電工學(xué)復(fù)習(xí)指導(dǎo).ppt

1、第16章集成運(yùn)算放大器，16.1集成運(yùn)算放大器簡介，16.2運(yùn)算放大器在信號運(yùn)算中的應(yīng)用，16.4運(yùn)算放大器在波形產(chǎn)生中的應(yīng)用，16.5使用運(yùn)算放大器需要注意的幾個(gè)問題，16.3運(yùn)算放大器在信號處理中的應(yīng)用，1。了解集成運(yùn)算放大器的基本組成和主要參數(shù)的意義。2.了解運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性，了解理想的運(yùn)算放大器，掌握其基本分析方法。3.了解由集成運(yùn)算放大器組成的比例、加減、微分和積分運(yùn)算電路的工作原理，并了解有源濾波器的工作原理。4.了解電壓比較器的工作原理和應(yīng)用。本章要求、第16章集成運(yùn)算放大器和第16.1章集成運(yùn)算放大器簡介。集成運(yùn)算放大器是一種具有高放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路。它是最

2、早開發(fā)和最廣泛使用的模擬集成電路。16.1.1集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸、Auo高： 80dB140dB rid高： 105 1011 ro低：幾十幾百KCMR高： 70dB130dB，16.1.2電路、輸入級、中間級等的簡單描述同相輸入端、輸出端、反相輸入端和輸入級：輸入電阻高，可減少零點(diǎn)漂移中間階段：需要高電壓放大。常使用恒流源共發(fā)射極放大電路。輸出級：與負(fù)載相連，要求輸出電阻低，負(fù)載承載能力強(qiáng)，一般由互補(bǔ)對稱電路或發(fā)射極輸出器件組成。16.1.3主要參數(shù)，1。最大輸出電壓UOPP，能夠保持輸出和輸入之間的關(guān)系不失真的最大輸出電壓。2。當(dāng)沒有連接反饋電路時(shí)，開環(huán)

3、差模電壓增益Auo運(yùn)算放大器差模電壓放大系數(shù)。Auo越高，運(yùn)算電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度越高。6。共模輸入電壓范圍UICM運(yùn)算放大器可以承受的最大共模輸入電壓。超過該值，運(yùn)算放大器的共模抑制性能將會(huì)下降，甚至器件也會(huì)受損。越小越好，3。輸入失調(diào)電壓UIO 4。輸入失調(diào)電流IIO 5。輸入偏置電流IIB，16.1.4理想運(yùn)算放大器及其分析基礎(chǔ)，1。理想運(yùn)算放大器，Auo，rid，ro 0，KCMR，2。電壓傳輸特性uo=f (ui)，線性區(qū)域：UO=AUO (1)非線性區(qū)域：u u，uo=Uo(sat) u u，uo=Uo(sat)，線性區(qū)域，理想特性，實(shí)際特性，飽和區(qū)域，O，3。理想的運(yùn)算放大器工作

4、在線性區(qū)域，因?yàn)閡o=Auo(u u u u)，所以(1)差模輸入電壓約等于0，即u=(2)輸入電流約等于0，即i=i 0，這稱為“虛斷”。電壓傳輸特性，Auo越大，運(yùn)算放大器的線性范圍越小，因此必須加入負(fù)反饋使其工作在線性區(qū)域。O，4。理想運(yùn)算放大器工作在飽和區(qū)的特性，(1)輸出只有Uo(sat)或Uo(sat)兩種可能性，(2) i=i 0，仍存在“虛斷”現(xiàn)象，電壓傳輸特性，當(dāng)u u U，Uo=Uo(sat)U U U U，UO=16.2運(yùn)算放大器在信號運(yùn)算中的應(yīng)用。運(yùn)算放大器與外部電阻、電容和半導(dǎo)體器件集成形成閉環(huán)電路后，可以對各種模擬信號進(jìn)行比例、加法、減法、微分、積分、對數(shù)、反對數(shù)、

5、乘法和除法等運(yùn)算。16.2運(yùn)算放大器在信號操作中的應(yīng)用。當(dāng)運(yùn)算放大器在線性區(qū)域工作時(shí)，通常會(huì)引入深度負(fù)反饋。因此，其輸出電壓和輸入電壓之間的關(guān)系基本上取決于反饋電路和輸入電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而與運(yùn)算放大器本身的參數(shù)關(guān)系不大。通過改變輸入電路和反饋電路的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)不同的操作。16.2.1比例操作，1。反比例運(yùn)算，(1)電路組成，如果不是s(2)電壓放大系數(shù)，u=u=0，這是由于虛短路，這是“虛地”反相輸入的一個(gè)重要特性。由于虛中斷，i=i=0，因此i1 if，平衡電阻R2=R1 /射頻，動(dòng)畫，16.2。反饋電路直接從輸出端引出電壓反饋，將輸入信號和反饋信號相加到同一個(gè)輸入端進(jìn)行并聯(lián)反饋。反饋信

