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1、退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页第第1616章章 集成运算放大器集成运算放大器16.1 16.1 集成运算放大器的集成运算放大器的简单引引见16.2 16.2 运算放大器在信号运算方面的运用运算放大器在信号运算方面的运用16.3 16.3 运算放大器在信号运算放大器在信号处置方面的运用置方面的运用教学内容*16.4 *16.4 运算放大器在波形运算放大器在波形产生方面的运用生方面的运用16.5 16.5 运用运算放大器运用运算放大器应留意的几个留意的几个问题退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页 了解集成运算放大器的
2、根本了解集成运算放大器的根本组成及其主要参数的成及其主要参数的意意义；了解运算放大器的；了解运算放大器的电压传输特性，了解理想运特性，了解理想运算放大器并掌握其根本分析方法；了解用运算放大器算放大器并掌握其根本分析方法；了解用运算放大器组成的比例、加法、减法、微分和成的比例、加法、减法、微分和积分运算分运算电路的任路的任务原理；了解原理；了解电压比比较器的任器的任务原理和运用。原理和运用。教学要求重点 集成运算放大器的集成运算放大器的电压传输特性，理想运算放大特性，理想运算放大器及其根本分析方法。集成运算放大器器及其根本分析方法。集成运算放大器组成的比例、成的比例、加减、加减、积分运算分运算电
3、路的任路的任务原理，原理，电压比比较器器组成的成的幅幅值比比较电路。路。退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页难点 集成运算放大器的根本集成运算放大器的根本组成，有源成，有源滤波波电路的任路的任务原理。原理。学时数讲课5 5学学时，习题1 1学学时。 退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页 分立分立电路：由各种路：由各种单个元件个元件联接起来的接起来的电子子电路。路。 集成集成电路：相路：相对分立分立电路而言，将整个路而言，将整个电路的各个路的各个元件以及相互之元件以及相互之间的的衔接同接同时制造在一制造在一块半半导体芯片
4、上，体芯片上，组成一个不可分割的整体。成一个不可分割的整体。 优点：体点：体积小，分量小，分量轻，功耗低，可靠性高，价，功耗低，可靠性高，价钱廉价。廉价。 就集成度而言：有小就集成度而言：有小规模、中模、中规模、大模、大规模和超大模和超大规模。模。 就就导电类型而言：有双极型普通晶体管、型而言：有双极型普通晶体管、单极极型型场效晶体管和两者兼容的。效晶体管和两者兼容的。 就功能而言：有数字集成就功能而言：有数字集成电路和模路和模拟集成集成电路。路。退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页16.1 集成运算放大器的集成运算放大器的简单引引见16.1.1 集成运算
5、放大器的特点集成运算放大器的特点 集成运算放大器是一种具有高开集成运算放大器是一种具有高开环放大倍数并放大倍数并带有深度有深度负反响的多反响的多级直接耦合放大直接耦合放大电路。路。 电感、感、电容元件不易集成，常采用外接方式。容元件不易集成，常采用外接方式。 由于各个晶体管由于各个晶体管经过同一工同一工艺过程制造在同一硅片程制造在同一硅片上，因此容易上，因此容易获得特性相近的差分得特性相近的差分对管。管。 常用晶体管或常用晶体管或场效晶体管恒流源替代效晶体管恒流源替代电阻，高阻，高阻阻值电阻常采用外接方式。阻常采用外接方式。 二极管采用晶体管构成。二极管采用晶体管构成。退退 出出下一页下一页上
6、一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页输入入级：要求：要求输入入电阻高，静阻高，静态电流流小，差模放大倍数小，差模放大倍数高，抑制零点漂移高，抑制零点漂移和共模干和共模干扰信号的信号的才干才干强。16.1.2 电路的路的简单阐明明16.1 16.1 集成运算放大器的集成运算放大器的简单引引见中中间级：要求：要求电压放大倍数高，由共放大倍数高，由共发射极放大射极放大电路构路构成：其放大管采用复合管，以提高成：其放大管采用复合管，以提高电流放大系数；集流放大系数；集电极极电阻采用晶体管恒流源替代，以提高阻采用晶体管恒流源替代，以提高电压放大倍数。放大倍数。 输出端输出端输入端输入端 输
7、入入级中中间级输出出级偏置偏置电路路运算放大器的方框图运算放大器的方框图输入入级采用差分放大采用差分放大电路。路。退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页输出出级：要求：要求输出出电阻低，阻低，带负载才干才干强，能，能输出足出足够大的大的电压和和电流。流。输出端输出端输入端输入端 输入入级中中间级输出出级偏置偏置电路路运算放大器的方框图运算放大器的方框图16.1 16.1 集成运算放大器的集成运算放大器的简单引引见偏置偏置电路：路：为各各级电路提供路提供稳定和适宜的偏置定和适宜的偏置电流，流，决决议各各级的静的静态任任务点，采用各种恒流源点，采用各种恒流源电路
