集成運算放大器及其應(yīng)用

集成運算放大器及其應(yīng)用第1頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月集成運放概述集成電路的特點1.元器件參數(shù)的一致性和對稱性好；2.二極管多用三極管的發(fā)射結(jié)代替；3.電阻的阻值受到限制，大電阻常用三極管恒流源代替，電位器需外接；4.電容的容量受到限制，電感不能集成，故大電容、電感和變壓器均需外接。集成運放是具有很高開環(huán)電壓放大倍數(shù)的直接耦合放大器。集成電路:將整個電路的各個元件做在同一個半導(dǎo)體基片上。11.1集成運放簡介第2頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月集成運放的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)框圖輸入級偏置電路輸出級中間級輸入級—差動放大器輸出級—射極輸出器或互補對稱功率放大器中間級—電壓放大器偏置電路—由鏡像恒流源等電路組成11.1.1集成運放的組成第3頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月UEE+UCC

u+uo

u–反相輸入端同相輸入端T3T4T5T1T2IS原理框圖：輸入級中間級輸出級與uo反相與uo同相第4頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月

ri

大:幾十k

幾百k

運放的特點：KCMRR很大ro

小：幾十

幾百

Ao

很大:104

107理想運放：ri

KCMRR

ro

0Ao

運放器符號－＋＋

u－

u+

uo

Ao＋－u－u+uo國際符號國內(nèi)符號第5頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月1.運算放大器的電壓傳輸特性UOMUOM–UOM–UOMUim–Uim實際運放理想運放

uo=

f

(

ui

)

,其中

ui

=

u+–

u–

11.1.3理想運算放大器及其分析依據(jù)uOui0uiuo++–uiuO0第6頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月“虛斷路”原則+iiui對于理想運放rid相當(dāng)于兩輸入端之間短路uiiirid=對于理想運放

u–

u+相當(dāng)于兩輸入端之間斷路uOii

0Auoui

0,rid,“虛短路”原則(2)(1)2.理想運放工作在線性區(qū)的分析依據(jù)+uo=ui–u–=u

Auo+uiuO++––第7頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月在右圖所示電路中，因為存在負反饋信號,同相輸入端不是“虛地”?。疲遥玻眎o(3)

“虛地”的概念由“虛斷路”原則

ii

=0

,有u+=0

u+

u–=

0結(jié)論：反相輸入端為“虛地”。當(dāng)同相輸入端接地時，ＲuuＲＲＦＲＲ１２uiuo由“虛短路”原則注意第8頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月“虛斷路”原則uiiirid=對于理想運放相當(dāng)于兩輸入端之間斷路ii

0rid,3.理想運放工作在非線性區(qū)的分析依據(jù)運放工作在線性工作狀態(tài)的必要條件：必須引入深度負反饋。+iiuiriduO+注意:u+=u–

不一定成立！第9頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2放大電路中的負反饋11.2.1反饋的基本概念正反饋xd

=

xi

+

xf負反饋xd=

xi

–

xfA=

xo

/

xdF=

xf/

xoAf=—

=

——–xoxiA

1+

AFAFxoxixdxf

負反饋閉環(huán)放大倍數(shù)：xi

—總輸入信號xd

—凈輸入信號xf

—反饋信號開環(huán)放大倍數(shù)反饋系數(shù)xo—輸出信號反饋：將放大器輸出信號的一部分或全部經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)送回輸入端。第10頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月1.串聯(lián)電壓負反饋FAuiudufuo11.2.2

負反饋的類型RLAFxoxixdxf在放大器輸出端，F(xiàn)與A相并聯(lián),

xf與uo成正比，為電壓反饋；信號x均以電壓

u

的形式出現(xiàn)在放大器輸入端,信號以電壓出現(xiàn),uf與ud相串聯(lián),為串聯(lián)反饋；ud=

ui–uf<

ui，為負反饋。凈輸入電壓第11頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月串聯(lián)電壓負反饋R2uiu

oRLRFR1+ud+uf+-+第12頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月串聯(lián)電壓正反饋R2uiu

oRFR1+ud-uf+--第13頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月ＡＦuoidiiif2.并聯(lián)電壓負反饋RLAF在放大器輸入端,