6、號減少了凈輸入信號的負(fù)反饋。輸入電阻低，共模電壓為0，電壓為并聯(lián)負(fù)反饋，輸入和輸出電阻低，ri=R1。低共模輸入電壓。結(jié)論：Auf為陰性，即uo和ui極性相反。因?yàn)閡i應(yīng)用于反相輸入。Auf僅與外部電阻R1和射頻有關(guān)，與運(yùn)算放大器本身的參數(shù)無關(guān)。| Auf |可以大于1，等于1或小于1。因?yàn)閡=u=0，所以反相輸入為“虛地”。示例：下圖顯示了電路。眾所周知，R1=10 k，射頻=50 k。R2奧夫；2.如果R1不變，Auf要求為10，那么RF和R2應(yīng)該是什么？1.auf=rfr1=50 10=5，R2=r1rf=10 50 (10 50)=8.3k，2。因?yàn)锳uf=射頻/R1=射頻10=10，

7、射頻=射頻1=(10) 10=100kr2=10 100 (10 100)=9。1k。2.同相比例操作，由于虛擬故障，u=ui(1)電路組成，(2)因此，u=ui，反相輸入端不是“虛地”。因?yàn)橐骍和U在靜態(tài)下具有相同的接地電阻，所以平衡電阻R2=R1/射頻，2。同相比例操作，輸入電阻u=ui的高共模電壓、電壓放大系數(shù)、電壓串聯(lián)負(fù)反饋、輸入信號和反饋信號分別與兩個(gè)輸入端串聯(lián)反饋相加，反饋電路直接從輸出端引出電壓反饋，因?yàn)閡=ui，反相輸入端不是“虛地”，反饋信號使凈輸入信號減少負(fù)反饋、動(dòng)畫、電壓串聯(lián)負(fù)反饋、高輸入電阻和低輸出電阻，共模輸入電壓可能更高。結(jié)論：Auf為陽性，即uo和ui極性相同。

8、因?yàn)閡i應(yīng)用于同相輸入。Auf僅與外部電阻R1和射頻有關(guān)，與運(yùn)算放大器本身的參數(shù)無關(guān)。Auf 1不能小于1。u=u 0時(shí)，反相輸入端沒有“虛地”現(xiàn)象。當(dāng)R1=且射頻=0時(shí)，uo=ui，Auf=1，這稱為電壓跟隨器。由運(yùn)算放大器組成的電壓跟隨器具有高輸入電阻和低輸出電阻，其跟隨性能優(yōu)于發(fā)射極跟隨器。左圖顯示了一個(gè)電壓跟隨器。電源由兩個(gè)電阻分壓，然后施加到電壓跟隨器的輸入端。當(dāng)負(fù)載RL改變時(shí)，兩端的電壓uo不會(huì)改變。負(fù)載電流的大小與負(fù)載無關(guān)。示例2:帶浮動(dòng)負(fù)載的電壓-電流轉(zhuǎn)換電路，1。它可以測量小電壓；2.高輸入電阻對被測電路影響很小。流過電流表的電流，16.2.2加法電路，1。反相加法電路，因?yàn)?/p>

9、虛擬短路，u=u=0，平衡電阻：R2=Ri1 /ui20 /射頻，因?yàn)樘摂M斷路，i=0，所以ii1 ii2=if，動(dòng)畫，2。同相加法電路，方法同樣，當(dāng)ui2單獨(dú)作用時(shí)，動(dòng)畫，方法2:平衡電阻：Ri1 /Ri2=R1 /射頻，u，u=？你也可以寫出u和u的表達(dá)式，然后用u=u的性質(zhì)來求解。1。低輸入電阻；2.低共模電壓；3.當(dāng)改變一個(gè)電路的輸入電阻時(shí)，對其他電路沒有影響；同相加法電路的特點(diǎn)是：1 .高輸入電阻；2.高共模電壓；3.當(dāng)改變一個(gè)電路的輸入電阻時(shí)，它將影響其他電路。逆加法電路的特點(diǎn)如下：16.2.3減法電路，可由虛故障和虛短路得到。分析方法1:如果R1=R2，R3=射頻，如R1=R2=

