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1、Part 4：集成运算放大器,北师大珠海分校工程技术学院 柯礼,2,集成电路,在一片硅片上将各种元器件和连线等做成一个完整的电路，实现特定的功能。集成放大电路最初用于各种模拟信号的运算（如比例、求和、求差、积分和微分等）上，故被称为集成运算放大电路体积小、重量轻、成本低、可靠性高集成电路与分立元件,3,集成运算放大器特点,硅片上不宜制造高阻值电阻，常用有源元件替代电阻；硅片上不能制造大电容，常用直接耦合方式；二极管由集电极和基极短接的三极管构成元件参数的对称性好，受环境温度和干扰等影响后的变化也相同电源电压较低,4,运算放大器框图,抑制零漂，高输入电阻,低输出电阻，多采用射极跟随器,放大作用的
2、主要单元,提供各级静态电流,5,运放性能指标,一、开环差模电压放大倍数Aod,无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105 107之间。理想运放的Aod为。,二、共模抑制比KCMMR,常用分贝作单位，一般100dB以上。理想运放为,6,运放性能指标,五、-3dB带宽fH,运放是直流放大器， 也可放大低频信号，不适用于高频信号。,三、差模输入电阻rid,ri1M, 有的可达100M以上。理想运放为,四、输出电阻ro,ro =几-几十。理想运放为0,7,运放的理想化模型,实际运放,A0很高， 104 ri很高，几十几百K r0很低，几十几百 KCMR 很高,理想运放,AO ri= rO=0 KCMR
3、,8,反馈,定义：将输出信号（电压或电流）的一部分或全部回送到输入端去影响输入信号的过程,信号的两条流通路径：正向流通路径，叫做基本放大电路；反向流通路径，叫做反馈电路,9,开环与闭环,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。,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。,10,反馈类型,正反馈：输入量不变，输出量由于加反馈而变大,负反馈：输入量不变，输出量由于加反馈而变小,电压反馈：信号取自电压，反馈信号与输出电压成比例,电流反馈：信号取自电流，反馈信号与输出电流成比例,反馈作用,反馈信号,11,反馈连接方式,串联反馈：输入信号与反馈信号为串联
4、关系,并联反馈：输入信号与反馈信号为并联关系,12,负反馈的影响,电压放大倍数被降低 增加放大倍数的稳定性 扩展通频带 减小非线性失真 抑制干扰和噪声 串联负反馈增加输入电阻，并联负反馈减小输入电阻。 电压反馈能稳定输出电压，减小输出电阻；电流反馈能稳定输出电流，增加输出电阻。,13,运放的电压传输特性,定义：集成运放的输出电压与输入电压之间的关系称为集成运放的电压传输特性。,其中,14,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。,15,线性区分析特点,虚短,集成运放两个输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”。,u0AO（uu） A
5、O uuu0AO0,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。,16,线性区分析特点,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,在非线性区，虚短概念不成立，但虚断概念成立。,17,反相比例电路, i+0 （虚断） u +0u + u 0 （虚地点）,i1=u iR1 if = uu0=u0Rf i i +0 i 1 i f,即 ui/R1=u0/ Rf,18,反相比例电路,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
6、R1、Rf 有关。当R1Rf 时， u0ui ，该电路称为反相器。R2平衡电阻 R2R1/Rf,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,19,同相比例电路, i+0 （虚断） u + uiu + u ui （虚短）,i1=（0u i）R1 if = uu0=( u iu0)Rf i i +0 i 1 i f,20,同相比例电路,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。u0ui 此电路输入电阻大，输出电阻小。,21,电阻测量电路,例：U10V，R1=1M，输出端接电压表，试找出Rx与电压表读数uo之间的关系。,
7、虚短：,虚断：,通过电压表的读数可以获得未知电阻的阻值,22,加法器电路,（虚断）,（虚短）,23,在调节某一路信号的输入电阻的阻值时，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。,加法器电路,24,减法器电路,运用叠加定理，先将ui2短路，则有：,（虚短）,（虚断）,将ui1短路，则有：,差动运算电路,25,减法器电路,叠加后有：,R2/ R3 = R1/ Rf,差动运算电路,26,积分电路,（虚断） （虚短）,uo正比于ui的积分,27,积分电路应用,延迟,信号延迟时间T后，电压值达到U,方波转化为三角波,28,微分电路,（虚断） （虚短）,29,作业,1、已知RF4R1，求u0与ui1、 ui2的关系式。,30,作业,2、求u0与ui1、 ui2的关系式。,31,作业,3、求u0,32,作业,4、已知运放UOMAX=15V试求图中uo1、 uo2、 uo3及开关S闭合0.2s后uo的值。,
