第5章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用

1、第第5章章 集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用 集成運(yùn)算放大器概述集成運(yùn)算放大器概述 放大電路中的反饋放大電路中的反饋 基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路 電壓比較器電壓比較器 信號發(fā)生器信號發(fā)生器 基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路 5.1 5.1 集成運(yùn)算放大器概述集成運(yùn)算放大器概述 運(yùn)算放大器是具有運(yùn)算放大器是具有很高的開環(huán)電壓放大倍數(shù)很高的開環(huán)電壓放大倍數(shù)的的直接耦直接耦合合的多級放大電路。的多級放大電路。集成運(yùn)放集成運(yùn)放將整個(gè)電路的各個(gè)元件做在將整個(gè)電路的各個(gè)元件做在一個(gè)半導(dǎo)體基片上。一個(gè)半導(dǎo)體基片上。 集成運(yùn)放的封裝外形如右圖集成運(yùn)放的封裝外形如右圖所示。使用時(shí)，要根據(jù)所用集所示。使用時(shí)，要

2、根據(jù)所用集成電路型號的成電路型號的管腳圖管腳圖來連接。來連接。工作穩(wěn)定、使用方便、工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小。體積小、重量輕、功耗小。LM3245.1.1 5.1.1 集成運(yùn)算放大器的組成集成運(yùn)算放大器的組成差動(dòng)放大差動(dòng)放大輸入級輸入級u-u+中間放大級中間放大級互補(bǔ)輸出級互補(bǔ)輸出級恒流偏置電路恒流偏置電路 差動(dòng)輸入級有兩個(gè)輸入差動(dòng)輸入級有兩個(gè)輸入u+、u-，當(dāng)信號從，當(dāng)信號從u-輸入，輸出輸入，輸出uo與與u-極性相反，稱極性相反，稱u-反相輸入端反相輸入端；當(dāng)信號從；當(dāng)信號從u+輸入，輸出輸入，輸出uo與與u+極性相同，稱極性相同，稱u+同相輸入端同相輸入端。增益級增益級一

3、般高增益共射電路一般高增益共射電路低阻功率輸出級，低阻功率輸出級，提高負(fù)載能力。提高負(fù)載能力。提供穩(wěn)定合適的偏流提供穩(wěn)定合適的偏流一般由恒流源組成一般由恒流源組成uo其輸入電阻高、其輸入電阻高、能減小零點(diǎn)漂移能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號。和抑制干擾信號。與與uo反相反相與與uo同相同相集成運(yùn)放的基本結(jié)構(gòu)集成運(yùn)放的基本結(jié)構(gòu)輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級-UEE+UCC u+uo u-反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端T3T4T5T1T2ISAuo開環(huán)差模開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)u+u-輸出端輸出端反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端信號傳輸方向信號傳輸方向 uiuo集成運(yùn)

4、算放大器的符號集成運(yùn)算放大器的符號iuuouAuuAu00)( 5.1.2 5.1.2 集成運(yùn)算放大器主要參數(shù)集成運(yùn)算放大器主要參數(shù)1、最大輸出電壓、最大輸出電壓UOPP 集成運(yùn)放工作在線性區(qū)的最大不失真輸出電壓。一般略小集成運(yùn)放工作在線性區(qū)的最大不失真輸出電壓。一般略小于電源電壓。于電源電壓。2、開環(huán)電壓放大倍數(shù)、開環(huán)電壓放大倍數(shù)Au0 在沒有外接反饋電路時(shí)所測出的差模電壓放大倍數(shù)。在沒有外接反饋電路時(shí)所測出的差模電壓放大倍數(shù)。3、差模輸入電阻、差模輸入電阻 rid 差模信號作用時(shí)集成運(yùn)放的輸入電阻。一般在差模信號作用時(shí)集成運(yùn)放的輸入電阻。一般在1M 以上。以上。4、開環(huán)輸出電阻、開環(huán)輸出電

5、阻 ro集成運(yùn)放沒有引入負(fù)反饋情況下的輸出電阻。一般是幾百集成運(yùn)放沒有引入負(fù)反饋情況下的輸出電阻。一般是幾百歐姆。歐姆。5.1.3 5.1.3 集成運(yùn)算放大器電壓傳輸特性集成運(yùn)算放大器電壓傳輸特性uo_+ +Au0uiAu0越大，運(yùn)放的線性范圍越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須加越小，必須加負(fù)反饋負(fù)反饋才能才能使其工作于線性區(qū)。使其工作于線性區(qū)。UomUomUimUimuiuo0線性區(qū)線性區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū) 傳輸特性傳輸特性是表示輸出電壓與輸是表示輸出電壓與輸入電壓之間關(guān)系的特性曲線。入電壓之間關(guān)系的特性曲線。即即 uo = f ( ui ) 線性區(qū)：線性區(qū)： uo =Au0ui 非線性非

