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1、第九章 集成运算放大器第一节第一节第一节第一节 集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器集成运算放大器第二节第二节第二节第二节 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈第三节第三节第三节第三节 基本运算电路基本运算电路基本运算电路基本运算电路第四节第四节第四节第四节 集成运放用于信号处理集成运放用于信号处理集成运放用于信号处理集成运放用于信号处理第五节第五节第五节第五节 直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源本章要求：1. 理解集成运算放大器的结构和特点；理解集成运算放大器的结构和特点；2. 理解放大电路中的负反馈以及负反馈对放大电路理解放大电路中的
2、负反馈以及负反馈对放大电路性能的影响；性能的影响；3. 了解基本运算电路的结构和特点；了解基本运算电路的结构和特点；4. 了解集成运算放大器在信号处理中的运用；了解集成运算放大器在信号处理中的运用；5. 理解稳压电源的结构，了解三端稳压电路的应用。理解稳压电源的结构，了解三端稳压电路的应用。 在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路集成电路( (英文简称英文简称IC)IC)。集成电路的体积很小，但性能。集成电路的体积很小，但性能却很好。自却
3、很好。自19591959年世界上第一块集成电路问世至今，只年世界上第一块集成电路问世至今，只不过才经历了四十来年时间，但它已深入到工农业、日不过才经历了四十来年时间，但它已深入到工农业、日常生活及科技领域的相当多产品中。例如在导弹、卫星、常生活及科技领域的相当多产品中。例如在导弹、卫星、战车、舰船、飞机等军事装备中；在数控机床、仪器仪战车、舰船、飞机等军事装备中；在数控机床、仪器仪表等工业设备中；在通信技术和计算机中；在音响、电表等工业设备中；在通信技术和计算机中；在音响、电视、录象、洗衣机、电冰箱、空调等家用电器中都采用视、录象、洗衣机、电冰箱、空调等家用电器中都采用了集成电路。了集成电路。
4、 集成电路的技术发展将直接促进整机的小型化、高性集成电路的技术发展将直接促进整机的小型化、高性能化、多功能化和高可靠性。毫不夸张地说，集成电路能化、多功能化和高可靠性。毫不夸张地说，集成电路是工业的是工业的“食粮食粮”和和“原油原油”。 集成运算放大器集成运算放大器简称运放，是一种多端集成电路。集成运简称运放，是一种多端集成电路。集成运放是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。早期，运放主要放是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。早期，运放主要用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算，故称为用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算，故称为运算运算放大器放大器。现在，运放的应用已远远超过运算的范围。它
5、在通。现在，运放的应用已远远超过运算的范围。它在通信、控制和测量等设备中得到广泛应用。信、控制和测量等设备中得到广泛应用。常见集成电路的封装形式常见集成电路的封装形式圆壳式圆壳式 双列双列直插式直插式 扁平式扁平式 单列单列直插式直插式 直插式直插式 单列单列扁平式扁平式 第一节 集成运算放大器 差分差分输入级输入级中间放大级中间放大级输出级输出级ui+ +_ _u0 集成运放的型号和种类很多，内部电路也各有差异，但它集成运放的型号和种类很多，内部电路也各有差异，但它们的基本组成部分相同，如下图所示：们的基本组成部分相同，如下图所示：运放的输入级。利运放的输入级。利用差分电路的对称用差分电路的