8、。路。 在运用集成运算放大器在运用集成运算放大器时，需求知道它的几个管，需求知道它的几个管脚的用途以及放大器的主要参数，无需关注内部脚的用途以及放大器的主要参数，无需关注内部电路。路。采用互采用互补功率放大功率放大电路或射极路或射极输出器。出器。退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页最大最大输出出电压UOPPUOPP 能使能使输出出电压和和输入入电压坚持不失真关系的最大持不失真关系的最大输出出电压。开开环电压放大倍数放大倍数AuoAuo 没有外接反响没有外接反响电路路时的差模的差模电压放大倍数。放大倍数。AuoAuo愈愈高，所构成的运算高，所构成的运算电路越
9、路越稳定，运算精度也越高。定，运算精度也越高。输入失入失调电压UIOUIO 要使要使uo = 0uo = 0，需在，需在输入端加一个很小的入端加一个很小的补偿电压，即即输入失入失调电压，其，其值愈小愈好。愈小愈好。16.1.3 主要参数主要参数16.1 16.1 集成运算放大器的集成运算放大器的简单引引见退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页共模共模输入入电压范范围UICMUICM 运算放大器运算放大器应在在规定的共模定的共模电压范范围内，才内，才对共模信号具有抑制的性能。如超出共模信号具有抑制的性能。如超出这个个电压，运放的，运放的共模抑制性能就大共模抑制
10、性能就大为下降，甚至呵斥器件下降，甚至呵斥器件损坏。坏。输入失入失调电流流IIOIIO 输入信号入信号为零零时两个两个输入端静入端静态基极基极电流之差，流之差，其其值愈小愈好。愈小愈好。16.1 16.1 集成运算放大器的集成运算放大器的简单引引见输入偏置入偏置电流流IIBIIB 输入信号入信号为零零时，两个，两个输入端静入端静态基极基极电流的流的平均平均值，其大小主要和，其大小主要和电路中第一路中第一级管子的性能有关。管子的性能有关。其其值愈小愈好。愈小愈好。退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页 理想化的条件理想化的条件理想化的条件理想化的条件开开环电压
11、放大倍数放大倍数 Auo Auo 差模差模输入入电阻阻 rid rid 开开环输出出电阻阻 ro 0 ro 0 共模抑制比共模抑制比 KCMRR KCMRR 反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端输出端输出端开环电压放大倍开环电压放大倍数的理想化条件数的理想化条件方向方向16.1.4 理想运算放大器及其分析根据理想运算放大器及其分析根据运算放大器的运算放大器的运算放大器的运算放大器的图图形符号形符号形符号形符号16.1 16.1 集成运算放大器的集成运算放大器的简单引引见-+u-u+uo退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页 分析根据分析根据理想特性理想特
12、性实践特性实践特性传输特性：表示特性：表示输出出电压与与输入入电压之之间关系的特性曲关系的特性曲线。16.1 16.1 集成运算放大器的集成运算放大器的简单引引见运算放大器的运算放大器的传输特性特性 u+ - u- uoO +Uo(sat)- -Uo(satUo(sat) )因差模因差模输入入电阻阻ridrid，故故i+ i+ i i 0 0，称，称“虚断。虚断。有限值有限值无穷大无穷大称称“虚短虚短任任务在在线性区性区-+u-u+uoi-i+退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页任任务在在饱和区非和区非线性性 输出出电压只需两种能只需两种能够，即，即等于等
13、于 +Uo(sat) 或或 -Uo(sat) 。i+ i 0当当 u+ u 时，uo = +Uo(sat) 16.1 16.1 集成运算放大器的集成运算放大器的简单引引见运算放大器的传输特性运算放大器的传输特性 u+ - u- uoO +Uo(sat)- -Uo(satUo(sat) )当当 u+ u 时，uo = - Uo(sat) 退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页 反相反相反相反相输输入入入入平衡平衡电阻：阻：R2 = R1 / RF ，其作用是消除静，其作用是消除静态基极基极电流流对输出出电压的影响。的影响。16.2.1 比例运算比例运算16.2
14、 运算放大器在信号运算方面的运用运算放大器在信号运算方面的运用if ii +-+-R1RF R2uiuo -i+ i- u+ u- 退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页输出出电压与与输入入电压是比例运算关系。是比例运算关系。假假设R1 和和RF 的阻的阻值足足够准确，而且运算放大器准确，而且运算放大器的开的开环电压放大倍数很高，就可以放大倍数很高，就可以为Auf只取决于只取决于RF与与R1 的比的比值而与运算放大器本身的参数无关。而与运算放大器本身的参数无关。当当 RF = R1 时，uo = -ui ，为反相器。反相器。负号号阐明明 uo与与 ui 反相
