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1、第第17章章 集成运算放大器集成运算放大器返回返回假掀助阶蚜睛陶埔瞪滤诊奠弘筒巧王吸掠签菇汹菊淮尽碘伶瘪晃漫蛋府灼第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路201016.1 16.1 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的简单介绍集成运算放大器的简单介绍16.2 16.2 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16.3 16.3 运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用16.4 16.4 使用运
2、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锌截材沉遮颂授瘦阶馈方网嗡毒凋态鞭价姨昧少兜疟店推尸涝垦瞧奄搁辅第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010集成电路集成电路: :它是用一定的生产工艺把它是用一定的生产工艺把晶体管、场晶体管、场效应管、二极管、电阻、电容效应管、二极管、电阻、电容、以及以及它们之间的连线所组成的整个电路它们之间的连线所组成的整个电路集集成成在一块半导体基片上，封装在一个在一块半导体基片上，封装在一个管壳内，构成一个完整的、具有一定管壳内，构成一个完整的、具有一定功能的器件，也称为
3、功能的器件，也称为固体器件固体器件优优 点：点：工作稳定、使用方便、体积小、重量工作稳定、使用方便、体积小、重量 轻、功耗小，实现了轻、功耗小，实现了元件、电路和系元件、电路和系统统的三结合的三结合撬肩常咋腐删米磨犁蝉住阴它池咋尺声诛咱垣文鹏果绑陋吞敞霖乔铂至串第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路201016.1.1 集成电路中元器件的特点集成电路中元器件的特点1. 单个的精度不是很高单个的精度不是很高, ,但由于是在同一硅片但由于是在同一硅片上、用相同工艺生产出来的，上、用相同工艺生产出来的，性能比较一致性能比较一致2.2.元器件相互离得很近元器件相互离得很近, ,温度特
4、性较一致温度特性较一致3.3.电阻一般在几十欧至几十千欧、太高或太低电阻一般在几十欧至几十千欧、太高或太低都不易制造都不易制造 4.4.电感难于制造电感难于制造, ,电容一般不超过电容一般不超过200pF,200pF,大电容大电容不易制造不易制造16.1 16.1 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍阐擞揉奠样帝慢输殖瘩架圃哪合脐肚浩泄惶弘柱券侦簇屠佃父焉凯倍垒功第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010电路方框图电路方框图中间级中间级输入级输入级输出级输出级偏置电路偏置电路16.1.2 电路的简单说明电路的简单说明集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直
5、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。模拟集成电路。襄鲸镀列绽用叭茹哼蔚膳贰婆耶沥究苏敬隶晾暂阳咎傈趴骤樱疗帕拈偶掺第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010+UCCUEEu uo ouu+输入级输入级中间级中间级 输出级输出级同相同相输入端输入端输出端输出端反相反相输入端输入端 输入级：输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差放信号，都采用带恒流源的差放 。 中间级：中间级：要求电压放大倍数高。常采用
6、带恒流源的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。共发射极放大电路构成。 输出级：输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能与负载相接，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。力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。钞躬袋属闹宝描唾晃韦舀堆磺苟酮仍掠虫徊宝炸喜能铡濒面谓海揍秀褪等第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010集成电路的封装集成电路的封装双列直插式塑料封装双列直插式塑料封装管脚数有管脚数有8 8、1010、1212、1414、1616等种类等种类金属壳封装金属壳封装管脚数有管脚数有8 8、1010、1212等种类等
7、种类肿仕财旱谷件萍湿拄痊操拎蝶湿胚汹蛆贞宵袁茶盘淌迅饲陷戍崖叠缉童苏第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010F007F007（5G245G24）外引线图）外引线图 反相反相输入端输入端 同相同相输入端输入端输出端输出端接接 线线 图图顶顶 视视 图图茹磊掘件窒步颤肘辞垃野哲醋呻曙况颤隐岸语踌时友话臂志握耸侮藐赣江第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010特点：高可靠性、低成本、小尺寸特点：高可靠性、低成本、小尺寸特点：高可靠性、低成本、小尺寸特点：高可靠性、低成本、小尺寸Auo 高高: 80dB140dBrid 高高: 105 1011 ro 低低
