三章集成运算放大器及其应用.ppt
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1、三章集成运算放大器及其应用 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第一节第一节 直接耦合放大器直接耦合放大器返返 回回 直接耦合放大器直接耦合放大器 级与级之间不经电抗元件而直接连接的方式,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。称为直接耦合。U UCCCC返回返回RB1RRC1RC2UCCRB2VT1VT2 零点漂移零点漂移 当输入信号为零时,输当输入信号为零时,输出端电压偏离原来的起始电压缓慢地无规则的出端电压偏离原来的起始电压缓慢地无规
2、则的上下漂动,这种现象叫零点漂移。上下漂动,这种现象叫零点漂移。产生原因产生原因 温度变化、电源电压的波动、温度变化、电源电压的波动、电路元件参数的变化等等。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。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各级工作点相互影响 适于放大直流或变化缓慢的信号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电压放大倍数为各级放大倍数之积 零点漂移零点漂移返回返回第二节第二节 差动放大电路差动放大电路 基本差动放大电路基本差动放大电路 典型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具有恒流源的差动放大电路 差动放
3、大电路的输入输出方式差动放大电路的输入输出方式返返 回回一、基本差动放大电路一、基本差动放大电路 电路由两电路由两个特性完全个特性完全相同的基本相同的基本放大电路组放大电路组成。成。1.抑制零点漂移的原理抑制零点漂移的原理静态时,静态时,ui1=ui2=0,由于电路对称,由于电路对称RCRCRB1RB1ui1ui2RB2RB2uiUCCuoVT1 VT2返回返回温度上升,引起两边电流变化温度上升,引起两边电流变化 由于电路对称,零漂被抑制。由于电路对称,零漂被抑制。2.动态工作原理动态工作原理 差模信号差模信号 极性相反,幅值相同的信号。极性相反,幅值相同的信号。u i1=u i2 共模信号共
4、模信号 极性相同,幅值相同的信号。极性相同,幅值相同的信号。u i1=u i2返回返回差模输入(信号)差模输入(信号)共模输入(干扰信号)共模输入(干扰信号)差差动动放放大大电电路路对对差差模模信信号号有有放放大大作作用用,对共模信号有抑制作用。对共模信号有抑制作用。返回返回共模、差模同时输入共模、差模同时输入 若若电电路路完完全全对对称称,AC0,只只有有差差模模信信号号输输出出,若若电电路路不不完完全全对对称称,AC0,既既有有差差模模信信号号又有共模信号输出。又有共模信号输出。返回返回二、典型差动放大电路二、典型差动放大电路 加入射极公共加入射极公共电阻电阻RE(共模反(共模反馈电阻)可
5、以克馈电阻)可以克服电路不完全对服电路不完全对称引起的零漂称引起的零漂。负电源负电源EE的作的作用是补偿用是补偿RE上的上的电压降,从而保电压降,从而保证两管有合适的证两管有合适的静态工作点。静态工作点。RCRCRB1RB1RPREEEUCCui1ui2uiuoVT1 VT2返回返回TIC1IC2IEUEUBE1UBE2IB1IB2IC1IC2 RE 能够抑制零漂、共模信号,对差模信号无影能够抑制零漂、共模信号,对差模信号无影响。且响。且RE越大,抑制作用越强。但越大,抑制作用越强。但EE也需增大。也需增大。RP 为调零电阻,用来调节平衡。一般取值不大。为调零电阻,用来调节平衡。一般取值不大。
6、返回返回RL=RC/(RL/2)接入负载电阻接入负载电阻RL 电路分析电路分析静态时静态时流过流过RE电流电流=IE1+IE2=2IE动态时动态时由于由于RE对差模信号无影响。忽略对差模信号无影响。忽略RP的影响的影响KCMR是衡量放大信号的能力的技术指标。是衡量放大信号的能力的技术指标。Ad:差模放大倍数;差模放大倍数;AC:共模放大倍数共模放大倍数KCMR 越大,抑制共模信号越强。越大,抑制共模信号越强。共模抑制比(共模抑制比(KCMR)差模输入电阻差模输入电阻rid2(RB1+rbe)忽略忽略RP输出电阻输出电阻ro2RC返回返回三、具有恒流源的三、具有恒流源的差动放大电路差动放大电路R
7、CRCRB1RB1RPUCCuoVT1 VT2UEERRR1R2RE3V3ui R1、R2提供提供 稳定的稳定的iB,晶体管工作在放大,晶体管工作在放大区时,区时,iC近似恒定近似恒定。rCE。ui1ui2VT3、RE3、R1、R2组成组成具有恒流源具有恒流源特性的电路。特性的电路。电路采电路采用恒流源代用恒流源代替替RE,其等,其等效电阻大,效电阻大,抑制共模信抑制共模信号、零漂能号、零漂能力强,又不力强,又不需要过大的需要过大的负电源负电源UEE。返回返回UEEuiuo四、差动放大电路的输入输出方式四、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双端输入、双端输出的差动电路 单
