电工电子技术 教学课件 ppt 作者 王桂琴 第11章 集成运算放大电路及其应用

第十一章 集成运算放大器及其应用,第一节 直接耦合放大器 第二节 差动放大电路 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 第五节 放大电路中的负反馈 第六节 集成运放在信号处理方面的应用 第七节 集成运放在信号产生方面的应用,习 题,目录,第一节 直接耦合放大器,返 回,直接耦合放大器,级与级之间不经电抗元件而直接连接的方式，称为直接耦合。,UCC,返回,RB1,R,RC1,RC2,UCC,RB2,VT1,VT2,零点漂移 当输入信号为零时，输出端电压偏离原来的起始电压缓慢地无规则的上下漂动，这种现象叫零点漂移。 产生原因 温度变化、电源电压的波动、电路元件参数的变化等等。 第一级产生的零漂对放大电路影响最大。,各级工作点相互影响 适于放大直流或变化缓慢的信号 电压放大倍数为各级放大倍数之积 零点漂移,返回,第二节 差动放大电路,基本差动放大电路 典型差动放大电路 具有恒流源的差动放大电路 差动放大电路的输入输出方式,返 回,一、基本差动放大电路,电路由两个特性完全相同的基本放大电路组成。,1. 抑制零点漂移的原理,静态时，ui1=ui2=0，由于电路对称,RC,RC,RB1,RB1,ui1,ui2,RB2,RB2,ui,UCC,uo,VT1 VT2,返回,温度上升，引起两边电流变化,由于电路对称，零漂被抑制。,2. 动态工作原理,差模信号 极性相反，幅值相同的信号。 u i1=u i2 共模信号 极性相同，幅值相同的信号。 u i1= u i2,返回,差模输入（信号）,共模输入（干扰信号）,差动放大电路对差模信号有放大作用，对共模信号有抑制作用。,返回,共模、差模同时输入,若电路完全对称，AC0，只有差模信号输出，若电路不完全对称，AC0，既有差模信号又有共模信号输出。,返回,二、典型差动放大电路,加入射极公共电阻RE（共模反馈电阻）可以克服电路不完全对称引起的零漂 。,负电源EE的作用是补偿RE上的电压降，从而保证两管有合适的静态工作点。,RC,RC,RB1,RB1,RP,RE,EE,UCC,ui1,ui2,ui,uo,VT1 VT2,返回,T,IC1,IC2,IE,UE,UBE1,UBE2,IB1,IB2,IC1,IC2,RE 能够抑制零漂、共模信号，对差模信号无影响。且RE越大，抑制作用越强。但EE也需增大。,RP 为调零电阻，用来调节平衡。一般取值不大。,返回,RL=RC/(RL/2),接入负载电阻RL,电路分析,静态时 流过RE电流=IE1+ IE2=2IE,动态时,由于RE对差模信号无影响。忽略RP的影响,KCMR是衡量放大信号的能力的技术指标。 Ad:差模放大倍数；AC:共模放大倍数,KCMR 越大，抑制共模信号越强。,共模抑制比（KCMR）,差模输入电阻,rid2(RB1+rbe) 忽略RP,输出电阻,ro2RC,返回,三、具有恒流源的差动放大电路,RC,RC,RB1,RB1,RP,UCC,uo,VT1 VT2,UEE,R,R,R1,R2,RE3,V3,ui,R1、R2提供 稳定的iB ，晶体管工作在放大区时，iC近似恒定。 rCE。,ui1,ui2,VT3、RE3、R1、R2组成具有恒流源特性的电路。,电路采 用恒流源代 替RE，其等 效电阻大， 抑制共模信 号、零漂能 力强，又不 需要过大的 负电源UEE。,返回,四、差动放大电路的输入输出方式,双端输入、双端输出的差动电路,RB1,单端输出只取自一个管子的集电极变量。依对称性：,roRC,返回,第三节 集成运算放大器简介,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,返 回,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。,返回,二、集成运算放大器的简单介绍,1. 集成运放的组成,抑制零漂，共模抑制比高,低输出电阻，多采用射随器,放大作用的主要单元,提供各级静态电流,返回,2. 集成运放的管脚图及符号,F007管脚图,符号,A 反相输入端 B 同相输入端 F 输出端,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。,返回,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 （0.55mV） 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。 IioIB1IB2 其值越小越好 （110nA）,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 （104107） 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,返回,常用集成运放芯片,返回,四、集成运算放大器的理想化模型,实际运放,Auo很高， 104 ri很高，几十几百k ro很低，几十几百 KCMR 很高,理想运放,Auo ri= ro=0 KCMR,返回,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uof (ui) 称为集成运放的电压传输特性。