集成运算放大器.ppt

1、下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录第第16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16.416.4 运算放大器在波形产生方面的运算放大器在波形产生方面的运算放大器在波形产生方面的运算放大器在波形产生方面的应用应用应用应用16.516.5 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使用运算放大器应注意的几个问题使用运算

2、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应用应用下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录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；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电压传输特性，理解理想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

3、方法；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，了解有源滤波器积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器 的工作原理；的工作原理；的工作原理；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。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16章章

4、集成运算放大器集成运算放大器下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录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是一种具有很高放大倍数的多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。一种模拟集成电路。集成电路集成电路是把整个电路的各个元件以及相互之是把整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间的联接同时制造在一块半导体芯片上,组成一个不组成一个不可分的整体。可分的整体。集成电路特点集成电路特点集成电路特点集成电路特点：体积小、重量轻

5、、功耗低、可体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低。靠性高、价格低。集成电路分类集成电路分类集成电路分类集成电路分类按集成度按集成度按导电类型按导电类型按功能按功能小、中、大和超大规模小、中、大和超大规模双、单极性和两种兼容双、单极性和两种兼容数字和模拟数字和模拟下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录各类型号集成芯片各类型号集成芯片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；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；源代替，电位器需外接；3.电

6、容的容量受到限制，电感不能集成，故大电电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感容、电感和变压器均需外接；和变压器均需外接；4.二极管多用三极管的发射结代替。二极管多用三极管的发射结代替。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录16.1.2电路的简单说明电路的简单说明输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置偏置电路电路运算放大器方框图运算放大器方框图 输入级：输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干输入电阻高，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扰信号，都采用带恒流源的差分放大器。中间级：中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源要求电压放大倍数高。常采

7、用带恒流源的共发射极放大电路构成。的共发射极放大电路构成。偏置电路偏置电路:由镜像恒流源等电路组成由镜像恒流源等电路组成 输出级：输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载与负载相接，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。能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 15VI3430PfR815VUi1IET1T3T7T5R1R2R3T4T6T2I82IB9T8IC9T9IB13IB122IB13T13IRR5R6T15R7D2D1T16T17T18T19T14R9T10T11R4I10Ui2F007的内部电路图的

8、内部电路图下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录集成集成集成集成运算放大器的管脚和符号运算放大器的管脚和符号反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端+UCCUEEuo+uu+Auo信号传信号传输方向输方向输出端输出端实际运放开环实际运放开环电压放大倍数电压放大倍数(a)(b)(a)符号符号;(b)引脚引脚8765F0071234U-U+-UCC+UCC输出输出下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录集成运放集成运放 741的的电路原理图电路原理图同相输入同相输入输入级输入级偏置电路偏置电路中间级中间级输出级输出级+UCCuo+-UEET12T1T2T3T4T5T6T7

9、T8T9T10T11T13T14T16T18T17T20T15T19R1R2R3R4R5R7R8R9R10R11R12C反相输入反相输入输出输出下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录16.1.3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

10、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。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下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1.开环电压放大倍数开环电压放大倍数 2.开环输入电阻开环输入电阻3.开环输出电阻开环输出电阻4.共模抑制比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，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

11、可使问题大大简化用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化,为此为此,后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。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，一般将它看成是理在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理想的想的运算放大器。理想化的主要条件：运算放大器。理想化的主要条件：下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录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：线性区：uo=Auo(u+u)非线性区：非线性区：u+u时，时，uo=+Uo(sat)u+u

12、时，时，uo=+Uo(sat)u+0 ui=Ui 0时，时，|T(j)|衰减很快衰减很快显然，电路能使低于显然，电路能使低于 0的的信号顺利通过，衰减很小，信号顺利通过，衰减很小，而使高于而使高于 0的信号不易通过，的信号不易通过，衰减很大，衰减很大，称一称一阶有源低通阶有源低通滤波器。滤波器。为了改善滤波效果，为了改善滤波效果，使使 0时信号衰减得时信号衰减得更快些，常将两节更快些，常将两节RC滤滤波环节串接起来，波环节串接起来，组成组成二阶有源低通滤波器。二阶有源低通滤波器。uoRFCR+R1+ui+RC一阶一阶二阶二阶幅频特性幅频特性 0|Auf0|T(j)|O下一页下一页返回返回上一页

13、上一页退出退出章目录章目录2.2.有源高通滤波器有源高通滤波器有源高通滤波器有源高通滤波器uiuoRFCR+R1+设输入为正弦波信号，则有设输入为正弦波信号，则有故：故：下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录可见，电路使频率大于可见，电路使频率大于 0的信号通过的信号通过，而小于，而小于 0的信号被阻止，称为的信号被阻止，称为有源高通滤波器有源高通滤波器。若频率若频率若频率若频率 为变量，则为变量，则为变量，则为变量，则电路的传递函数电路的传递函数电路的传递函数电路的传递函数其模为其模为幅频特性幅频特性 0|Auf0|T(j)|O下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目

14、录16.3.3 电压比较器电压比较器电压比较器的功能：电压比较器的功能：电压比较器的功能：电压比较器的功能：电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的判断输入信号的大小和极性。大小和极性。用途：用途：用途：用途：数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，以及波形产生及变换等场合术领域，以及波形产生及变换等场合。运放工作在

15、开环状态或引入正反馈。运放工作在开环状态或引入正反馈。运放工作在开环状态或引入正反馈。运放工作在开环状态或引入正反馈。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录理想运放工作在饱和区的特点：理想运放工作在饱和区的特点：理想运放工作在饱和区的特点：理想运放工作在饱和区的特点：1.输出只有两种可能输出只有两种可能+Uo(sat)或或Uo(sat)当当u+u时，时，uo=+Uo(sat)u+uu 时，时，时，时，u uo o=+=+U Uo o (sat)(sat)u u+uu 时，时，时，时，u uo o=U Uo o (sat)(sat)即即即即 u ui iUUUR R 时，时，时，时

