劳动出版社精品课件 《电子电路基础（第四版）》 A052999电子电路基础（第四版）第四章

1、第四章 集成运算放大器的应用,41集成运放的主要 参数和工作特点,1. 了解集成运放的主要参数。 2. 掌握理想集成运放工作于线性状态的特点。 3. 掌握理想集成运放两种基本放大器的组成和工作特点。 4. 能安装和调试用集成运放组成的比例运算电路。,学习目标,一、集成运放的主要参数,1. 开环差模电压放大倍数Aud 指集成运放在无反馈情况下的差模电压放大倍数。 2. 开环差模输入电阻ri 开环差模输入电阻指差模输入时，集成运放的开环输入电阻。 3. 开环输出电阻ro 开环输出电阻指集成运放无反馈情况下的输出电阻。,4. 共模抑制比KCMR 开环差模电压放大倍数与闭环共模电压放大倍数之比的绝对值。因为集成运放的共模抑制比数值很大，故通常用分贝表示。即,5. 最大输出电压UOPP 集成运放在空载情况下，最大不失真输出电压的峰峰值。 6. 最大差模输入电压UIDM 集成运放两个输入端之间所能承受的最大差模输入电压。,7. 最大共模输入电压UICM 集成运放两个输入端之间所能承受的最大共模输入电压。 8. 输入失调电压UIO 当输入信号为零时，为使输出电压为零，在输入端所加的补偿电压值。它反映

2、集成运放输入级差分放大部分参数的不对称程度，UIO越小越好。 9. 静态功耗PD 集成运放在输入端短路、输出端开路时所消耗的功率。,二、集成运放的理想化,（1）开环差模电压放大倍数 Aud。 （2）开环差模输入电阻ri。 （3）开环输出电阻ro0。 （4）共模抑制比KCMR。 （5）没有失调现象，即当输入信号为零时，输出信号也为零。,集成运放等效电路,三、理想集成运放工作于线性状态的特点,由于理想集成运放的开环电压放大倍数趋于无穷大，因此电路中必须引入负反馈才能保证集成运放工作于线性状态。这时输出电压与输入电压满足线性放大关系，即,式中，uo为有限值，而理想集成运放Aud，因而净输入电压uPuN=0，即uP=uN。 这一特性称为“虚短”，如果有一输入端接地,则另一输入端也非常接近地电位,称为“虚地”。 又因为理想集成运放输入电阻ri,所以两个输入端输入电流也均为零,即iP = iN = 0，这一特性称为“虚断”。,四、集成运放组成的两种基本放大器,1. 反相放大器 (反相比例运算放大器),反相放大器,放大器的电压放大倍数为 式中，负号表示uo与ui反相，故称为反相放大器。又由于uo与u

3、i 成比例关系，故又称反相比例运算放大器。若取Rf = R1 = R，则比例系数为1，电路便成为反相器。,2.同相放大器 (同相比例运算放大器) 利用“虚短”特性 (注意: 同相输入时无“虚地”特性) 可得,又根据“虚断”特性，iN = 0，可得,所以,uo 与ui同相，故称为同相放大器。又称同相比例运算放大器。若令Rf=0，R1=(即开路状态)，如图所示，则比例系数为1，电路称为电压跟随器。,同相放大器,电压跟随器,42 信号运算电路,1. 掌握反相加法运算电路的组成和运算关系。 2. 掌握减法运算电路的组成和运算关系。 3. 了解积分运算、微分运算电路的组成和运算关系。,学习目标,一、反相加法运算电路,反相加法运算电路,图中，同相输入端所接电阻R 必须满足平衡要求，取R =R1 R2 R3 Rf。,当R1 =R2 =R3 =Rf 时，可得uo = (ui1+ui2+ ui3),二、减法运算电路 (差分输入比例运算电路),按外接电阻的平衡要求，应满足R1 Rf =R2 R3 。,减法运算电路,ui1与ui2共同作用时的输出电压为,当R1=R2，且Rf =R3时，上式可化简为,三、积分

4、运算电路,在图所示电路中，当输入脉冲电压上升时，电容C充电，输出电压uo(即uC)随时间增大而逐渐增大，当电荷量充足后，输出电压便不会再增大。但如果脉冲宽度较小，在输出达到稳定值之前，脉冲电压已变为零，则电容转为放电，而最终电压也变为零。电容充放电速度的快慢，取决于电阻R和电容C乘积的大小(=RC称为时间常数)。,电容两端的电压uC流过电容的电流iC之间存在积分的关系， 即,它反映了uC在输入脉冲宽度时间内的累积变化情况。,积分电路及其波形 a)原理电路 b)输入、输出信号波形,若将反相放大器中的反馈电阻Rf 用电容C代替，便构成积分运算电路，如图所示。,积分运算电路,设电容C上初始电压为零，当输入阶跃信号时输出电压波形如图a所示，当输入方波信号时输出电压波形如b所示。,积分运算电路输入、输出波形 a)输入阶跃信号 b)输入方波信号 c)输入、输出信号实测波形,四、 微分运算电路,在如图所示电路中，当输入脉冲电压急剧上升时，这个瞬间的脉冲电压几乎全部加在电阻R上。此后，随着电容C的充电，电阻两端电压 (即uo) 逐渐下降。当电容充足后，充电电流为零，输出电压也为零。当输入脉冲降为零时，

