，电路如图所示， U Uo o(sat(sat) ) =6V=6V，U UR R = 5V= 5V，R RF F = 20k= 20k，R R2 2=1 =10k0k，求上、下门限电压。求上、下门限电压。（1
15、 1）（2 2）+ +U UR R R RF FR R2 2u uo ou ui i+ + + R R1 1+ + + + R RF FR R2 2u uo ou ui i+ + + R R1 1+ + + + 下一页返回上一页退出章目录上 海 水 产 大 学（1 1）+ +U UR R R RF FR R2 2u uo ou ui i+ + + R R1 1+ + + + （2 2）u ui iu uo oO O- -6 6-2-22 26 6图图(1)(1)的电压传输特性的电压传输特性图图(2)(2)的电压传输特性的电压传输特性u uo ou ui iO O- -6 66 61.331.335.335.33R RF FR R2 2u uo ou ui i+ + + R R1 1+ + +