,uoAuo ui = Auo(u+u),线性区,引入深度负反馈，可以使运放工作在线性区。,返回,O,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。,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。,返回,O,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,uoAuo（uu） Auo uuuoAuo0,uu,当u0 （接地） u u 0 称此时的反相输入端为“虚地点”。反之， 也成立。,返回,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,II+ 0,2. 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,uo,u,I+,返回,例、利用理想运放组成的二极管检测电路，求出流过VD的电流 iD 及VD两端的电压uD。,uo,ui,15V,1.5k,0.67V,VD,iD,iR,i,i ,解：,虚地点,返回,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,返 回,一、分析线性区理想运放的两个概念,虚短,uu,II+ 0,虚断,返回,二、基本运算电路,比例电路,1. 反相比例电路, i+0 （虚断） u +0 u + u 0 （虚地点）,i1=u iR1 if = uuo=uoRf i i +0 i 1 i f,即 ui/R1=uo/ Rf,返回,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。 R2R1/Rf,当R1Rf 时， uoui ，该电路称为反相器。,返回,2. 同相比例电路,uo,ui,R2,R1,Rf, i+0 （虚断） u + ui u + u ui （虚短）,i1=（0u i）R1 if = (uuo )Rf =( u iuo)Rf i i +0 i 1 if,返回,当Rf有限值时，R1,R2 平衡电阻 R2R1/Rf,Auf =1 电路成为电压跟随器。 uoui 此电路输入电阻大，输出电阻小。,返回,例1、应用运放来测量电阻的电路如图，U10V，R1=1M，输出端接电压表，被测电阻为Rx，试找出Rx与电压表读数uo之间的关系。,解:,此电路为反相比例电路,返回,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,ui,R1,R3,R2,R4,解:,此电路为同相比例电路,判断这个等式 、,×,返回,啊，见鬼了!,习 题,题 解,哈，very good!,习 题,题 解,uo,ui,R1,R3,R2,R4,u+,解:,此电路为同相比例电路,返回,例3、图示电路为T形反馈网络的反相比例电路，试推算输出输入之间的关系。,u + u 0 （虚地点）, i i +0 i 1 i2 = u iR1,解:,此电路只在要求放大倍数较大、输入电阻较高和避免阻值过高时才采用。,返回,加法运算电路,uo,ui2,if,i2,R2,RP,Rf,返回,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。,返回,减法运算电路（差动运算电路）,uo,ui2,if,i1,R1,R2,Rf,R3,利用叠加原理,同相端输入,反相端输入,返回,当 R1= R2= R3= Rf =R 时， uo= ui2ui1 (减法器）,R2/ R3 = R1/ Rf,返回,当,例4、用运放组成的直流毫伏表电路如图所示，设表的内阻可忽略，试求Io与VS的关系。,解:,电路实为反相比例电路,R,Vo=VS,I1= I2 ( 虚断）,Io= II2=Vo/RVS/R1,I=Vo/R,I1= I2= VS/R1,=VS(1 /R+ 1 /R1),返回,例5、已知RF4R1，求uo与ui1、 ui2的关系式。,解:,A1为跟随器；A2为差放。,uo= ui1,uo5 ui24 ui1,返回,例6、如图，求uo 与 ui1、ui2的关系式。,解:,A1为反向加法器；A2为反相比例电路。,返回,例7、如图，求uo 。,A1：反相比例 A2：同相比例 A3：差动输入,解：,返回,积分电路,uo,ui,iC,i1,R,RP,C,uo正比于ui的积分,返回,O,O,延迟,积分电路的应用,信号延迟时间T后，电压值达到U,方波转化为三角波,返回,O,O,O,O,微分电路,iR,uo正比于ui的微分,返回,O,O,例8、电路如图，已知运放±UOM=±10V，输入信号波形如图，R1M，C0.05F，求输出波形。 （电容初始能量为零）,ui /v,t/s,1,O,RC=1×106×0.05×106s=0.05s,uo = UOMAX10s =20 t,t = 0.5s,解:,返回,O,例9、电路如图所示，已知R1=R2=10k,C=0.1F,集成运放±UOM=