《集成運(yùn)放ch》課件

集成運(yùn)放集成運(yùn)放是一種高增益、低成本的模擬電路，廣泛應(yīng)用于信號(hào)放大、濾波和控制系統(tǒng)。1.課程目標(biāo)11理解集成運(yùn)放的基本概念和特性。22掌握集成運(yùn)放的基本電路分析方法。33學(xué)習(xí)集成運(yùn)放的常見應(yīng)用電路設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。44培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力。2.集成運(yùn)放簡介微型化集成運(yùn)放將多個(gè)晶體管和電阻等元件集成在一塊硅片上，體積小巧，功耗低。封裝多樣集成運(yùn)放以不同封裝形式出現(xiàn)，如DIP、SOIC、TO-99等，方便使用。廣泛應(yīng)用集成運(yùn)放在各種電子系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，例如放大器、濾波器、比較器等。3.運(yùn)放基本概念放大功能運(yùn)放能夠放大輸入信號(hào)，使輸出信號(hào)比輸入信號(hào)幅度更大。信號(hào)處理運(yùn)放可以進(jìn)行信號(hào)濾波、整形、放大等處理，實(shí)現(xiàn)各種功能電路。電路應(yīng)用運(yùn)放廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備，包括音頻、視頻、傳感器、控制系統(tǒng)等。理想運(yùn)放特性無限大開環(huán)增益理想運(yùn)放的開環(huán)增益為無窮大，即使微小的輸入電壓也會(huì)產(chǎn)生巨大的輸出電壓。無限大輸入阻抗理想運(yùn)放的輸入阻抗為無窮大，這意味著它不會(huì)從信號(hào)源汲取電流。零輸出阻抗理想運(yùn)放的輸出阻抗為零，可以提供完美的電壓跟隨，輸出電壓不受負(fù)載變化的影響。無限帶寬理想運(yùn)放的帶寬為無窮大，可以處理任何頻率的信號(hào)而不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)失真。輸入偏置電流輸入偏置電流是指運(yùn)放兩個(gè)輸入端之間由于內(nèi)部晶體管的基極電流產(chǎn)生的電流。它會(huì)影響運(yùn)放的輸出電壓，尤其是在高阻抗輸入電路中。輸入偏置電流的大小通常很小，但在精密電路中仍需要考慮其影響?？梢酝ㄟ^使用雙極型晶體管或FET作為輸入級(jí)來降低輸入偏置電流。6.輸入偏置電壓輸入偏置電壓是指運(yùn)放輸入端之間存在的微小電壓差，它是由制造工藝的差異和溫度變化引起的。輸入偏置電壓會(huì)影響運(yùn)放的輸出電壓，尤其是在低增益放大電路中，它會(huì)導(dǎo)致輸出電壓出現(xiàn)偏移。輸入偏置電壓通常以微伏（μV）為單位表示，其數(shù)值通常在幾個(gè)微伏到幾十微伏之間。對(duì)于一些精密運(yùn)放，其輸入偏置電壓可以達(dá)到幾百納伏（nV）。5μV典型值一般運(yùn)放的輸入偏置電壓100nV精密高精度運(yùn)放的輸入偏置電壓7.差模輸入電壓差模輸入電壓是指兩個(gè)輸入端電壓之差，也稱為差模信號(hào)。它是放大器區(qū)分信號(hào)的關(guān)鍵參數(shù)。定義兩個(gè)輸入端電壓之差符號(hào)Vid公式Vid=V+-V-單位伏特(V)8.共模輸入電壓共模輸入電壓是指兩個(gè)輸入端同時(shí)施加的相同電壓，即兩個(gè)輸入端的電壓相等。共模輸入電壓會(huì)影響運(yùn)放的性能，例如，它會(huì)引起輸出偏移，并降低運(yùn)放的共模抑制比。定義兩個(gè)輸入端同時(shí)施加的相同電壓影響輸出偏移，降低共模抑制比9.共模抑制比共模抑制比(CMRR)是一個(gè)重要的指標(biāo)，它反映了運(yùn)放對(duì)差模信號(hào)的放大能力和對(duì)共模信號(hào)的抑制能力。CMRR通常表示為dB，數(shù)值越大，運(yùn)放的共模抑制能力越強(qiáng)。CMRR指的是運(yùn)放對(duì)差模信號(hào)的增益與對(duì)共模信號(hào)的增益之比，即差模增益與共模增益的比值，它表示運(yùn)放對(duì)差模信號(hào)的放大能力和對(duì)共模信號(hào)的抑制能力。CMRR越大，則運(yùn)放對(duì)差模信號(hào)的放大能力越強(qiáng)，對(duì)共模信號(hào)的抑制能力也越強(qiáng)。一般情況下，運(yùn)放的CMRR都很大，通常在80dB以上，這說明運(yùn)放對(duì)差模信號(hào)的放大能力遠(yuǎn)大于對(duì)共模信號(hào)的放大能力。10.輸入電阻輸入電阻是指運(yùn)放輸入端與地之間阻抗。它代表著運(yùn)放輸入信號(hào)的負(fù)載能力，對(duì)運(yùn)放的性能有影響。理想情況下，運(yùn)放的輸入電阻是無限大的，即不會(huì)因輸入電流而改變輸入電壓。實(shí)際情況下，運(yùn)放的輸入電阻是有限的，一般在兆歐范圍內(nèi)。輸入電阻的大小會(huì)影響運(yùn)放的輸入信號(hào)的精確度和穩(wěn)定性，因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)需要考慮運(yùn)放的輸入電阻參數(shù)。