第3章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用

1、第第3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用是一種是一種高放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻高放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻的的直接耦合放大電路直接耦合放大電路集成運(yùn)算放大器：集成運(yùn)算放大器：抑制零漂，提高共模抑制比抑制零漂，提高共模抑制比, 輸入電阻大，采用輸入電阻大，采用差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路輸出級主要提高帶負(fù)載能力，輸出級主要提高帶負(fù)載能力，輸出電阻低，多采用輸出電阻低，多采用射隨器射隨器電路方框圖電路方框圖中間級中間級輸入級輸入級輸出級輸出級偏置電路偏置電路中間級應(yīng)有足夠大的電壓

2、放大倍數(shù)中間級應(yīng)有足夠大的電壓放大倍數(shù) 提供各級靜提供各級靜態(tài)電流態(tài)電流第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用模擬集成電路模擬集成電路命名命名按照按照GB343082, 由五部分組成：由五部分組成：CF0741CT金屬圓型封裝070通用 型運(yùn)算放大器線性放大器符合國家標(biāo)準(zhǔn)第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用第第1部分部分第第2部分部分第第3部分部分第第4部分部分第第5部分部分用字母表示器用字母表示器件符合國家標(biāo)件符合國家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)用字母表示器件的類用字母表示器件的類型型用阿拉伯用阿拉伯?dāng)?shù)字表示數(shù)字表示器件的系器件的系列和品種列和品種代號代號用字母表示器用字母表

3、示器件的工作溫度件的工作溫度范圍范圍用字母表示器件的封用字母表示器件的封裝裝符符號號意義意義符符號號意義意義符符號號意義意義符符號號意義意義C中國制中國制造造TTTL C070oCW陶瓷扁平陶瓷扁平HHTLE-4085oCB塑料扁平塑料扁平EECLR-5585oCF全封閉扁平全封閉扁平CCMOSMLL-55125oCLLD陶瓷直插陶瓷直插F線性放大器線性放大器P塑料直插塑料直插D音響、電視電路音響、電視電路J黑陶瓷直插黑陶瓷直插W穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器K金屬菱形金屬菱形J接口電路接口電路T金屬圓形金屬圓形一、外形與符號一、外形與符號(a)圓形(b)雙列直插式(c)扁平形管腳圖管腳圖 7411234876

4、5A 四運(yùn)放LM324引腳排列圖 外引線排列圖 國內(nèi)符號：國內(nèi)符號： A u+u-uou- - - 反相輸入端反相輸入端u+ - - 同相輸入端同相輸入端uo - - 輸出端輸出端 信號從反相輸入端輸入時(shí)，輸出與輸入相位相反。信號從反相輸入端輸入時(shí)，輸出與輸入相位相反。 信號從同相輸入端輸入時(shí)，輸出與輸入相位相同。信號從同相輸入端輸入時(shí)，輸出與輸入相位相同。 國際符號：國際符號：u-u+ uo Rid 高高:幾十幾十k 幾百幾百k 1）特點(diǎn)：）特點(diǎn)：理想運(yùn)放：理想運(yùn)放： Rid KCMR很大很大KCMR Rod ?。簬资。簬资?幾百幾百 Rod 0 A ud 很大很大:104以上以上 107

5、Aud 二、集成運(yùn)放的基本特性二、集成運(yùn)放的基本特性第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用2 2）傳輸特性）傳輸特性uo Uom UomO非線性區(qū)線性區(qū)非線性區(qū)ui集成運(yùn)放的傳輸特性凡是將放大電路輸出端的信號（電壓或電流）的凡是將放大電路輸出端的信號（電壓或電流）的一部分或全部引回到輸入端，與輸入信號迭加，一部分或全部引回到輸入端，與輸入信號迭加，從而影響輸出的手段，稱為從而影響輸出的手段，稱為反饋反饋。反饋信號削弱了凈輸入信號反饋信號削弱了凈輸入信號這里的信號一般是指交流信號，判斷正負(fù)反饋，這里的信號一般是指交流信號，判斷正負(fù)反饋，就要判斷反饋信號與輸入信號的相位關(guān)系，同相

6、（就要判斷反饋信號與輸入信號的相位關(guān)系，同相（反反饋信號與輸入信號作用相同饋信號與輸入信號作用相同）是）是正反饋正反饋，反相（，反相（反饋反饋信號與輸入信號作用相反信號與輸入信號作用相反）是）是負(fù)反饋負(fù)反饋。補(bǔ)充：補(bǔ)充：反饋：反饋：反饋信號增強(qiáng)了凈輸入信號反饋信號增強(qiáng)了凈輸入信號負(fù)反饋：負(fù)反饋：正反饋：正反饋：注意：注意：補(bǔ)充：補(bǔ)充：放大器放大器輸出輸出輸入輸入取取+ + 加強(qiáng)輸入信號加強(qiáng)輸入信號 正反饋正反饋 用于振蕩器用于振蕩器取取 - - 削弱輸入信號削弱輸入信號 負(fù)反饋負(fù)反饋 用于放大器用于放大器開環(huán)開環(huán)閉環(huán)閉環(huán)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)疊加疊加反饋反饋信號信號實(shí)際被放大信號實(shí)際被放大信號反饋框