6、对称特性可提高整个电特性可提高整个电路的共模抑制比和路的共模抑制比和电路性能。电路性能。中间级的主要作用中间级的主要作用是提高电压增益。是提高电压增益。一般由多级放大电一般由多级放大电路组成。路组成。输出级常用电压跟输出级常用电压跟随器或互补电压跟随器或互补电压跟随器组成，以降低随器组成，以降低输出电阻，提高带输出电阻，提高带负载能力。负载能力。 集成运放内部主要有上述三个部分，其外部还常接有集成运放内部主要有上述三个部分，其外部还常接有偏偏置置电路，以便向各级提供合适的工作电流。电路，以便向各级提供合适的工作电流。一、集成运算放大器简介一、集成运算放大器简介一、集成运算放大器简介一、集成运算
7、放大器简介 简单的集成运放电路结构简单的集成运放电路结构+UCCUEEu u+同相同相输入端输入端反相反相输入端输入端 uo输出端输出端输入级输入级中间级中间级输出级输出级运放的输入级。利运放的输入级。利用差分电路的对称用差分电路的对称特性可提高整个电特性可提高整个电路的共模抑制比和路的共模抑制比和电路性能。电路性能。中间级的主要作用中间级的主要作用是提高电压增益。是提高电压增益。一般由多级放大电一般由多级放大电路组成。路组成。输出级常用电压跟输出级常用电压跟随器或互补电压跟随器或互补电压跟随器组成，以降低随器组成，以降低输出电阻，提高带输出电阻，提高带负载能力。负载能力。图示为常用图示为常用
8、A741A741集成运放芯片集成运放芯片产品品实物物图A741A741集成运放的集成运放的8 8个管脚排列个管脚排列图如下：如下： A741A74112438765调零端调零端 反相输入端反相输入端 同相输入端同相输入端 负电源端负电源端 调零端调零端 输出端输出端 正电源端正电源端 空脚空脚 标识为标识为标识为标识为“-”“-”和和和和“+”“+”符号的是符号的是符号的是符号的是反相输入端和同相输入端，反相输入端和同相输入端，反相输入端和同相输入端，反相输入端和同相输入端，它们对地电压分别用它们对地电压分别用它们对地电压分别用它们对地电压分别用u-u-和和和和u+u+表示，输出是表示，输出是
9、表示，输出是表示，输出是u uo o。运算放大器。运算放大器。运算放大器。运算放大器的开环电压放大倍数用的开环电压放大倍数用的开环电压放大倍数用的开环电压放大倍数用AuoAuoAuoAuo表表表表示，箭头代表信号从输入向示，箭头代表信号从输入向示，箭头代表信号从输入向示，箭头代表信号从输入向输出流动输出流动输出流动输出流动。+UCCuo + Auou+uUEE运放的图形符号运放的图形符号线性区线性区线性区线性区就是曲线中的就是曲线中的就是曲线中的就是曲线中的斜线部分，斜率是集成运斜线部分，斜率是集成运斜线部分，斜率是集成运斜线部分，斜率是集成运算放大电路的开环差模电算放大电路的开环差模电算放大
10、电路的开环差模电算放大电路的开环差模电压放大倍数压放大倍数压放大倍数压放大倍数AodAod，即；，即；，即；，即； 饱饱饱饱和区和区和区和区是曲线中的水平直线是曲线中的水平直线是曲线中的水平直线是曲线中的水平直线部分，当集成运算放大电部分，当集成运算放大电部分，当集成运算放大电部分，当集成运算放大电路工作在非线性区时，输路工作在非线性区时，输路工作在非线性区时，输路工作在非线性区时，输出电压只能是正饱和值出电压只能是正饱和值出电压只能是正饱和值出电压只能是正饱和值+Uo(sat)+Uo(sat)和负饱和值和负饱和值和负饱和值和负饱和值- -Uo(sat)Uo(sat)，其值接近正负电，其值接近
11、正负电，其值接近正负电，其值接近正负电源电压源电压源电压源电压。uo u+ u +Uo(sat)Uo(sat)线性区线性区理想特性理想特性实际特性实际特性饱和区饱和区 O集集成运算放大电路的电压传输特性曲线成运算放大电路的电压传输特性曲线二、理想集成运算放大器二、理想集成运算放大器二、理想集成运算放大器二、理想集成运算放大器uo+ u+u+UCCUEE理想运算放大器符号理想运算放大器符号 理想运算放大器是将集成理想运算放大器是将集成理想运算放大器是将集成理想运算放大器是将集成运放进行理想化，理想化的基运放进行理想化，理想化的基运放进行理想化，理想化的基运放进行理想化，理想化的基本条件是本条件是