信號以電流出現(xiàn),

if與id相并聯(lián),為并聯(lián)反饋；id=

ii–

if<

ii

，為負反饋。凈輸入電流xoxixdxf在放大器輸出端，F(xiàn)與A相并聯(lián),

xf與uo成正比,

為電壓反饋；第14頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月并聯(lián)電壓負反饋uiuoRFRLR2R1+-i1idifuif

=

–—oRF+第15頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月AF3.串聯(lián)電流負反饋RLioAFud=

ui–uf<

ui

，為負反饋。凈輸入電壓,在放大器輸入端,信號以電壓出現(xiàn),uf與ud相串聯(lián),為串聯(lián)反饋；在放大器輸出端，F(xiàn)與A相串聯(lián)，xf與io成正比，為電流反饋；xoxixdxfuiudufuo第16頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月串聯(lián)電流負反饋uiuoR2RLRuf+--+ud++i0uf=i0R+第17頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月AFiouoRLAF在放大器輸入端,

信號以電流出現(xiàn),

if與id相并聯(lián),為并聯(lián)反饋；id=

ii–if<

ii

，為負反饋。凈輸入電流在放大器輸出端，F(xiàn)與A相串聯(lián),

xf與io成正比，為電流反饋；信號

x

均以電流

i

的形式出現(xiàn)4.并聯(lián)電流負反饋xoxixdxfidiiif第18頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月并聯(lián)電流負反饋RL++ioR2R1RFRiiid+-ifiR+第19頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月1.正反饋和負反饋11.2.3

反饋的判別2.電壓反饋和電流反饋(在輸出回路中判別)3.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋(在輸入回路中判別)xi

與

xf串聯(lián)為串聯(lián)反饋

xf必以電壓形式出現(xiàn)xi

與

xf并聯(lián)為并聯(lián)反饋

xf必以電流形式出現(xiàn)xi

與

xf分別接在兩個輸入端為串聯(lián)反饋xi

與xf接在同一個輸入端為并聯(lián)反饋第20頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月uiRRF1RF2RF3N1N2N3uOufRF1并聯(lián)電壓負反饋(級間)RF2串聯(lián)電壓負反饋(級間)RF3并聯(lián)電壓負反饋(本級)if例--第21頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月uiuoN1N2RF1R1R2RFR4R3R5RLRF2串聯(lián)電流負反饋-第22頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月11.2.4負反饋對放大器性能的影響無負反饋0.707AuAufffLfH有負反饋1.擴展放大器的通頻帶AuAufAu0.707AuffLffHfBWfBW

HF

=1

AF

H加入負反饋使放大器的通頻帶展寬0第23頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月Aufuouiuiuoud負反饋改善了波形失真2.提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性——

=

———11+

AFdAfAfdAA——

3.改善非線性失真FA加入負反饋無負反饋第24頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月4.改變輸入電阻5.改變輸出電阻串聯(lián)負反饋提高輸入電阻rif

>ri并聯(lián)負反饋降低輸入電阻rif

<ri電流負反饋提高輸出電阻rof

>ro電壓負反饋降低輸出電阻rof

<ro因為：電壓負反饋穩(wěn)定了輸出電壓。因為：電流負反饋穩(wěn)定了輸出電流。第25頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè):11.2.1~11.2.5第26頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月uiu0RFR1R211.3集成運放在信號運算方面的應(yīng)用11.3.1

比例運算電路虛斷路id

0虛短路uii1

=

—–R1uif

=

–—oRFi1

ifRF引入深度負反饋uo

=

uiRFR11.反相比例運算電路u+

=u–i1ifididu+=0=0(虛地)u+u-RL第27頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月uiuoi1ifRFR1R2R3R4設(shè):

RF>>R4

,求Auf解：if

=

i1RF>>R4Auf

=

=

–R1RF(1+)R4R3uiuouo'uo=R4R3R4+uo得'u’o=

uiRFR1第28頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月RFRR12uiuo2.同相比例運算電路虛斷路id