7、圖：反饋框圖：負(fù)反饋對放大電路性能影響的仿真負(fù)反饋對放大電路性能影響的仿真輸出波形輸入波形引入負(fù)反饋前輸出波形失真引入負(fù)反饋前輸出波形失真引入負(fù)反饋后輸出波形不失真引入負(fù)反饋后輸出波形不失真輸出波形輸入波形第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用三、集成運(yùn)放的線性及非線性特點(diǎn)三、集成運(yùn)放的線性及非線性特點(diǎn)線性：線性： 條件：引入深度負(fù)反饋。集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí),輸出電壓在有限值之間變化,而集成運(yùn)放Aud,則uid=uod/Aud0,由uid=uu,得 uu 可見,同相端和反相端電壓幾乎相等, 稱為虛假短路,簡稱“虛短”。第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用

8、由集成運(yùn)放的輸入電阻Rid,得0ii 上式說明上式說明, ,流入集成運(yùn)放同相端和反相端的流入集成運(yùn)放同相端和反相端的電流幾乎為零電流幾乎為零, , 稱為虛假斷路稱為虛假斷路, ,簡稱簡稱“虛斷虛斷”。 ,0u 如果信號從反向端輸入，同相端接地如果信號從反向端輸入，同相端接地 0u反相端近于反相端近于“地地”電位，即電位，即虛地虛地。第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，uuomoUu非線性特點(diǎn)：非線性特點(diǎn)： 當(dāng)集成運(yùn)放工作在開環(huán)或正反饋時(shí)在開環(huán)或正反饋時(shí),由于Aud很大,只要有微小的電壓輸入,集成運(yùn)放就一定工作集成運(yùn)放就一定工作在非線性區(qū)在非線性區(qū)。其特點(diǎn)是:輸

9、出電壓只有兩種狀態(tài),不是正飽和電壓Uom,就是負(fù)飽和電壓UomomUou當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)， uu另外一個(gè)特點(diǎn)是虛斷，即另外一個(gè)特點(diǎn)是虛斷，即0ii第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用主要參數(shù)主要參數(shù)1、開環(huán)電壓放大倍數(shù)開環(huán)電壓放大倍數(shù)Ao沒有外接反饋時(shí)所測出沒有外接反饋時(shí)所測出的差模電壓放大倍數(shù)。的差模電壓放大倍數(shù)。2、最大輸出電壓最大輸出電壓UOPP能使輸出電壓與輸入電壓能使輸出電壓與輸入電壓保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。3、輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓UIO為使輸出等于零而在輸入為使輸出等于零而在輸入端加的微小補(bǔ)償電壓。端加的微小補(bǔ)償電壓。4、輸入失

10、調(diào)電流輸入失調(diào)電流IIO當(dāng)輸入信號為零時(shí)，兩個(gè)當(dāng)輸入信號為零時(shí)，兩個(gè)輸入端的靜態(tài)基極電流之差。輸入端的靜態(tài)基極電流之差。5、輸入偏置電流輸入偏置電流IB當(dāng)輸入信號為零時(shí)，兩個(gè)輸入當(dāng)輸入信號為零時(shí)，兩個(gè)輸入端的靜態(tài)基極電流的平均值。端的靜態(tài)基極電流的平均值。第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用7、輸出電阻輸出電阻Rod6、差模輸入電阻差模輸入電阻Rid9、最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓UicM8、最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓UidM11、單位增益帶寬單位增益帶寬BWG10、轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率SR第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用四、四、 集成運(yùn)放的線

11、性應(yīng)用集成運(yùn)放的線性應(yīng)用常見的常見的基本運(yùn)算基本運(yùn)算電路有比例、加法、減法、電路有比例、加法、減法、微積分和乘法運(yùn)算等微積分和乘法運(yùn)算等 uu0iifii 10uu111RuRuuiiiFFfRouRouuii1FouRRu1FiofRRuuAuR R2 2R R1 1R RF Fu ui iu uo o1ifi1、反相比例運(yùn)算、反相比例運(yùn)算平衡電阻，保證輸入端平衡電阻，保證輸入端對地的靜態(tài)電阻相等對地的靜態(tài)電阻相等R R2 2R R1 1R RF Fu ui iu uo o電路的輸入電阻1iRR 平衡電阻F12/RRR 第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用仿真：仿真：第第