10、R3=射頻，R2 /R3=R1 /射頻，輸出與兩個(gè)輸入信號之差成正比。常用作測量放大電路，動(dòng)畫，分析方法2:基于疊加原理的減法電路可以看作是反比例電路和同相比例電路的疊加。16.2.4積分運(yùn)算電路，i1=if，if=？當(dāng)電容器CF的初始電壓為uC(t0)時(shí)，有一個(gè)動(dòng)畫。如果輸入信號電壓為恒定直流，即ui=ui，則、積分飽和、線性積分時(shí)間、線性積分時(shí)間、Uo(sat)、ui=Ui 0、ui=Ui 0，采用集成運(yùn)算放大器組成的積分電路，輸出電壓隨時(shí)間線性變化，Ui、Ui，將比例運(yùn)算和積分運(yùn)算相結(jié)合，組成比例積分運(yùn)算電路。上述公式表明，輸出電壓與輸入電壓成比例積分關(guān)系。這種運(yùn)算單元也稱為PI調(diào)節(jié)器，

11、常用于控制系統(tǒng)中，以保證自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。通過改變射頻和射頻，比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)可以調(diào)整，以滿足控制系統(tǒng)的要求。16.2.5微分運(yùn)算電路、i1=if、Ui、Ui、動(dòng)畫，比例微分運(yùn)算電路可以從虛短路和虛斷路的屬性中獲得。上述公式表明，輸出電壓與輸入電壓成比例微分關(guān)系，即使系統(tǒng)響應(yīng)速度快、工作穩(wěn)定，局部放電調(diào)節(jié)器在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程中也起到了加速作用。16.3運(yùn)算放大器在信號處理中的應(yīng)用，16.3.1有源濾波器，濾波器是一種選頻電路。它可以選擇有用信號，抑制無用信號，使某一頻率范圍內(nèi)的信號平穩(wěn)通過，衰減很小，而該頻率范圍外的信號難以通過，衰減很大。無源濾波器：由電阻、電容和電感組

12、成的濾波器。有源濾波器：帶有運(yùn)算放大器的濾波器。缺點(diǎn)：由于低頻時(shí)體積大，很難小型化。優(yōu)點(diǎn)：體積小，效率高，頻率特性好。根據(jù)不同的頻率范圍，濾波器可以分為低通、高通、帶通和帶阻。1.有源低通濾波器，如果輸入是正弦波信號，則有。因此，如果頻率是一個(gè)變量，電路的傳遞函數(shù)的模數(shù)| T(j)|在0時(shí)迅速衰減。顯然，該電路可以使0以下的信號平穩(wěn)通過，衰減很小，而0以上的信號很難通過，衰減很大。它被稱為一階有源低通濾波器。為了改善濾波效果，使信號在0處衰減更快，兩個(gè)RC濾波環(huán)節(jié)往往串聯(lián)在一起形成一個(gè)二階有源低通濾波器。2.有源高通濾波器，如果輸入是正弦波信號，則有。因此，可以看出，該電路使頻率大于0的信號通

13、過，而頻率小于0的信號被阻斷，這稱為有源高通濾波器。如果頻率是一個(gè)變量，電路的傳遞函數(shù)是模擬開關(guān)，模擬輸入信號，1。電路、16.3.2采樣保持電路和采樣保持電路，它們大多用在模數(shù)轉(zhuǎn)換電路之前。由于模數(shù)轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，所以需要在模數(shù)轉(zhuǎn)換前對模擬量進(jìn)行瞬時(shí)采樣，并將采樣值保存一段時(shí)間，以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的需要。用于數(shù)字電路、計(jì)算機(jī)控制和程序控制設(shè)備。采樣存儲電容，控制信號，電壓跟隨器，2。工作原理，16.3.2采樣保持電路，1。電路、采樣階段：uG處于高電平，s閉合(fet開啟)，ui對存儲電容c充電，uo=uC=ui。保持階段：uG為0，S關(guān)斷(場效應(yīng)晶體管關(guān)斷)，輸出保持該階段開始時(shí)的值不變。采樣速度越高，越接近模擬信號的變化。16.3.3電壓比較器，電壓比較器的功能：電壓比較器用于比較輸入信號和參考電壓。當(dāng)它們的幅度相等時(shí)，輸出電壓從高電平跳到低電平，或者從低電平跳到高電平。因此，可以判斷輸入信號的幅度和極性。用途：數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字儀表、自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測等技術(shù)領(lǐng)域，以及波形產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換等