0虛短路=uiu-u=+i1ifididu+u-i1

if第29頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月uiuo同相跟隨器uo

=uiRFR若接入電阻R、RF，運算關(guān)系不變第30頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月i12iFi11R12_++

R2R11ui2uoRPui111.3.2

加法運算電路1.反相加法運算電路第31頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月F211uo2.同相加法運算電路23ui1ui2ui3ＲＲＲＲＲ22ＲRFR1

uO

=

1+

R

+

+

R21R23ui3ui1R22ui2其中

R

=

R21

R22

R23

R

第32頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月1.差動比例運算電路uoRFR1R2R3ui1i2u"u0=u'o+u0=

1+

ui2RFR1R2+R3R3-

ui1RFR1''uO=-

ui1RFR1′uO=

1+

u+RFR1″=

1

+

ui2RFR1R2+R3R311.3.3

減法運算電路第33頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月

11ui1212.兩級反相輸入減法運算電路132212N2N1uoF1uRRRRRRRi2F2uo=

—–

?

—–

–

—–ui1

ui2

11RRRRRR

13

12F1F2F2第34頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月4.測量放大器ui1uO

=

(1

+

)(ui2–ui1)RFR2R1RPRFuoRN1N2N3ui2R1R1RPABRRFuo2uo1第35頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月u–=u+=0ui–++uoRR2i1iFC一、微分運算11.3.4積分和微分運算電路輸入方波，畫輸出波形uoui輸出是尖脈沖。應(yīng)用舉例：第36頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月i1iFui-++RR2Cuo二、積分運算tuo0輸入方波，畫輸出波形應(yīng)用舉例1：tui0輸出是三角波。第37頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月“虛斷路”原則uiiirid=對于理想運放相當(dāng)于兩輸入端之間斷路rid,理想運放工作在非線性區(qū)的分析依據(jù)uiuO+注意:u+=u–

不一定成立！第38頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月1.過零比較器(2)

反相輸入過零比較器UOM-UOMuiuo0R1R2uoui-UOMUOM(1)

同相輸入過零比較器uiuo0R1R2uoui11.4

電壓比較器（非線性區(qū)）第39頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月R1R2例：過零比較器的應(yīng)用UOM-UOMttUOM-UOM000uiuouOuiuiuo第40頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月-UZUZR1R2R3Dz0uiuouiuoUZ(1)同相輸入過零限幅比較器2.過零限幅比較器第41頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月R1R2uOui(2)反相輸入過零限幅比較器DzUZUZ-UZ0uOui第42頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月-UZ3.任意電平比較器R1R2R3URDzUR0uiuouOuiUZ設(shè)UR>0UZ第43頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓比較器的分析方法1.

輸出電壓躍變的門限UTu–u

=+由此可求出電壓比較器的門限電壓UT2.

電壓傳輸特性u–u

>+uo>0時，u–u

<+uo<0時，輸出端不接

DZ時，

uo

=

UOM輸出端接

DZ限幅時，

uo

=

UZ第44頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月電路如圖所示，其穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓正向壓降忽略不計，輸入電壓參考電壓畫出輸出電壓的波形。第45頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月UZR2R3R1URtt-UZ–

—URR1R2UZ-UZUT

設(shè)UR<

0，UT>

0DzUZUT=–

—URR1R2門限電平：例題000uiuouiuouOui第46頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月R1R2R3RFUZ-UZUT2UT1Dz4.滯回比較器0uiuouOuiUZ第47頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月R1R2uOuiR3RF-UZ過零滯回比較器tUT1UT20tUZ-UZDzUZ0UZUT2UT10uiuououi例題第48頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)A選擇題：11.3.1~11.4.1B基本題：11.3.4、11.3.6、11.3.10、11.3.13、11.3.14（5）（6）、11.3.15、11.3.16第49頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月符合=(即虛地)的電路是()第50頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月第51頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月第52頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月第53頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月第54頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月串聯(lián)電壓負反饋R1并聯(lián)電流負反饋R2第55頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月第56頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年2月硅穩(wěn)壓管Dz1和Dz2的穩(wěn)定電壓分別為5V和10V，穩(wěn)壓管的正向壓降為0.7V

第57頁，課件共65頁，創(chuàng)作于2023年