12、3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用例題例題1. R1=10k , Rf=20k , , ui =-1V=-1V。求。求: :uo 、Ri。說明。說明R0的的作用，作用， R0應(yīng)為多大？應(yīng)為多大？特點(diǎn)：特點(diǎn)：u u= =u u+ +=0=0 R0為平衡電阻：為平衡電阻： R0=R1/Rfuu+A+RiiRuu+ffoi110Ri1RR210201ffRRAuVuAuiuo2) 1)(2(f第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用2、同相比例運(yùn)算、同相比例運(yùn)算1111,RRuuARRRuuuuufiouffoiifouRRu)1 (1或 第第3 3章章 集成運(yùn)算放

13、大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用仿真：仿真：第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用3、反相加法運(yùn)算、反相加法運(yùn)算111Ruii222Ruii333RuiifofRuifiiii321foiiiRuRuRuRu332211時(shí)當(dāng)fRRRR321)(321iiiouuuu)(332211ifififouRRuRRuRRu第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用仿真：仿真：第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用4、同相加法運(yùn)算、同相加法運(yùn)算)(332211RuRuRuRuiiifo5 5、 減法運(yùn)算減法運(yùn)算R R2 2R R1 1R RF Fu ui

14、iu uo oR R2 2R R1 1R RF Fu uo ou ui iR R3 3R R2 2R RF Fu uo oR RF Fu uo ou ui i1 1u ui i2 2u ui i3 3R R1 12 2R R1 11 1R R1 13 3R R1 1R RF Fu uo ou ui i1 1u ui i2 2R R2 21 1R R2 22 2R R2 2R R1 1R RF Fu uo ou ui i1 1R R3 3R R2 2R R1 1R RF Fu uo oR R3 3u ui i2 2由同相輸入及反相輸入由同相輸入及反相輸入的結(jié)論的結(jié)論 ，運(yùn)用，運(yùn)用疊加定理疊加定理

15、ooouuui11ouRRufi23231f1o1)1(uRRRRRuRRuf第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用i23231fi11fo1uRRRRRuRRu第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用仿真：仿真：第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用dtuCRdtiCuuiFfF1co11-0u i1f1uiiRuiuo +-R2CFi1R1積分電路ifuctui0tuo0 當(dāng)輸入信號當(dāng)輸入信號ui為方波時(shí)，輸出電壓為方波時(shí)，輸出電壓uo為三角波。為三角波。6 6、積分運(yùn)算、積分運(yùn)算第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用仿

16、真：仿真： 第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用7、 微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路 uiuo +- RbCi1微分電路微分電路ifucR1電路電路R1 反饋電阻反饋電阻；Rb平衡電阻平衡電阻，且且Rb= R1第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用ci1duduiCCdtdtof1i111duui Ri RR Cdt 輸入輸出關(guān)系輸入輸出關(guān)系uiuo +- RbCi1微分電路微分電路ifucR10 uu由虛短得，由虛短得，1f0，uii 0ii由虛斷得由虛斷得第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用應(yīng)用：應(yīng)用：設(shè)輸入設(shè)輸入isinut ，則輸出，

17、則輸出 ocossin90uRCtRCt tui0tuo0第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用五五. . 集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用1、過零電壓比較器、過零電壓比較器當(dāng)當(dāng)U UREFREF=0=0時(shí)時(shí), ,輸入電壓和零電輸入電壓和零電平比較平比較, , 稱為過零比較器稱為過零比較器當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，uuomoUuomUou當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)， uuuo otoiut第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用 oiutuo ot2、 滯回比較器滯回比較器一種能判斷出兩種狀態(tài)的開關(guān)電路，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中。一種能判斷出兩種狀態(tài)的開關(guān)電路，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制

18、電路中。uoiuoR1R2uI+ uoUREFRfu+u-uT+Tuf2OM2f2REFfRRURRRURuTf2OM2f2REFf)(RRURRRURuT時(shí)時(shí)設(shè)電路輸出為設(shè)電路輸出為OMU時(shí)時(shí)設(shè)電路輸出為設(shè)電路輸出為OMU 轉(zhuǎn)換。時(shí)，電路輸出狀態(tài)發(fā)生或等于當(dāng)TTuuuIuT+：上門限電平：上門限電平Tu：下門限電平：下門限電平TTuuu：回差電壓：回差電壓第第3 3章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用3 雙限比較器雙限比較器（窗口比較器）（窗口比較器）其中：其中：UAUBRUAA1D1RUBA2D2uIuORLRRuO0uIUBUA下門限下門限上門限上門限 單限比較器和滯回比較單限比較器和滯回比較器在輸入電壓器在輸入