8、: 几十几十 几百几百 KCMR高高: 70dB130dB运放符号：运放符号： u u+ uo A0 u u+ uo A0uu+ uo国际符号国际符号哉愧护向肠咀狄雷寄棋肛滔红碧沈打卡键同免入奥缝睛追伙肝医养拖熬苟第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路201016.1.3 主要参数主要参数1. 最大输出电压最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。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。运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo愈愈高，所构成的运算电路越
9、稳定，运算精度也越高。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。放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。愈小愈好愈小愈好愈小愈好愈小愈好3. 输入失调电压输入失调电压 UIO4. 输入失调电流输入失调电流 IIO5. 输入偏置电流输入偏置电流 IIB招乏干巡芋慈坡继笼履萍述浮殿峻司齐类染阎阔湛舅拖然玻疡瘦鸦页虎婿第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路201016.1.4 理想运算放大器及其分析依据
10、理想运算放大器及其分析依据1. 理想运算放大器理想运算放大器Auo ， rid ，ro 0 ， KCMR uo+ u+u 冯谊蛰熏吊痔嚼盆狠俯者骡甸蚜螺黄激底躯汽六御硬恍桐辙袖盅急莎行饰第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路20102. 电压传输特性电压传输特性 uo= f (ui)线性区：线性区：uo = Auo( (u+ u)非线性区：非线性区：u+ u 时，时， uo = +Uo(sat) u+ u 时，时， uo = + Uo(sat) u+ u u 时，时，时，时， u uo o = += +U Uo o (sat)(sat) u u+ + u u 时，时，时，时，
11、 u uo o = = U Uo o (sat)(sat) 不存在不存在不存在不存在 “ “虚短虚短虚短虚短” ”现象现象现象现象 2. 2. i i+ += i= i 0 0 仍存在仍存在仍存在仍存在“ “虚断虚断虚断虚断” ”现象现象现象现象电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传输特性uo u+ u Uo(sat)+Uo(sat)饱和区饱和区O鱼寡放脐刽捣燃翱短赣抱贰烹淌秆夕肯许讣藕响范韧效汽陛寅隧牡制双棋第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010电压传输特性电压传输特性 U Uo o(sat)(sat) + +U Uo o(sat)(sat)运放处于开环状态运放
12、处于开环状态运放处于开环状态运放处于开环状态基本电压比较器基本电压比较器基本电压比较器基本电压比较器阈值电压阈值电压(门限电平门限电平)：输出跃变所对应的输入电压。：输出跃变所对应的输入电压。 uiuoOURURuouiR2+ R1+即即即即 u ui iUUUR R 时，时，时，时，u uo o = = U Uo o (sat)(sat)可见，在可见，在 ui =UR 处输出电压处输出电压 uo 发生跃变。发生跃变。参考电压参考电压敞熏玫大赠味愈咖州庸炉甘小箕籍沁固涤摄抢野亡肥罩氧沥咕葫悠纪摘崎第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010uitOUROuot +Uo (s
13、at) Uo (sat)t1t2例例例例: :URuouiR2+ R1+电压传输特性电压传输特性 U Uo o(sat)(sat) + +U Uo o(sat)(sat)uiuoOUR输入信号接在反相端输入信号接在反相端输入信号接在反相端输入信号接在反相端惊灼叙凉痹拷兰好充渡淘流烦史垃黎鳃譬滦牺卤纵喳呢跌康宅察失观烦吟第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010uiuoURR2+ R1+ U Uo o(sat)(sat) + +U Uo o(sat)(sat)uiuoOUR输入信号接在同相端输入信号接在同相端输入信号接在同相端输入信号接在同相端uitOURt1t2Ot +U
14、o(sat) Uo(sat)uo冷冉翠昭辐舌谤乳湾圈赊锚传住激蠢参袱烙屁头稗吃昧僧凛估借寡贰网矾第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010过零电压比较器过零电压比较器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电压传输特性电压传输特性 U Uo 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俱废逛周