16、，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。参考电压参考电压下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录uitOUROuot+Uo(sat)Uo(sat)t1t2单限电压比较器：单限电压比较器：单限电压比较器：单限电压比较器：当当ui 单方向变化时，单方向变化时，uo 只变化一次。只变化一次。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下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录uiUR，uo=+Uo(sat)ui U

17、R，uo=Uo(sat)URuouiR2+R1+uiuoURR2+R1+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电压传输特性电压传输特性 U Uo o(sat)(sat)+U Uo o(sat)(sat)uiuoOUR下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录URuouiR2+R1+uiuoURR2+R1+Ot+Uo(sat)Uo(sat)uo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

18、号接在反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输入信号接在同相端uitOUROuot+Uo(sat)Uo(sat)t1t2下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录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 ZUZUZ电压传输特性电压传输特性Uo(sat)+Uo(sat)

19、uiuoOURu ui iUUUR R 时，时，时，时，u uo o =U Uo o (sat)(sat)uoRDZURuouiR2+R1+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录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(s

20、at)O O下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录电压传电压传输特性输特性uoOU UOO(sat)(sat)UUOO(sat)(sat)例例2:电路如图所示电路如图所示,ui是是一正弦电压一正弦电压,画出画出uo的波形的波形。OtU UOO(sat)(sat)UUOO(sat)(sat)解解:运放为同相输入过零电压运放为同相输入过零电压比较器比较器uoOtOtOtUUOO(sat)(sat)U UOO(sat)(sat)各电压波形如右图所示。各电压波形如右图所示。R1R2uiuo+CDRLR 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录16.4 运放在波形产生方面的应用

21、运放在波形产生方面的应用波形发生器的作用：波形发生器的作用：波形发生器的作用：波形发生器的作用：产生一定频率、幅值的波形（如正弦波、方波、产生一定频率、幅值的波形（如正弦波、方波、产生一定频率、幅值的波形（如正弦波、方波、产生一定频率、幅值的波形（如正弦波、方波、三角波、锯齿波等）。三角波、锯齿波等）。三角波、锯齿波等）。三角波、锯齿波等）。特点：特点：特点：特点：不用外接输入信号，即有输出信号。不用外接输入信号，即有输出信号。不用外接输入信号，即有输出信号。不用外接输入信号，即有输出信号。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录16.5 使用运算放大器应注意的几个问题使用运算放大

22、器应注意的几个问题集集成成运运放放的的用用途途广广泛泛，在在使使用用前前必必须须进进行行测测试试，使使用用中中应应注注意意其其电电参参数数和和极极限限参参数数符符合合电电路路要要求求，同时还应注意以下问题。同时还应注意以下问题。3.调零调零为了提高集成运放的精度为了提高集成运放的精度,消除因失调电压和失调消除因失调电压和失调电流引起的误差电流引起的误差,需要对集成运放进行调需要对集成运放进行调零。零。集成运放的调零电路有两类，一类是内调零，集集成运放的调零电路有两类，一类是内调零，集成运放设有外接调零电路的引线端成运放设有外接调零电路的引线端,按说明书连接即按说明书连接即可，如常用的可，如常用

23、的 741，其中电位器其中电位器RP可选择可选择10k的的电位器电位器,如图所示。如图所示。1.选用元件选用元件2.消振消振下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录3.调零调零(1)输入端保护输入端保护当输入端所加的电压过高时会损坏集成运放，可在当输入端所加的电压过高时会损坏集成运放，可在输入端加入两个反向并联的二极管，如图所示，将输输入端加入两个反向并联的二极管，如图所示，将输入电压限制在二极管的正向压降以内。入电压限制在二极管的正向压降以内。4.保护保护 A741的调零电路的调零电路RPVui20k 20k uO10k 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录(1)

24、输入端保护输入端保护输入端保护输入端保护ui1uORRui2(2)输出端保护输出端保护为了防止输出电压过大为了防止输出电压过大,可利用稳压管来保护，如图可利用稳压管来保护，如图所示，将两个稳压管反向串联，就可将输出电压限制所示，将两个稳压管反向串联，就可将输出电压限制在稳压管的稳压值在稳压管的稳压值UZ的范围内。的范围内。uiuoR1R2RfDZ输出端保护输出端保护4.保护保护下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录(3)电源保护电源保护为了防止正负电源接反，可用二极管保护，若电源为了防止正负电源接反，可用二极管保护，若电源接错，二极管反向截止，集成运放上无电压，如图所接错，二极管

25、反向截止，集成运放上无电压，如图所示。示。ui2 UEEUCCD1uOui1D2电源保护电源保护下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录5.相位补偿相位补偿集成运放在实际使用中遇到最棘手的问题就是自集成运放在实际使用中遇到最棘手的问题就是自激。要消除自激，通常是破坏自激形成的相位条件，激。要消除自激，通常是破坏自激形成的相位条件，这就是相位补偿，如图所示。其中，图这就是相位补偿，如图所示。其中，图(a)是输入分是输入分布电容和反馈电阻过大布电容和反馈电阻过大(1M)引起自激的补偿方引起自激的补偿方法，图法，图(b)中所接的中所接的RC为输入端补偿法，常用于高速为输入端补偿法，常用于高速集成运放。集成运放。(a)CRfuAR3ui1Ro(b)RCRfu oAR3ui1ui2R1R2相位补偿相位补偿下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录6.扩大输出电流扩大输出电流在输出端加接一级互补电路扩大输出电流。在输出端加接一级互补电路扩大输出电流。uORFR1ui+R2RBD1UCC+UCCD2RBT1T2