12、本条件是本条件是: :(1)(1)开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数A Aodod = = ; ;(2)(2)差模输入电阻差模输入电阻差模输入电阻差模输入电阻 r rid id = = ; ;(3)(3)输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻r ro o=0;=0;(4)(4)共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比KKcmcm为为为为 。理想集成运算放大电路的电压传输特性曲线理想集成运算放大电路的电压传输特性曲线 u+ u uo +Uo(sat)Uo(sat) O线性区线性区饱和区饱和区反相输入端A741A741集成运放集成运放图形符号形符号U0U+U
13、-A741A741集成运放外部接集成运放外部接线图同相输入端12V12V输出端子调零电位器调零电位器 管脚管脚1和和5分别与调零电位分别与调零电位器的两个固定端相连器的两个固定端相连 调零电位器的可调调零电位器的可调端与管脚端与管脚4相连相连6513724集成运放工作在线性区的特点集成运放工作在线性区的特点由由可知，理想运放工作在线性区时，输可知，理想运放工作在线性区时，输出电压出电压U U0 0与输入电压与输入电压U Ui i之间是线性放大关系。之间是线性放大关系。因因A Au0u0= =，所以可，所以可导导出出运放工作在线性区差模输入电压等于零，说明运放工作在线性区差模输入电压等于零，说明
14、 ，即即理想运放的两个输入端电位相等理想运放的两个输入端电位相等。 两点等电位相当于短路。理想运放的两个输入端并没有两点等电位相当于短路。理想运放的两个输入端并没有真正短接，但却具有短接的现象称为真正短接，但却具有短接的现象称为“虚短虚短”。 又由于理想运放的差模输入电阻又由于理想运放的差模输入电阻r ri i= =，所以可近似地，所以可近似地认认为为两个两个输入端均无电流流入输入端均无电流流入。这种现象称为。这种现象称为“虚断虚断”。 “虚短虚短”和和“虚断虚断”是运放工作在线性区的两个重要是运放工作在线性区的两个重要结论。结论。(1) (1) 输出只有两种可能输出只有两种可能输出只有两种可
15、能输出只有两种可能, +, +U Uo(sato(sat) ) 或或或或 U Uo(sato(sat) ) (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” ”现象现象现象现象当当 u+ u 时，时， uo = + Uo(sat) u+uC时时，二极管导通，二极管导通，电源在给负载电源在给负载RL供电的同时也给供电的同时也给电容充电，电容充电， uC 增加，增加，uo= uC 。 u u u uC时时时时，二极管截止，电容通过负载，二极管截止，电容通过负载，二极管截止，电容通过负载，二极管截止，电容通过负载R RL L 放电，放电，
16、放电，放电，u uC C按指数按指数按指数按指数规律下降，规律下降，规律下降，规律下降， u uo o= = u uC 。二极管承受的最高反向电压为二极管承受的最高反向电压为 。u tO tO uRLuo+C电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点( (T T 电源电压的周期电源电压的周期电源电压的周期电源电压的周期) ) ) )(1) (1) 输出电压的脉动程度与平均值输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间与放电时间 常数常数RLC有关。有关。 R RL LC C 越大越大越大越大 电容器放电越慢电容器放电越慢电容器放电越慢电容器放电越慢 输出电压的平均值输出电压的平均值输出电压的平均值输出电
17、压的平均值U Uo o 越大，波形越平滑。越大，波形越平滑。越大，波形越平滑。越大，波形越平滑。近似估算取：近似估算取： Uo = 1. 2 U ( 桥式、全波）桥式、全波） Uo = 1. 0 U （半波）半波）当负载当负载当负载当负载R RL L 开路时，开路时，开路时，开路时，U UO O 为了得到比较平直的输出电压为了得到比较平直的输出电压(2) (2) 外特性外特性外特性外特性 采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较大，即采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较大，即采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较大，即采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较大，即带负载能力较差。带负载能