15、。反相。16.2 16.2 运算放大器在信号运算方面的运运算放大器在信号运算方面的运用用退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页 同相同相同相同相输输入入入入Auf 为正正值，表示，表示 uo与与 ui 同相，且同相，且Auf 1 。Auf与运放本身的参数无关，其精度和与运放本身的参数无关，其精度和稳定性很高。定性很高。16.2 16.2 运算放大器在信号运算方面的运运算放大器在信号运算方面的运用用+-+-R1RF R2uiuo -if ii 当当 R1 = 或或 RF = 0 时，uo = ui ，为电压跟随器。跟随器。i+ i- u+ u- 退退 出出下一
16、页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页 uo只与只与电源源电压和分和分压电阻有关，其精度和阻有关，其精度和稳定定性性较高，可作高，可作为基准基准电压。例：例：试计算算图中中uo的大小。的大小。16.2 16.2 运算放大器在信号运算方面的运运算放大器在信号运算方面的运用用15k 7.5k -+-uo15k +15V解：解：该电路是一路是一电压跟随器。跟随器。退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页平衡平衡电阻：阻：R2= R11 / R12 / RF 加法运算加法运算电路与运放本身的参数无关，只需路与运放本身的参数无关，只需电阻阻值足足够
17、准确，就可保准确，就可保证加法运算的精度和加法运算的精度和稳定性。定性。16.2.2 加法运算加法运算叠加定理的运用叠加定理的运用16.2 16.2 运算放大器在信号运算方面的运运算放大器在信号运算方面的运用用if ii2 i+ i- u+ u- ii1 -+-R12RF R2ui1uo R11ui2退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页16.2.3 减法运算减法运算当当 R1 = R2 ，RF = R3时，有有当当 R1 = R2 = R3 = RF R1 = R2 = R3 = RF 时，有有根据叠加定理根据叠加定理16.2 16.2 运算放大器在信号运
18、算方面的运运算放大器在信号运算方面的运用用if ii +-+-R1RF R2ui1uo -R3+ui2-退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页16.2 16.2 运算放大器在信号运算方面的运运算放大器在信号运算方面的运用用例：例：试求求输出出电压uo 。-+ui1-+R1RF R2uo ui2A2A1uo1A1是是电压跟随器跟随器解：解：A2是差分运算是差分运算电路路退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页当当ui为阶跃电压，uitOUi- -Uo(satUo(sat) )uotO16.2.4 积分运算分运算16.2 16.
19、2 运算放大器在信号运算方面的运运算放大器在信号运算方面的运用用if ii i+ i- u+ u- +-+-R1CF R2uiuo -+-uC那么那么最后到达最后到达饱和和值-Uo(sat) 。退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页 上上图为比例比例-积分分调理器理器(简称称PI调理器理器)。常用于。常用于自自动控制系控制系统中，以保中，以保证系系统的的稳定性和控制的精度。定性和控制的精度。16.2 16.2 运算放大器在信号运算方面的运运算放大器在信号运算方面的运用用例：例：试求求图示示电路路uouo与与uiui的关系式。的关系式。if ii i+ i-
20、u+ u- +-+-R1CF R2uiuo -+-uCRF退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页当当ui为阶跃电压时16.2.5 微分运算微分运算16.2 16.2 运算放大器在信号运算方面的运运算放大器在信号运算方面的运用用uitOUiif ii i+ i- u+ u- +-+-RFC1 R2uiuo -+-uCuotO那么那么uo为尖脉冲尖脉冲电压退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页 上上图为比例比例-微分微分调理器理器简称称PD调理器，在理器，在控制系控制系统中，中， 使使调理理过程中起加速作用。程中起加速作用。1
21、6.2 16.2 运算放大器在信号运算方面的运运算放大器在信号运算方面的运用用例：例：试求求图示示电路路uouo与与uiui的关系式。的关系式。if iR i+ i- u+ u- +-+-RFC1 R2uiuo -R1iC 退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页16.3 运算放大器在信号运算放大器在信号处置方面的运用置方面的运用16.3.3 电压比比较器器电压比比较器的作用：在比器的作用：在比较器的器的输入端比入端比较输入信号入信号ui和参考和参考电压UR的大小，的大小，+-+-R1R2uiuo -+UR- 运算放大器任运算放大器任务在开在开环形状，由于开形