8、端输入、双端输出的差动电路单端输入、双端输出的差动电路输入差模信输入差模信号近似均匀号近似均匀的分布在两的分布在两个管子上主个管子上主要技术指标要技术指标与双入双出与双入双出一致。一致。RB1单端输出只取单端输出只取自一个管子的自一个管子的集电极变量。集电极变量。依对称性:依对称性:roRCuo 单端输入、单端输出的差动电路单端输入、单端输出的差动电路RB1UCCRCRC 双端输入、单端输出的差动电路双端输入、单端输出的差动电路返回返回第三节第三节 集成运算放大器简介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特点 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
9、主要技术指标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理想化模型 集成运算放大器的电压传输特性及其分集成运算放大器的电压传输特性及其分析特点析特点返返 回回一、集成运算放大器的特点一、集成运算放大器的特点 集集成成电电路路:将将整整个个电电路路中中的的元元器器件件制制作作在在一一块块硅硅基基片片上上,构构成成完完整整的的能能完完成成特特定定功功能能的的电电子电路。子电路。运算放大器:具有高放大倍数、高输入电阻、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。低输出电阻的直接耦合放大器。返回返回二、集成运算放大器的简单介绍二、集成运算放大器的简单
10、介绍1.集成运放的组成集成运放的组成差动输差动输入级入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路输入输入输出输出抑制零漂,共抑制零漂,共模抑制比高模抑制比高低输出电阻,低输出电阻,多采用射随器多采用射随器放大作用的放大作用的主要单元主要单元提供各级提供各级静态电流静态电流返回返回2.集成运放的管脚图及符号集成运放的管脚图及符号F007管脚图管脚图F 741(F 0 07)12348765符号符号A 反相输入端反相输入端B 同相输入端同相输入端F 输出端输出端 Au u+uuoABF 信信号号从从反反相相输输入入端端输输入入时时,输出与输入相位相反。输出与输入相位相反。信号从同相输入端输入时,信
11、号从同相输入端输入时,输出与输入相位相同。输出与输入相位相同。返回返回三、集成运算放大器的主要技术指标三、集成运算放大器的主要技术指标1.输入失调电压输入失调电压Uio当当无无输输入入信信号号时时,为为使使输输出出的的电电压压值值为为零零,在输入端加入的补偿电压。在输入端加入的补偿电压。其值越小越好其值越小越好 (0.55mV)2.输入失调电流输入失调电流Iio输输入入电电压压为为零零时时,流流入入放放大大器器两两个个输输入入端端的静态基极电流之差。的静态基极电流之差。IioIB1IB2 其值越小越好其值越小越好 (110nA)3.开环差模放大倍数开环差模放大倍数Auo运放在开环时的差模放大倍
12、数运放在开环时的差模放大倍数 其值越高越好其值越高越好 (104107)5.最大输出电压最大输出电压Uopp 输出不失真的最大输出电压值输出不失真的最大输出电压值6.共模抑制比共模抑制比KCMR返回返回 F741 通用型集成运放通用型集成运放 F324通用型单电源四运放通用型单电源四运放 AD547 低温漂精密运放低温漂精密运放 OP07低输入失调电压精密运放低输入失调电压精密运放 AD744 高速运放高速运放常用集成运放芯片常用集成运放芯片返回返回四、集成运算放大器的理想化模型四、集成运算放大器的理想化模型 实际运放实际运放 u+uuoriroAuoUiuiAuo很高,很高,104ri很高,
13、几十很高,几十几百几百kro很低,几十很低,几十几百几百KCMR 很高很高 理想运放理想运放 u+uuoAuoUiuiAuori=ro=0KCMR返回返回五、集成运算放大器的电压传输特性五、集成运算放大器的电压传输特性 及其分析特点及其分析特点 运算放大器的电压传输特性运算放大器的电压传输特性 集成运放的输出电压集成运放的输出电压uo与输入电压与输入电压ui (u+u)之间的关系之间的关系uof(ui)称为集成运放的电压传输特称为集成运放的电压传输特性。性。uoui+UOMUOMuoAuo ui =Auo(u+u)ui|UiM|,运放饱和,运放饱和,工作在非线性区工作在非线性区线性区线性区引入
14、深度负反馈,引入深度负反馈,可以使运放工作可以使运放工作在线性区。在线性区。返回返回O uoud反馈电路反馈电路开开环环系系统统:不不加加反反馈馈网网络络时时的的电电路路系系统统,此此时时的的放放大大倍倍数叫开环放大倍数。数叫开环放大倍数。uoui+UOMUOM理想运放的电压传输特性理想运放的电压传输特性ui 0,|uo|UOM即即u+u时,运放处于时,运放处于非线性区。非线性区。闭环系统:加上反馈网络时闭环系统:加上反馈网络时的电路系统,此时的放大倍的电路系统,此时的放大倍数叫闭环放大倍数。数叫闭环放大倍数。返回返回O 运算放大器的分析特点运算放大器的分析特点1.线性区线性区 集集成成运运放