6、線性區(qū)區(qū)(飽和區(qū)飽和區(qū))： 當(dāng)當(dāng)ui Uim 時(shí)，時(shí)，uo = Uom當(dāng)當(dāng)ui u-, uo=+Uom , u+ UH , 就有就有 u- u+ , uo 立即由立即由UZ 變成變成UZ 在在 uc UH 時(shí)，時(shí)， u- u+ , uo 保持保持 + UZ 不變；不變；uo UZR2R1C+uc-+RF0UHuctULUZuo0t- UZ此時(shí)，此時(shí)，C 經(jīng)輸出端放電經(jīng)輸出端放電!2. 當(dāng)當(dāng)uo = -UZ 時(shí)，時(shí)，u+=ULuc降到降到UL時(shí)，時(shí)，uo上翻上翻。當(dāng)當(dāng)uo 重新回到重新回到UZ 以后，以后，電路又進(jìn)入另一個(gè)周期電路又進(jìn)入另一個(gè)周期性的變化。性的變化。Tuo UZR2R1C+uc-

7、+RF5.5.2 5.5.2 三角波信號發(fā)生器三角波信號發(fā)生器同相滯回同相滯回比較器比較器積分運(yùn)積分運(yùn)算電路算電路特點(diǎn)：特點(diǎn)：由由同相的滯回比較器同相的滯回比較器和和反相積分器反相積分器級聯(lián)構(gòu)成，級聯(lián)構(gòu)成，滯回比較器的輸出作為反相積分器的輸入，反相滯回比較器的輸出作為反相積分器的輸入，反相積分器的輸出又作為滯回比較器的輸入。積分器的輸出又作為滯回比較器的輸入。R1uo1R01R2+-uoR02RC+-oMHURRU21 oMLURRU21 00uo1tUOMUOMuotUHUL tuRCuood11uo1R02R01RCR2R1+-+-uo5.5.3 5.5.3 正弦波信號發(fā)生器正弦波信號發(fā)生

8、器 1. 1. 自激振蕩自激振蕩 如果：如果：,dfXX 則去掉則去掉,iX仍有信號輸出。仍有信號輸出?；痉糯蠡痉糯箅娐冯娐稟 A反饋電路反饋電路F FdXoXfX反饋信號代替了放大反饋信號代替了放大電路的輸入信號。電路的輸入信號?；痉糯蠡痉糯箅娐冯娐稟 A反饋電路反饋電路F F iX+ + + +dXoXfX2. 2. 自激振蕩條件自激振蕩條件基本放大基本放大電路電路A反饋電路反饋電路FdXoXfXdfXAFX 1 AF（1）振幅條件：）振幅條件：1| AF（2）相位條件：）相位條件： nFA2 (n是整數(shù)是整數(shù))正弦正弦振蕩的條件振蕩的條件: :可以通過調(diào)整放大電路的放大倍數(shù)達(dá)到。

9、可以通過調(diào)整放大電路的放大倍數(shù)達(dá)到。振蕩電路必須是正反饋振蕩電路必須是正反饋3. 3. 起振起振放大電路中存在噪聲即瞬態(tài)擾動(dòng)，這些擾動(dòng)可分放大電路中存在噪聲即瞬態(tài)擾動(dòng)，這些擾動(dòng)可分解為各種頻率的分量，其中也包括有解為各種頻率的分量，其中也包括有fo分量。分量。選頻網(wǎng)絡(luò)：選頻網(wǎng)絡(luò)：把把fo分量選出，把其他頻率的分量衰減掉。分量選出，把其他頻率的分量衰減掉。此時(shí)：此時(shí)： ，且，且 A+ F =2n ，即可起振。即可起振。 起振：起振： 穩(wěn)幅：穩(wěn)幅：起振后，輸出將逐漸增大，若不采取穩(wěn)幅，起振后，輸出將逐漸增大，若不采取穩(wěn)幅，這時(shí)若這時(shí)若|AF|仍大于仍大于1，則輸出將會(huì)飽和失真。，則輸出將會(huì)飽和失真。達(dá)到需要的幅值后，將參數(shù)調(diào)整為達(dá)到需要的幅值后，將參數(shù)調(diào)整為AF=1，即可穩(wěn)幅。，即可穩(wěn)幅。1 FA5.5.4 RC5.5.4 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路)CRCR( j)CCRR(CjRCj/RCj/RUUFof12211221112222111111 時(shí)時(shí), ,相移為相移為0 01221212CRfCRfoo 212121CCRRfo 如果：如果：R1=