22、状，由于开环电压放大放大倍数很高，即使倍数很高，即使输入端有一个非常微小的差入端有一个非常微小的差值信号，信号，也会使也会使输出出电压饱和。和。 因此运算放大器任因此运算放大器任务在在饱和区和区(即非即非线性区性区) 。 在在输出端以高出端以高电平或低平或低电平即平即为数字信号数字信号1或或0来来反映比反映比较结果。果。退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页电压传输特性特性 +Uo(sat) Uo(sat)当当 ui UR ，即，即 u UR ，即，即 u u+ 时，uo = Uo (sat) uiuoOUR退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目
23、录总目录制作群主主 页页 过过零零零零电压电压比比比比较较器器器器Uo(sat)tuoO16.3 16.3 运算放大器在信号运算放大器在信号处置方面的运置方面的运用用+-+-R1R2uiuo -电压传输特性电压传输特性 +Uo(sat) Uo(sat)uiuoO 利用利用过零零电压比比较器将正器将正弦波弦波变为矩形波，即波形矩形波，即波形变换。+Uo(sat)tuiO退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页例：例：电路如下路如下图，输入入电压uiui是一正弦是一正弦电压，试分析并分析并画出画出输出出电压u1u1，u2u2和和uouo的的波形。波形。16.3 1
24、6.3 运算放大器在信号运算放大器在信号处置方面的运置方面的运用用tuiOUo(sat)tu1O+Uo(sat)tu2O+Uo(sat)Uo(sat)tuoO+Uo(sat)解：解： 运算放大器构成运算放大器构成过零比零比较器器-+R1R2uiuo u2 u1 RRLDCRC组成微分成微分电路路二极管二极管D起削波作用起削波作用退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页 有限幅的有限幅的有限幅的有限幅的过过零零零零电压电压比比比比较较器器器器 设双向双向稳压二极管的二极管的稳压值为UZ，忽略，忽略稳压管的管的正正导游通游通压降。降。 双向稳压二极管双向稳压二极管
25、电压传输特性特性+UZ UZ16.3 16.3 运算放大器在信号运算放大器在信号处置方面的运置方面的运用用+-+-R1R2uiuo -DZ Uo(sat) +Uo(sat)uiuoO当当 ui 0，即，即 u+ 0，即，即 u+ u- 时，uo = +UZ退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页*16.4 运算放大器在波形运算放大器在波形产生方面的运用生方面的运用16.4.1 矩形波矩形波发生器生器16.4.2 三角波三角波发生器生器16.4.3 锯齿波波发生器生器矩形波矩形波电压常用于数字常用于数字电路中作路中作为信号源。信号源。 锯齿波波电压在示波器、数字
26、在示波器、数字仪表等表等电子子设备中作中作为扫描用。描用。退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页16.5 运用运算放大器运用运算放大器应留意的几个留意的几个问题16.5.1 选用元件用元件16.5.2 消振消振 集成运算放大器按其技集成运算放大器按其技术目的或按其内部目的或按其内部电路或路或按其每一集成片中运算放大器的数目等按其每一集成片中运算放大器的数目等进展分展分类。 通常根据通常根据实践要求来践要求来选用。用。选好后，根据管脚好后，根据管脚图和符号和符号图联接外部接外部电路。路。 通常外接通常外接RC消振消振电路或消振路或消振电容来破坏容来破坏产生自激
27、生自激振振荡的条件。普通运算放大器内部已有消振元件，毋的条件。普通运算放大器内部已有消振元件，毋须外部消振。外部消振。退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页16.5 16.5 运用运算放大器运用运算放大器应留意的几个留意的几个问题16.5.3 调零零16.5.4 维护 外接外接调零零电路以路以处理由于运算放大器的内部参数理由于运算放大器的内部参数不完全不完全对称称时，当，当输入信号入信号为零仍有零仍有输出信号的情况。出信号的情况。 输入端入端维护 当当输入端所加的差模或共模入端所加的差模或共模电压过高高时会会损坏坏输入入级的晶体管。的晶体管。 在在输入端接入
28、反向并入端接入反向并联的二极管，将的二极管，将输入入电压限限制在二极管的正向制在二极管的正向压降以下。降以下。退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页16.5 16.5 运用运算放大器运用运算放大器应留意的几个留意的几个问题16.5.5 扩展展输出出电流流 电源源维护 输出端出端维护为防止防止输出出电压过大，可用大，可用稳压二极管来二极管来维护。为防止正、防止正、负电源接反，可用二极管来源接反，可用二极管来维护。 运算放大器的运算放大器的输出出电流普通不大，假流普通不大，假设负载需求需求的的电流流较大大时，可在，可在输出端加接一出端加接一级互互补对称称电路。路。退退 出出下一页下一页上一页上一页章目录章目录总目录总目录制作群主主 页页本章作本章作业P119 16.2.3P119 16.2.3虚断、虚短虚断、虚短 16.2.6 16.2.6根本公式根本公式P121 16.2.12P121 16.2.12虚断、虚短虚断、虚短 16.2.15 16.2.15根本公式根本公式