15、放两两个个输输入入端端之之间间的的电电压压通通常常非非常常接接近近于于零零,但但不不是是短短路路,故简称为故简称为“虚短虚短”。虚短虚短 uoAuo(uu)AuouuuoAuo0uu 当当u0(接地)(接地)u u 0 称此时的反相输入端为称此时的反相输入端为“虚地点虚地点”。反之,。反之,也成立。也成立。u+uuoui返回返回 虚虚 断断 流流入入集集成成运运放放两两个个输输入入端端的的电电流流通通常常为为零零,但但又又不不是是断断路路故故简简称称为为“虚断虚断”。riII+02.非线性区非线性区 在非线性区,虚短概念不成立,但虚断在非线性区,虚短概念不成立,但虚断概念成立。概念成立。u+I
16、uouI+返回返回 例例、利利用用理理想想运运放放组组成成的的二二极极管管检检测测电电路路,求出流过求出流过VD的电流的电流 iD 及及VD两端的电压两端的电压uD。uoui15V1.5k0.67VVDiDiRii 解:解:虚地点虚地点返回返回第四节第四节 集成运放在信号运算电集成运放在信号运算电路中的应用路中的应用 分析线性区理想运放的两个概念分析线性区理想运放的两个概念 基本运算电路基本运算电路返返 回回一、分析线性区理想运放的两个概念一、分析线性区理想运放的两个概念 虚短虚短uuII+0 虚断虚断 u+IuouI+返回返回二、基本运算电路二、基本运算电路 比例电路比例电路 uouiifi
17、1R1R2Rf1.反相比例电路反相比例电路 i+0(虚断)(虚断)u+0 u+u 0(虚地点)(虚地点)i1=u iR1 if=uuo=uoRf i i+0 i 1 i f即即 ui/R1=uo/Rf 返回返回 uo、ui 符合比例关系,负号表示输出输入电符合比例关系,负号表示输出输入电压变化方向相反。压变化方向相反。电路中引入深度负反馈,电路中引入深度负反馈,闭环放大倍数闭环放大倍数Auf 与运放的与运放的Au无关,仅与无关,仅与R1、Rf 有关。有关。R2 平衡电阻平衡电阻 同相端与地的等效电阻同相端与地的等效电阻。其作用是保持输。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。入级
18、电路的对称性,以保持电路的静态平衡。R2R1/Rf 当当R1Rf 时,时,uoui,该电路称为,该电路称为反相器反相器。返回返回2.同相比例电路同相比例电路 uouiR2R1Rf i+0(虚断)(虚断)u+ui u+u ui(虚短)(虚短)i1=(0u i)R1 if=(uuo)Rf =(u iuo)Rf i i+0 i 1 if返回返回ifi1 当当Rf有限值时,有限值时,R1 +uoui R2 平衡电阻平衡电阻 R2R1/RfAuf=1 电路成为电路成为电压电压跟随器跟随器。uoui 此电路输入电阻大,输此电路输入电阻大,输出电阻小。出电阻小。返回返回例例1、应用运放来测量电阻的电路如图,
19、应用运放来测量电阻的电路如图,U10V,R1=1M,输出端接电压表,被测电阻为输出端接电压表,被测电阻为Rx,试找出试找出Rx与电压表读数与电压表读数uo之间的关系。之间的关系。Rx R1 U V解解:此电路为反相比例电路此电路为反相比例电路返回返回例例2、理想化运放组成的电路如图,理想化运放组成的电路如图,试推算输出试推算输出电压电压uo的表达式。的表达式。uouiR1R3R2R4解解:此电路为同相比例电路此电路为同相比例电路判断这个等式判断这个等式 、返回返回啊,见鬼了啊,见鬼了!习习 题题题题 解解哈,哈,very good!习习 题题题题 解解 uouiR1R3R2R4u+解解:此电路
20、为同相比例电路此电路为同相比例电路返回返回例例3、图示电路为图示电路为T形反馈网络的反相比例电路,形反馈网络的反相比例电路,试推算输出输入之间的关系。试推算输出输入之间的关系。uouii2i1R1RR2R3R4i4i3Mu+u 0(虚地点)(虚地点)i i+0 i 1 i2=u iR1解解:此电路只在要求放此电路只在要求放大倍数较大、输入电阻大倍数较大、输入电阻较高和避免阻值过高时较高和避免阻值过高时才采用。才采用。返回返回 加法运算电路加法运算电路uo ui2ifi2R2RPRfui3i3R3ui1i1R1返回返回 在调节某一路信号的输入电阻的阻值时,在调节某一路信号的输入电阻的阻值时,不影
21、响其它输入电压与输出电压的比例关系,不影响其它输入电压与输出电压的比例关系,调节方便。调节方便。求和电路也可从同相端输入,但同相求和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,且不如反相求和电电路的共模输入电压较高,且不如反相求和电路调节方便。路调节方便。返回返回 减法运算电路(差动运算电路)减法运算电路(差动运算电路)uoui2ifi1R1R2Rfui1R3利用叠加原理利用叠加原理同相端输入同相端输入ui1反相端输入反相端输入返回返回当当 R1=R2=R3=Rf=R 时,时,uo=ui2ui1 (减法器)减法器)R2/R3=R1/Rf 返回返回当当例例4、用运放组成的直流毫伏
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- 集成 运算放大器 及其 应用
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