模塊三-集成運(yùn)算放大電路

3.1集成電路簡(jiǎn)介3.2集成運(yùn)放的線性應(yīng)用電路3.3集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用電路3.4例析

本模塊主要內(nèi)容一、集成電路簡(jiǎn)介1、什么是集成電路？

集成電路是采用半導(dǎo)體制造工藝，把電子元件以及連接導(dǎo)線集中制造在一小塊半導(dǎo)體基片上而構(gòu)成的一個(gè)完整電路。又叫固體電路。3.1集成電路簡(jiǎn)介集成電路種類：按功能分按集成度分?jǐn)?shù)字集成電路模擬集成電路——產(chǎn)生、變換和處理各種數(shù)字信號(hào)——放大、變換和處理模擬信號(hào)小規(guī)模中規(guī)模大規(guī)模超大規(guī)模集成運(yùn)放、集成功放、集成穩(wěn)壓器、集成模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等2、基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸結(jié)構(gòu)示意圖：高阻輸入級(jí)中間級(jí)低阻輸出級(jí)偏置電路反相輸入端同相輸入端+UCC–UEEuou–u+輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)同相輸入端輸出端反相輸入端集成運(yùn)放的外形圖：集中運(yùn)放的電路符號(hào)

uo++

u+u––圖中“－”表示反相輸入端，“＋”表示同相輸入端?！?/p>

”表示信號(hào)的傳輸方向，“∞”表示理想條件。(1)輸入失調(diào)電壓UIO3、主要技術(shù)參數(shù)(2)輸入失調(diào)電流IIO

(3)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud(4)開環(huán)共模電壓放大倍數(shù)Auc(5)差模輸入電阻rid

(6)差模輸出電阻ro

(7)最大輸出電壓Upp

(8)共模抑制比KCMR

UIO越小越好，一般約為±1～±10mvIIO越小越好，一般約為1nA～10.1μA輸出與輸入電壓比值大小。越小越好。其值越大，運(yùn)算精度越高，性能越穩(wěn)定。Aud(dB)=20lgAud（倍）動(dòng)態(tài)電阻，越大越好，一般為幾百千到幾兆歐。越小性能越好，一般為幾百歐左右。運(yùn)放不失真最大輸出電壓的峰值可達(dá)±13V左右KCMR=Aud/Auc的絕對(duì)值，一般越大越好，一般在80dB以上。4、理想運(yùn)放及其特點(diǎn)分析電壓傳輸特性：輸出電壓與其輸入電壓之間的關(guān)系曲線，即uo=f(uid)線性區(qū)：uo

=Auo(u+–u–)非線性區(qū)：u+>u–

時(shí)，uo=+Uo(sat)

u+<u–

時(shí)，uo=–Uo(sat)

+Uo(sat)

u+–u–

uo線性區(qū)理想特性實(shí)際特性飽和區(qū)O理想運(yùn)算放大器輸入為零時(shí)，輸出恒為零；Auo

，rid；ro0，KCMR；失調(diào)電壓、失調(diào)電流及溫漂為零。理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)因?yàn)閡o

=Auo(u+–

u–

)所以(1)差模輸入電壓約等于0即u+=u–

,稱“虛短”

(2)輸入電流約等于0

即i+=i–0,稱“虛斷”

電壓傳輸特性

u+–u–

uo線性區(qū)–Uo(sat)+Uo(sat)OAuo越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須加負(fù)反饋才能使其工作于線性區(qū)。

u+–u–

uo–Uo(sat)+Uo(sat)O飽和區(qū)理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)電壓傳輸特性(1)輸出只有兩種可能,+Uo(sat)或–Uo(sat)(2)i+=i–0,仍存在“虛斷”現(xiàn)象當(dāng)u+>u–

時(shí)，uo=+Uo(sat)

u+<u–

時(shí)，uo=–Uo(sat)

不存在“虛短”現(xiàn)象

3.2集成運(yùn)放的線性應(yīng)用電路一、比例運(yùn)算電路

集成運(yùn)放的線性電路有比例運(yùn)算、加法運(yùn)算、減法、微分運(yùn)算、積分運(yùn)算、對(duì)數(shù)運(yùn)算、對(duì)數(shù)、運(yùn)算、乘法和除法運(yùn)算等電路。1.

反相比例運(yùn)算（1）電路組成ifi1i–i+uoRFuiR2R1++––++

–

根據(jù)輸入信號(hào)接法不同，分為反相輸入、同相輸入和差動(dòng)輸入三種基本形式。

以后如不加說明，輸入、輸出的另一端均為地()。（2）電壓放大倍數(shù)因虛短,

所以u(píng)–=u+=0，稱反相輸入端“虛地”—反相輸入的重要特點(diǎn)

i1

if

因要求靜態(tài)時(shí)u+、u–對(duì)地電阻相同，

平衡電阻R2=R1//RF利用“虛短”、“虛斷”、“虛地“特點(diǎn)”，可得出：2.同相比例運(yùn)算因虛斷，所以u(píng)+=ui

（1）電路組成（2）電壓放大倍數(shù)uoRFuiR2R1++––++

–

因虛短，所以

u–=ui，反相輸入端不“虛地”