5、电容放电。因为放电电流的方向与充电时相反，所以输出波形反向。,微分电路及其波形 a)原理电路 b)输入、输出波形,b),流过电容的电流iC与电容两端的电压uC之间存在微分关系， 即,它反映了 iC 在输入脉冲突变时短时间内的变化情况。,将积分运算电路中的电容C和电阻R的位置互换，便可构成微分运算电路，如图所示。,微分运算电路,43 集成运放的,非线性应用,1. 掌握理想集成运放工作在非线性区的特点。 2. 掌握单门限电压比较器的组成、功能和应用。 3. 掌握迟滞比较器的组成、功能和应用。 4. 了解窗口比较器的组成和功能。,学习目标,一、理想集成运放工作在非线性区的特点,当uPuN 时，uo= +Uom 当uPuN 时，uo= Uom,二、单门限电压比较器,电压比较器的作用是将两个模拟信号电压进行比较，然后将比较结果以高电平(+Uom ) 或低电平 (Uom ) 的形式输出。在两个输入信号中，一个是参考电压 (或固定电压)，另一个则是变化的输入电压。,单门限电压比较器 a)原理电路 b)UR0时的传输特性曲线 c)UR0时的传输特性曲线 d)UR=0时的传输特性曲线,利用比较器可以实现

6、波形变换，如图所示。,利用电压比较器实现波形变换 a)电压比较器 b)波形变换,三、迟滞比较器,迟滞比较器又称施密特触发器，它是一种双门限电压比较器。 当uo= +Uom 时，门限电压用UP1表示，根据叠加原理可得,迟滞比较器 a)原理电路 b)传输特性曲线,当输入电压ui逐渐增大直至ui=UP1时，输出电压uo发生翻转，由 +Uom 跳变为Uom ，门限电压随之变为,当ui逐渐减小，直至ui=UP2 时，输出电压再度翻转，由Uom 跳变为+Uom 。 两个门限电压之差称为回差电压，用UP表示。,回差电压UP 参考电压UR 无关。,四、 窗口比较器,能检测出输入电压是否在两个给定电压之间,窗口比较器电压传输特性,窗口比较器,44 使用集成运放,应注意的问题,1. 了解集成运放的选择和简易检测方法。 2. 了解集成运放使用中的保护措施。,学习目标,一、合理选择集成运放,集成运放的主要类型及其特点和型号举例,选用集成运放时，应根据电路要求，从集成运放的技术指标、外形尺寸、价格等方面综合考虑。,集成运放的主要类型及其特点和型号举例,二、熟悉管脚,集成运放引脚排列与其他常用集成电路引脚排列规律

7、相同，均通过外形标记进行识别。,常用集成电路引脚排列,三、集成运放的质量检测,1. 用万用表检测 用万用表“ 100”或“R 1k”电阻挡测量集成运放各引脚对输出端间正反向电阻、各引脚对接地引脚之间的正反向电阻，然后将所测阻值与同型号集成运放参考值相比，数值应较为接近，如果相差很大，甚至出现短路或断路现象，一般是集成运放已损坏。 2. 用测试电路检测 3. 用专用仪器检测,集成运放的简易检测,LEAPER-2型线性IC测试仪,四、正确接线,特要注意电源接法：有的运放用单电源供电，有的运放可用单电源供电也可用双电源供电，还有的运放只能用双电源供电。正负电源电压值要相等，一般为15V，可以降低使用。,五、调零,为了补偿由输入失调电压引起的误差，需要对集成运放进行调零。,六、保护电路,1. 防止电源接反保护 2. 输入限幅保护,防止电源接反保护电路,输入限幅保护 a)双端输入保护电路 b)单端输入保护电路,3. 输出端保护,输出保护电路,本章小结,1. 集成运放的主要参数有开环差模电压放大倍数、开环差模输入电阻、开环输出电阻、共模抑制比、输入失调电压、最大输出电压等。通用型集成运放适合一般应

8、用，特殊型集成运放在某方面性能优良，因而适合特殊要求的场合。 2. 集成运放引入负反馈时工作在线性区，这时输出电压与输入电压满足线性放大关系。集成运放不引入反馈或仅引入正反馈，则工作在非线性区，这时输出电压只有两种可能:+Uom或Uom ；同时其净输入电流为零。,3. 理想集成运放工作于线性状态时，净输入电流为零，称为“虚断”；净输入电压也为零，称为“虚短”。“虚断” 和 “虚短” 是分析集成运放运算电路的两个基本出发点。 4. 集成运放有反相输入、同相输入和差分输入三种输入方式，其中反相输入和同相输入的比例运算放大器是各种运算电路的基础。由集成运放组成的各种运算电路及其运算关系见表。,由集成运放组成的运算电路,由集成运放组成的运算电路,由集成运放组成的运算电路,5. 各种电压比较器有两个共同点: () 集成运放处于开环状态或引入了正反馈，工作于非线性区。 () 输入信号是模拟量，输出信号是数字量 (高电平+Uom ，低电平Uom )。 各种电压比较器的区别在于它们的传输特性不同，门限电压也不同，具体见表。,各种电压比较器的区别,各种电压比较器的区别,6. 集成运放在使用时必须先查手册，接线要正确，要进行消振和调零。为避免集成运放损坏，还应在输入、输出端加接保护电路；为防止电源接反，应在电源端加接保护电路。,谢谢 THANKS,

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