18、力较差。带负载能力较差。带负载能力较差。 因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。小且负载变化较小的场合。(3) (3) 流过二极管的瞬时电流很大流过二极管的瞬时电流很大流过二极管的瞬时电流很大流过二极管的瞬时电流很大选管时一般取：选管时一般取：选管时一般取：选管时一般取： I IOM OM =2 =2 I ID D RLC 越大越大 O 越高，越高，IO 越大越大 整流二极管导通时间越短整流二极管导通时间越短 iD 的峰值电流越大的峰值电流越大。三、串联反馈式稳压电路三、串联反馈式稳压电路三、串联反馈式稳压电路三、串
19、联反馈式稳压电路 串联型稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和串联型稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。调整元件四部分组成。UiTR2UZRLUO +R3+UB+DZ+Uf+R1调整调整元件元件比较比较放大放大基准基准电压电压取样取样电路电路 当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压UO 升高时，升高时，有如下稳压过程：有如下稳压过程：UO Uf UB UO IC UCE 由于引入的是串联电压负反馈，故称由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳压电路串联型稳压电路。UITR2UZRLUO +R3+UB+DZ+Uf+R1四、三端集
20、成稳压器四、三端集成稳压器四、三端集成稳压器四、三端集成稳压器1. 1. 三端固定输出线性集成稳压器三端固定输出线性集成稳压器三端固定输出线性集成稳压器三端固定输出线性集成稳压器三端固定输出线性集成稳压器有三端固定输出线性集成稳压器有三端固定输出线性集成稳压器有三端固定输出线性集成稳压器有78XX78XX（正输出）（正输出）（正输出）（正输出）和和和和79XX79XX（负输出）系列。（负输出）系列。（负输出）系列。（负输出）系列。2. 2. 三端可调线性集成稳压器三端可调线性集成稳压器三端可调线性集成稳压器三端可调线性集成稳压器 三端可调正输出集成稳压器系列有三端可调正输出集成稳压器系列有LM
21、117（军用）、（军用）、 LM217（工业用）、（工业用）、 LM317（民品）；负输出集成稳压（民品）；负输出集成稳压器系列有器系列有LM137（军用）、（军用）、LM237（工业用）、（工业用）、LM337（民用）等输出电压可调，应用更为灵活。（民用）等输出电压可调，应用更为灵活。3 3 三端集成稳压器的应用三端集成稳压器的应用三端集成稳压器的应用三端集成稳压器的应用（1 1） 78XX78XX、 79XX79XX器件的应用器件的应用器件的应用器件的应用输入与输出输入与输出输入与输出输入与输出之间的电压之间的电压之间的电压之间的电压差不得低于差不得低于差不得低于差不得低于3V3V！为了瞬
22、时增减负载电流为了瞬时增减负载电流为了瞬时增减负载电流为了瞬时增减负载电流时，不致引起输出电压时，不致引起输出电压时，不致引起输出电压时，不致引起输出电压有较大的波动。即用来有较大的波动。即用来有较大的波动。即用来有较大的波动。即用来改善负载的瞬态响应。改善负载的瞬态响应。改善负载的瞬态响应。改善负载的瞬态响应。用来抵消输入端接线用来抵消输入端接线用来抵消输入端接线用来抵消输入端接线较长时的电感效应，较长时的电感效应，较长时的电感效应，较长时的电感效应，防止产生自激振荡。防止产生自激振荡。防止产生自激振荡。防止产生自激振荡。即用以改善波形。即用以改善波形。即用以改善波形。即用以改善波形。COW7805CiUi+_+_UO123 0.11 F1 F（2 2） 三端可调输出集成稳压器的应用三端可调输出集成稳压器的应用三端可调输出集成稳压器的应用三端可调输出集成稳压器的应用 常温下输出端常温下输出端常温下输出端常温下输出端和调整端电压和调整端电压和调整端电压和调整端电压的典型值为的典型值为的典型值为的典型值为1.25 V 1.25 V COCW117CiUi+_+_UO321 AdjR1R2240 1F0.1F