11.輸出電阻輸出電阻是指運(yùn)放輸出端等效的內(nèi)部電阻，它影響著運(yùn)放的輸出電流和電壓。輸出電阻越低，運(yùn)放輸出電流能力越強(qiáng)，可以驅(qū)動(dòng)更大的負(fù)載，輸出電壓更穩(wěn)定。輸出電阻描述低驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，輸出電壓穩(wěn)定高驅(qū)動(dòng)能力弱，輸出電壓不穩(wěn)定12.開環(huán)增益開環(huán)增益是指運(yùn)放沒有反饋的情況下，輸出電壓與輸入電壓之比。典型運(yùn)放的開環(huán)增益很高，通常在100,000到200,000之間，甚至更高。13.頻帶寬度頻帶寬度是指運(yùn)放能夠正常工作的頻率范圍。運(yùn)放的頻率響應(yīng)曲線通常呈高通特性，即在低頻段增益較高，隨著頻率升高，增益逐漸下降。運(yùn)放的頻帶寬度由其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)決定，通常以其開環(huán)增益下降到3dB時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率值來表示，也稱為截止頻率。14.帶寬和增益積增益積運(yùn)放的增益積是指其開環(huán)增益與其帶寬的乘積。增益積是一個(gè)常數(shù)，這意味著當(dāng)增益增加時(shí)，帶寬會(huì)減小，反之亦然。帶寬和增益積帶寬是指運(yùn)放能夠正常放大信號(hào)的頻率范圍。增益積是衡量運(yùn)放性能的一個(gè)重要指標(biāo)，它決定了運(yùn)放的頻率響應(yīng)。15.慢速補(bǔ)償慢速補(bǔ)償在運(yùn)放電路中，慢速補(bǔ)償通過在運(yùn)放內(nèi)部添加一個(gè)電容來降低帶寬，穩(wěn)定電路性能。優(yōu)點(diǎn)慢速補(bǔ)償可以有效地防止電路發(fā)生振蕩，提高電路穩(wěn)定性。16.快速補(bǔ)償快速補(bǔ)償快速補(bǔ)償運(yùn)放通常使用一個(gè)電容來提供負(fù)反饋，提高帶寬。這種補(bǔ)償技術(shù)可以提高運(yùn)放的穩(wěn)定性，但會(huì)降低其開環(huán)增益。頻率響應(yīng)快速補(bǔ)償運(yùn)放的頻率響應(yīng)曲線較為平坦，可以更好地處理高速信號(hào)。17.運(yùn)放基本電路集成運(yùn)放是典型的模擬集成電路。運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由多個(gè)晶體管構(gòu)成，它們共同實(shí)現(xiàn)放大和反饋功能。這些晶體管組成的電路單元可以實(shí)現(xiàn)輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)，通過級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)高增益放大。內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含多個(gè)電路，包括輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)，以及相應(yīng)的反饋回路。反相放大電路反相放大電路是運(yùn)算放大器的一種基本應(yīng)用電路，它能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大和相位反轉(zhuǎn)，且輸出信號(hào)與輸入信號(hào)反相。1輸入信號(hào)輸入信號(hào)從反相輸入端接入。2反饋電阻反饋電阻R2接在輸出端和反相輸入端之間，構(gòu)成負(fù)反饋回路。3輸入電阻輸入電阻R1接在輸入信號(hào)和反相輸入端之間，用于控制輸入電流。4輸出信號(hào)輸出信號(hào)從運(yùn)算放大器的輸出端輸出，與輸入信號(hào)反相。19.非反相放大電路1電路結(jié)構(gòu)非反相放大電路的輸入信號(hào)連接到運(yùn)放的同相輸入端，輸出信號(hào)從運(yùn)放的輸出端取得。2增益計(jì)算非反相放大電路的增益由反饋電阻和輸入電阻之比決定，增益大于1，且為正值，表示輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同相。3應(yīng)用場(chǎng)景非反相放大電路常用于信號(hào)放大、電壓跟隨等應(yīng)用，其特點(diǎn)是輸入阻抗高、輸出阻抗低，適合驅(qū)動(dòng)高負(fù)載。20.差分放大電路差模輸入差分放大電路接收兩個(gè)輸入信號(hào)，并放大它們的差值。該電路可以抑制共同模式噪聲，提高信號(hào)質(zhì)量。高共模抑制比差分放大電路的共模抑制比（CMRR）很高，這意味著它可以有效地抑制公共模式噪聲，例如來自電源線的噪聲。應(yīng)用廣泛差分放大電路廣泛應(yīng)用于儀器儀表、音頻放大器、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域，用于提高信號(hào)質(zhì)量和降低噪聲影響。