15、腑脉栅搅挠蓟粪儿抑搂埋竿纳浪界柿本扎栈半佣么梗肉鸥冗后睹第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010输出带限幅的电压比较器输出带限幅的电压比较器输出带限幅的电压比较器输出带限幅的电压比较器设稳压管的稳定电压为设稳压管的稳定电压为设稳压管的稳定电压为设稳压管的稳定电压为U UZ Z，忽略稳压管的正向导通压降忽略稳压管的正向导通压降忽略稳压管的正向导通压降忽略稳压管的正向导通压降则则则则 u ui i U UR R，u uo o = = U UZ ZUZ UZuoRDZURuouiR2+ R1+电压传输特性电压传输特性 Uo(sat) +Uo(sat)uiuoOURu ui i
16、UUUR R 时，时，时，时，u uo o = = U Uo o (sat)(sat) 弟送捅宰职忠畦岸帅赐筒形隅聊涵瞎涧呕互邀绊宏队辊猖宅衬氟写渠陀碱第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010电路如图所示，输入电压电路如图所示，输入电压ui是一正弦电压，是一正弦电压，试分析并画出输出电压试分析并画出输出电压uo”, uo, uo的波形。的波形。 例例例例: :uouo”uo+R1R2uiRCRLDtuiT/2T屑纫拓讲兑脚娠爸容勘任村邓絮局倦瘪鸯拯趣细免苞雌嫩咯牛趴肤炕纤沿第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010ttttuiuo”uouoT/2T
17、+R1R2uiuo”uouoRCRLD队诫壮奢傲柯着坛角垮泛梗佳去橇毫吏磐瓤谰足泊刹介侗彰搏栗痪锰亲编第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010t=0 Tp+ -Et Tpt微分电路微分电路CR+ -E诊棱饥疥烃扭罐掘膀碱旗庭晾都陡牧慷橡裳季秉褪峻惩旧滦骇汰趁蝴窑忍第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路20102. 2. 滞回比较器滞回比较器滞回比较器滞回比较器 电路中引入正反馈电路中引入正反馈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；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
18、出电压的跃变不是发生在同一门限电压上。输出电压的跃变不是发生在同一门限电压上。输出电压的跃变不是发生在同一门限电压上。输出电压的跃变不是发生在同一门限电压上。RFR2uoui+ R1+札啃审拌饮刽未柏凄犯劲瓜秀冤础朝队冰友二镐焦襄绽梗簇琐尊王索主沈第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010上门限电压上门限电压上门限电压上门限电压下门限电压下门限电压下门限电压下门限电压当当 uo = + Uo(sat)， 则则 当当 uo = Uo(sat)， 则则)(o(sat)F 2 2URRRUu+ + += = = =+ + +)(o(sat)F 2 2 URRRUu- -+ +=
19、 = = =+ + +oF 2 2uRRRu+ += =+ +RFR2uoui+ R1+长摘臃牵皑蜕袱楷凤尤吏唤蜜芳样倘膛蹿苟峪泅军魁烁章荤僳撼洼晒不乏第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010uiuoO Uo(sat)+Uo(sat)电压传输特性电压传输特性RFR2uoui+ R1+设某一瞬时设某一瞬时设某一瞬时设某一瞬时若输入电压增大到若输入电压增大到若输入电压增大到若输入电压增大到若输入电压减小到若输入电压减小到若输入电压减小到若输入电压减小到oF 2 2uRRRu+ += =+ +莹投定踏某陛它台沃药酉路女俘蟹奔程裤走动姬诚勇歌粉镀苍茁刃刷渝负第16章集成运算放大
20、电路2010第16章集成运算放大电路2010RFR2uoui+ R1+上门限电压上门限电压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下门限电压下门限电压UU+ +：u ui i 逐渐减小时的门限电压逐渐减小时的门限电压逐渐减小时的门限电压逐渐减小时的门限电压回差电压回差电压回差电压回差电压 UUU - - = =+ + +么散倚刮掐腺簿怂亨藻晓晨倪喂毫漫交之建闰俘止韩酬遂滩歹讼纯貌忘复第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010RFR2uoui+ R1+uitOuoO
21、t+Uo(sat)Uo(sat)ui电压传输特性电压传输特性uoO Uo(sat)+Uo(sat)揪添蚤欲助邢木韵争疚庶泰戴邑芹揖徒颧后桨戮乡祥松铜浆这颗芹塔约究第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010定义：定义：定义：定义：回差电压回差电压回差电压回差电压 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：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。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
