电工电子技术第11章ppt

第十一章集成运算放大器及其应用第三节集成放大器简介第四节集成运放在信号运算电路中的应用第六节集成运放在信号处理方面的应用第三节集成放大器简介集成运算放大器的特点集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的主要技术指标集成运算放大器的理想化模型集成运算放大器的电压传输特性及其分析特点一、集成运算放大器的特点集成电路：将整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成完整的能完成特定功能的电子电路。运算放大器：具有高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大器。二、集成运算放大器的简单介绍1.集成运放的组成输入级中间级输出级偏置电路输入输出2.集成运放的管脚图及符号F007管脚图F741（F007）12348765符号A---反相输入端B---同相输入端F---输出端AV－＋u+u－uoABF＋信号从反相输入端输入时，输出与输入相位相反。信号从同相输入端输入时，输出与输入相位相同。三、集成运算放大器的主要技术指标1.输入失调电压UiO当无输入信号时，为使输出的电压值为零，在输入端加入的补偿电压。其值越小越好（0.5～5mV）2.输入失调电流IiO输入电压为零时，流入放大器两个输入端的静态基极电流之差。IiO＝IB1－IB2其值越小越好（1nA~10nA）3.开环差模放大倍数Auo运放在开环时的差模放大倍数其值越高越好（104～107）5.最大输出电压Uopp输出不失真的最大输出电压值6.共模抑制比KCMR越大抗干扰能力越强四、集成运算放大器的理想化模型实际运放u+u－uoriroAOUiuiAO很高，104ri很高，几十~几百KΩrO很低，几十~几百ΩKCMR很高理想运放u+u－uoAOUiuiAO＝∞ri=∞rO=0KCMR＝∞五、集成运算放大器的电压传输特性及其分析特点运算放大器的电压传输特性集成运放的输出电压uO与输入电压ui(u+－u－)之间的关系uO＝f(ui)称为集成运放的电压传输特性。uOui+UOM－UOMuO＝AOui=AO(u+－u－)ui|UiM|，运放工作在线性区线性区非线性区ui|UiM|，运放饱和，工作在非线性区线性区引入深度负反馈，可以使运放工作在线性区。∞－＋uo＋ud反馈电路开环系统：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。uOui+UOM－UOM理想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。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。运算放大器的分析特点1.线性区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”。虚短uO＝AO（u＋－u－）AO≈∞u＋－u－≈uo／AO≈0u＋≈u－当u＋＝0（接地）u－≈u＋≈0称此时的反相输入端为“虚地点”。反之，也成立。u+u－uoAOUiui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≈∞I－≈I+≈02.非线性区在非线性区，虚短概念不成立，但虚断概念成立。u+I－uoAOUiu－I+例：利用理想运放组成的二极管检测电路，求出流过D的电流iD及D两端的电压uD。∞－＋uo＋ui15V1.5KΩ－0.67VDiDiRi＋i－0uu0iimA105.115R0-uiRDiiV67.0oDuu解：虚地点第四节集成运放在信号运算电路中的应用分析线性区理想运放的两个概念基本运算电路一、分析线性区理想运放的两个概念虚短u＋≈u－I－≈I+≈0虚断u+I－uoAOUiu－I+二、基本运算电路比例电路∞－＋uo＋uiifi1R1R2Rf1.反相比例电路∵i+≈0（虚断）∴u+＝0u+≈u－≈0（虚地点）i1=ui／R1if=u－－uo=－uo／Rf∵i－≈i+＝0∴i1＝if即ui/R1=－uo/Rf1iouRRAffuu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R1、Rf有关。R2－－平衡电阻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。R2＝R1//Rf当R1＝Rf时，uo＝－ui，该电路称为反相器。2.同相比例电路∞－＋uo＋ifi1uiR2R1Rf∵i+≈0（虚断）∴u+＝uiu+≈u－≈ui（虚短）i1=（0－ui）／R1if=(u－－uo)／Rf=(ui－uo)／Rf∵i－≈i+＝0∴i1＝if1iouRR1Affuu＋RR1ioiuuuf当Rf＝有限值时，R1＝∞∞－+uo＋uiR2－－平衡电阻R2＝R1//RfAuf=1→电路成为电压跟随器。uo＝ui此电路输入电阻大，输出电阻小。例2、理想化运放组成的电路如图，试推算输出电压uo的表达式。∞－＋uo＋uiR1R3R2R4解:此电路为同相比例电路2o1i1uRuR判断这个等式、×√返回习题题解哈，verygood!习题题解∞－＋uo＋uiR1R3R2R4u+解:此电路为同相比例电路2o11uRuR4i34RuuRR42oi314(1)()RRuuRRR返回加法运算电路uo∞－＋＋ui2ifi2R2RPRf0iiiiiif3210uuRuii111Ruii222Ruii333Ruiff0RuRuRuRuiiif3322110)(332211RuRuRuRuiiifoui3i3R3ui1i1R1RRRRf321若)(uuuu3i2i1ioRRRRRfP//////321平衡电阻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。减法运算电路（差动运算电路）∞－＋uo＋ui2ifi1R1R2Rfui1R3)(011接地uuiiuRRRRRuifO232311))(1(接地）uuii22(0uRRuif1102uRRuRRRRRuuuifif112323102010))(1(利用叠加原理同相端输入ui1反相端输入当R1=R2=R3=Rf=R时，uo=ui2－ui1(减法器）)-(RR,RRRRi1i210123uuuff时当R2//R3=R1//Rf平衡条件例：已知RF＝4R1，求u0与ui1、ui2的关系式。A1－+＋ui1A2－＋uo＋ui2R1R2RFuo′解:A1为跟随器；A2为差放。uo′=ui1u)RR1(u2i1FouRRu)RR1(1i1F2i1Fuo＝5ui2－4ui1'uRRo1F例6、如图，求uo与ui1、ui2的关系式。A1－+＋ui1A2－＋uo＋ui210kΩuo′10kΩ30kΩ10kΩ6kΩ解:oi1i2'3030()610uuuoo'1010uui1i253uuA1为反向加法器；A2为反相比例电路。i1i2(53)uu返回例7、如图，求uo。A1－+＋A3－＋uo＋100kuo150k80k20kA2－+＋12k50k100k12k11k30k60kuo2－0.3V0.4VA1：反相比例A2：同相比例A3：差动输入解：o180()(0.3)V1.2V20uo26012(1)0.4V0.6V301212uoo2o1100()1.2V50uuu返回第六节集成运放在信号处理方面的应用有源滤波器采样保持电路返回返回滤波电路的种类:按电路功能:低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器按所用元件:无源滤波器和有源滤波器按阶数:一阶、二阶、…、高阶一、有源滤波器所谓滤波器，它能使一定频率范围内的信号顺利通过，而在此频率范围以外的信号衰减很大，不易通过。返回RR1RFC+-+iUoU一阶有源低通滤波器i11jjUUCRCi1jURCfo+11RUUR返回oFufi11=(1)1jURAURRC01RC令f1uf011jRRAf1uf201||1RRA返回0fuf01uf1||||22RARA称ω0为截止角频率0011=2πRCfRC|Auf|ω|Auf0|0.707|Auf0|ω0幅频特性曲线O返回二阶有源低通滤波器RR1RFC+-+iUoUCR阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器|Auf|ω|Auf0|理想低通一阶低通二阶低通O返回二、采样保持电路RC+-+iUoUS控制信号控制信号ui/uot采样采样采样保持保持保持采样保持电路能快速而准确地跟随输入信号的变化进行间隔采样。O