21.電壓跟隨器1輸出電壓等于輸入電壓電壓跟隨器具有單位增益2高輸入阻抗不會(huì)從信號(hào)源中汲取太多電流3低輸出阻抗可以驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載電壓跟隨器是一種常用的運(yùn)放電路，它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：輸出電壓等于輸入電壓，高輸入阻抗，低輸出阻抗。它常用于阻抗匹配，緩沖放大等應(yīng)用。22.儀表放大器高輸入阻抗儀表放大器具有極高的輸入阻抗，能夠最大限度地減少對(duì)被測(cè)信號(hào)源的影響，確保信號(hào)完整性和精確度。高共模抑制比儀表放大器能夠有效地抑制共模噪聲，確保輸出信號(hào)僅反映差模信號(hào)，提高信號(hào)質(zhì)量?？烧{(diào)增益儀表放大器通常提供可調(diào)節(jié)增益，允許用戶根據(jù)需要放大或縮小輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)靈活的信號(hào)處理。低失真儀表放大器具有極低的失真，確保輸出信號(hào)與輸入信號(hào)保持高度一致，最大程度地保留信號(hào)細(xì)節(jié)。23.有源低通濾波器1電路結(jié)構(gòu)運(yùn)放、電容、電阻組成2頻率特性低頻信號(hào)通過，高頻信號(hào)衰減3應(yīng)用消除高頻噪聲24.有源高通濾波器1電路構(gòu)成運(yùn)放、電阻、電容2工作原理高頻信號(hào)通過，低頻信號(hào)被衰減3應(yīng)用場(chǎng)景音頻信號(hào)處理，濾除低頻噪聲有源高通濾波器是一種電子電路，利用運(yùn)放、電阻和電容構(gòu)建。它通過放大高頻信號(hào)，同時(shí)衰減低頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻率選擇。這種濾波器常應(yīng)用于音頻信號(hào)處理，例如濾除音頻信號(hào)中的低頻噪聲。25.有源帶通濾波器1電路結(jié)構(gòu)有源帶通濾波器通常由一個(gè)運(yùn)放、電阻和電容組成，用于選擇性地放大特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)，同時(shí)抑制其他頻率信號(hào)。2工作原理通過調(diào)節(jié)電阻和電容的值，可以設(shè)定帶通濾波器的中心頻率和帶寬，使特定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)得以通過。3應(yīng)用有源帶通濾波器廣泛應(yīng)用于音頻系統(tǒng)、通信設(shè)備和信號(hào)處理等領(lǐng)域，例如音頻均衡器、調(diào)諧電路和信號(hào)分離。26.有源帶阻濾波器1頻率特性在特定頻率附近產(chǎn)生衰減。2中心頻率衰減最大的頻率。3帶寬衰減曲線寬度。4應(yīng)用消除特定頻率噪聲。有源帶阻濾波器利用運(yùn)算放大器、電阻和電容構(gòu)建。通過調(diào)整電路參數(shù)，可調(diào)節(jié)濾波器的中心頻率和帶寬。27.比較器電路比較器簡介比較器是一種特殊的放大器，它可以將兩個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行比較，輸出一個(gè)表示比較結(jié)果的信號(hào)。工作原理當(dāng)輸入信號(hào)的電壓高于參考電壓時(shí)，輸出為高電平；當(dāng)輸入信號(hào)的電壓低于參考電壓時(shí)，輸出為低電平。典型應(yīng)用比較器廣泛應(yīng)用于各種電子系統(tǒng)中，例如電壓檢測(cè)、閾值比較、振蕩器等。應(yīng)用實(shí)例例如，在溫度控制系統(tǒng)中，比較器可以用來檢測(cè)溫度是否超過設(shè)定值，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。28.應(yīng)用實(shí)例集成運(yùn)放廣泛應(yīng)用于各種電子電路中，例如放大器、濾波器、比較器和振蕩器等。它們?cè)谝纛l系統(tǒng)、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。集成運(yùn)放的特點(diǎn)包括高增益、低噪聲、低功耗、體積小、價(jià)格低廉等，使其成為許多電子應(yīng)用的首選器件。29.課程小結(jié)集成運(yùn)放概述了解集成運(yùn)放的基本概念和特性，包括理想運(yùn)放特性、主要參數(shù)和典型應(yīng)用?；倦娐贩治稣莆辗聪?、非反相、差分、電壓跟隨器等基本電路的原理、分析方法和應(yīng)用。應(yīng)用電路設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)儀表放大器、濾波器、比較器等典型應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用案例。學(xué)習(xí)總結(jié)通過本課程的學(xué)習(xí)，能夠?qū)蛇\(yùn)放的基本原理、特性和應(yīng)用有較為全面的了解，為后續(xù)的電子