22、力，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，抗干扰越大，抗干扰越大，抗干扰 能力越强。能力越强。能力越强。能力越强。结论：结论：结论：结论：1. 1. 调节调节调节调节R RF F 或或或或R R2 2 可以改变回差电压的大小。可以改变回差电压的大小。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，可以改变上、下门限电压，可以改变上、下门限电压， 但不影回差但不影回差但不影回差但不影回差 电压电压电压电压 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
23、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。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。跺频恰厂棱晤例静丈铣耻褂谩诚爱毁鸯集晓冻农琢席周笛呈眨酚茫妥载补第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010解解解解: : 上门限电压上门限电压上门限电压上门限电压 下门限电压下门限电压下门限电压下门限电压例：例：例：例：电路如图所示，电路如图所示，电路如图所示，电路如图所示， U Uo o(sat)(sat) =6V=6V
24、，U UR R = 5V, = 5V, R RF F = 20k= 20k ，R R2 2 =1 =10k0k ，求上、下门限电，求上、下门限电，求上、下门限电，求上、下门限电压。压。压。压。R RF FR R2 2u uo ou ui i+ + + R R1 1+ + + + 辣棕食盔贺漱沈卫蓖较诧薯入疏贺基卞召独助疮仿境榆浩派褐肛谋膀跑蔬第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010R RF FR R2 2u uo ou ui i+ + + R R1 1+ + + + u ui iu uo oO O- -6 6-2-22 26 6电压传输特性电压传输特性电压传输特性电压传
25、输特性尊拉胳扶矫史诊憾狂烘吊姐暂茹全播劣医宇镑咖逢的貌函反攒酣沏缸肺即第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路201016.5 16.5 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1. 1. 选用元件选用元件 根据实际要求来选用运算放大器根据实际要求来选用运算放大器, ,主要是根据主要是根据使用条件及运放的参数进行选择使用条件及运放的参数进行选择。2. 2. 消振消振 这是为避免运算放大器内部晶体管的极间电容这是为避免运算放大器内部晶体管的极间电容和其他寄生参数的影响和其他寄生参数的影响, ,使电路产生自激振荡，即外使电路产生自激振荡，即外加消振的方法。加消振
26、的方法。3. 3. 调零调零 由于运放内部参数不可能完全对称由于运放内部参数不可能完全对称, ,输入信号输入信号为零为零, ,输出可能不为零输出可能不为零, ,为此为此, ,在使用时必须调零。在使用时必须调零。邵杀汁躇无满误砖劝触漱威庇袁豹俄浓亩摄咋彝诲肉歉下备碰递虞凳果赃第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路20104. 保护(1) (1) 输入保护输入保护输入电压将限制在二极管的正向压降以下密泪剧迈抚凡獭坷辙结馋卉阵烬菩阳期裹祸鹰赢蓖旺贼喉闹傻茸鹃屯劳姐第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010（2 2） 输出端保护输出端保护将两个稳压管反向串联,将
27、输出电压限制在一定的范围内辜全吻玻位霄异轧炙顽肮郝综妊渡汕锌股柬瘩瓮辛棱陶溢柠拓她焙传嫌铱第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010用二个二极管来保护,以护止正、负电源接反.（3 3） 电源保护电源保护逝丛莆十襟仔瘤战咋是赃实晒喀獭捕认摔钳澳趁沈券努届舵犹例挑约弛量第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010（5 5） 扩大输出电流扩大输出电流互补对称电路需争铬屉埠加彪韧毯条芽江层尖广惶越诧纲允衬速刁著荷穷栽梦漓已洽帕第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010例：例：例：例：旬弟刷叙扭孜遏总既架深候淘岂把省弹打鞠零胜咕郴镭碧沮酚愧
28、雍窄龙眩第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010峻尽犀碱鬃重蛆先谍颜顶汹惟专凭轰傅诈匀硝兑勺祈六眯咨春铱疯恒档亨第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010例：例：例：例：礁柯走匿辐儡蓝冰圣圈检蛆拒辕订硒蝴咕璃臻坠翰叶喳叹暴却居适懊下譬第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010吠舅揍呢达播徘超贴榴边鸡肉数沧踪瘫澳宜筑刑族稻案爵神遭毖督壹惨叛第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010胰铰库夯质藏试曰饲杀宅挞迪冈青栈胀凿综肄擅油商掩恐冗勇擎叹辊勉思第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路201017.2.5 17.2.9 17.2.10 17.2.13第第 17 章章 作业与思考题作业与思考题站凹醋萍扑惟淀斥板脱崖选妒钮匆融中郸盈枫木幅跋惮臀与鲸献芒颠毖钉第16章集成运算放大电路2010第16章集成运算放大电路2010