因要求靜態(tài)時(shí)u+、u

對(duì)地電阻相同，所以平衡電阻R2=R1//RFu+u–二、加法運(yùn)算電路反相加法運(yùn)算電路因虛短,

u–=u+=0

平衡電阻：

R2=Ri1

//Ri2

//RFii2ii1ifui2uoRFui1Ri2Ri1++

–

R2+–因虛斷，i–=0

所以

ii1+ii2=if

三、減法運(yùn)算電路由虛斷可得：由虛短可得：分析方法1：ui2uoRFui1R3R2++

–

R1+–++––

如果取R1

=R2

，R3

=RF

如R1

=R2

=R3

=RF

R2//R3

=R1

//RF輸出與兩個(gè)輸入信號(hào)的差值成正比。四、積分運(yùn)算電路

由虛短及虛斷性質(zhì)可得i1=ififi1uoCFuiR2R1++––++

–

uC+–

當(dāng)電容CF的初始電壓為uC(t0)時(shí)，則有五、微分運(yùn)算電路ifi1由虛短及虛斷性質(zhì)可得i1=ifuoC1uiR2RF++––++

–

uitOuotOUi–Ui3.3集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用電路（電壓）比較器：電壓比較器用來比較兩個(gè)電壓的大小，常用于測(cè)量、控制和信號(hào)處理等電路中。一、比較器分為過零電壓比較器、單限電壓比較器和滯回電壓比較器。過零電壓比較器和單限電壓比較器根據(jù)輸入方式的不同均可分為反相輸入和同相輸入兩種。參考電壓為零檢測(cè)輸入信號(hào)是否大于或小于某一特定值在電壓比較器基礎(chǔ)上加上正反饋構(gòu)成1、過零電壓比較器利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲║RuouiR2++

–

R1+–++––電壓傳輸特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOUR=0tuiOtuo+Uo(sat)–Uo(sat)OuitOUROuot+Uo

(sat)–Uo

(sat)t1t22、單限電壓比較器：

當(dāng)ui

單方向變化時(shí)，uo

只變化一次。URuouiR2++

–

R1+–++––電壓傳輸特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURui>UR，uo=+Uo

(sat)ui

<UR，uo=–Uo

(sat)URuouiR2++

–

R1+–++––uiuoURR2++

–

R1+–++––

–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuoOUR輸入信號(hào)接在反相端輸入信號(hào)接在同相端電壓傳輸特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURURuouiR2++

–

R1+–++––uiuoURR2++

–

R1+–++––Ot+Uo(sat)–Uo(sat)uo輸入信號(hào)接在反相端輸入信號(hào)接在同相端uitOUROuot+Uo

(sat)–Uo

(sat)t1t23.滯回比較器

電路中引入正反饋(1)提高了比較器的響應(yīng)速度；(2)輸出電壓的躍變不是發(fā)生在同一門限電壓上。RFR2uoui++

–

R1+–+–－

－上門限電壓U'+：ui逐漸增加時(shí)的門限電壓下門限電壓U"+：ui

逐漸減小時(shí)的門限電壓uiuoO–Uo(sat)+Uo(sat)電壓傳輸特性u(píng)itOuoOt+Uo(sat)–Uo(sat)兩次跳變之間具有遲滯特性——滯回比較器RFR2uoui++

–

R1+–+–根據(jù)疊加原理，有改變參考電壓UR，可使傳輸特性沿橫軸移動(dòng)?？梢姡簜鬏斕匦圆辉賹?duì)稱于縱軸，+UR–RFR2uoui++

–

R1+–+–uiuoO–Uo(sat)+Uo(sat)電壓傳輸特性當(dāng)參考電壓UR不等于零時(shí)定義：回差電壓與過零比較器相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.改善了輸出波形在躍變時(shí)的陡度。2.回差提高了電路的抗干擾能力，

U越大，抗干擾能力越強(qiáng)。結(jié)論：1.調(diào)節(jié)RF

或R2可以改變回差電壓的大小。2.改變UR可以改變上、下門限電壓，但不影回差電壓

U。

電壓比較器在數(shù)據(jù)檢測(cè)、自動(dòng)控制、超限控制報(bào)警和波形發(fā)生等電路中得到廣泛應(yīng)用。二、輸出帶限幅的電壓比較器設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，忽略穩(wěn)壓管的正向?qū)▔航祫tui

<

UR，uo

=UZ

ui>UR，uo=–UZUZ–UZuo'RDZURuouiR2++

–

R1+–++––電壓傳輸特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURui<UR時(shí)，uo'

=+Uo

(sat)

ui

>UR

時(shí)，uo'

=–

Uo

(sat)

三、使用運(yùn)放注意事項(xiàng)：1、集成運(yùn)放的選用2、集成運(yùn)放的調(diào)零3、集成運(yùn)放的自激4、集成運(yùn)放的保護(hù)3.4例析例1：電路如下圖所示，已知R1=10k

，RF=50k。求：1.Auf、R2；2.若R1不變，要求Auf為–10，則RF

、R2應(yīng)為多少？解：1.Auf=–RF

R1

=–5010=–5R2=

R1

RF

=1050(10+50)=8.3k

2.因

Auf

=–RF

/

R1

=–RF

10=–10

故得RF=–Auf

R1=–(–10)10=100k

R2=10100(10+100)=9.1k

uoRFuiR2R1++––++

–

解：對(duì)圖（1）

上門限電壓下門限電壓例2：電路如圖所示，

Uo(sat)=±6V，UR

=5V，

RF

=20k，R2=10k，求上、下門限電壓。（1）RFR2uoui++

–

R1+–+–+UR–RFR2uoui++

–

R1+–+–（2）解：對(duì)圖（2）

例3：電路如圖所示，

Uo(sat)=±6V，UR

=5V，