【學習課件】第8章集成運算放大器

1、2004年10月制作 曾令琴主編 曾令琴集成運放簡介及其線性、非線性應用集成運算放大器主要授課內容第二篇編輯ppt第8章 集成運算放大器8.2 集成運放的應用8.1 集成運算放大器第二篇編輯ppt學習集成運算放大器學習目的與要求1. 了解和熟悉集成運算放大器的組成及其圖符號；2. 掌握集成運放的理想化條件及其分析方法；3. 理解集成運放的線性應用及其工作原理；4. 了解一般集成運放的簡單非線性應用。第2頁編輯ppt 1集成運算放大器概述 集成運算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級直接耦合放大電路，它的類型很多，電路也不一樣，但結構具有共同之處，一般由四部分組成。8.1 集成運

2、算放大器 輸入級一般是差動放大器，利用其對稱特性可以提高整個電路的共模抑制比和電路性能，輸入級有反相輸入端、同相輸入端兩個輸入端； 中間級的主要作用是提高電壓增益，一般由多級放大電路組成； 輸出級一般由電壓跟隨器或互補電壓跟隨器所組成，以降低輸出電阻，提高帶負載能力。 偏置電路是為各級提供合適的工作電流。 此外還有一些過載保護電路及高頻補償環(huán)節(jié)等輔助環(huán)節(jié)。集成電路的幾種外形第2頁編輯ppt左圖所示為A741集成運算放大器的芯片實物外形圖 從實物外形圖上可看出，A741集成運放有8個管腳，管腳的排列圖、電路圖符號如下：1A7412876543空腳正電源端輸出端調零端調零端 反相輸入端同相輸入端負

3、電源端集成運放的電路圖符號U0U+U-同相輸入反相輸入+12V輸出6513724-12V調零電位器外部接線圖第2頁編輯ppt 2集成運算的主要技術指標（1）開環(huán)電壓放大倍數(shù)Au0 指集成運放工作在線性區(qū)，接入規(guī)定的負載，無負反饋情況下的直流差模電壓增益。集成運放的Au0一般很高，約為104107； 集成運放的差動輸入電阻很高，可高達幾十千歐和幾十兆歐；由于運放總是工作在深度負反饋條件下，因此其閉環(huán)輸出電阻很低，約在幾十歐至幾百歐之間；（2）差模輸入電阻ri和輸出電阻r0 （1）開環(huán)電壓放大倍數(shù)Au0 指運放兩個輸入端能承受的最大共模信號電壓。超出這個電壓時，運放的輸入級將不能正常工作或共模抑制

4、比下降，甚至造成器件損壞。（3）最大共模輸入電壓Uicmax 第2頁編輯ppt 3理想集成運算及其傳輸特性Auo=、 ri=、 r0=0 、KCMR=。理想特性集成運放的電壓傳輸特性u0(V)ui(mV)0U0MU0M實際特性根據(jù)集成運放的實際特性和理想特性，可畫出相應的電壓傳輸特性。 為簡化分析過程，同時又能滿足實際工程的需要，常把集成運放理想化，集成運放的理想化參數(shù)為： 電壓傳輸特性給出了集成運放開環(huán)時輸出電壓與輸入電壓之間的關系。 可以看出，當集成運放工作在線性區(qū)（+U0MU0M)時，其實際特性與理想特性非常接近；由于集成運放的電壓放大倍數(shù)相當高，即使輸入電壓很小，也足以讓運放工作在飽和

5、狀態(tài)使輸出電壓保持穩(wěn)定。線性區(qū)飽和區(qū)輸出、輸入電壓的關系：第2頁編輯ppt 根據(jù)集成運放的理想化條件，可以導出兩個結論，作為集成運放在線性區(qū)工作的重要分析依據(jù)：（1）虛斷：由ri=，得ii0，即理想運放內部不需要向信號源索取任何電流，兩個輸入端的電流恒為零。電流為零相當于斷路，但實際上兩個輸入端并未真正斷開，因此稱為虛斷；（2）虛短：由Ado=，得uu，即理想運放兩個輸入端的電位相等。兩點等電位相當于短路，實際上兩個輸入端并未真正短接，因此稱為虛短。1. 集成運放由哪幾部分組成，各部分的主要作用是什么？2. 理想運放的特點是什么？3. 工作在線性區(qū)的理想運放有哪兩條重要結論？何謂“虛斷”？“虛

6、短”？第2頁編輯ppt 1反相比例運算電路 集成運放的應用分為線性應用和非線性應用兩大類。當集成運放通過外接電路引入負反饋時，集成運放成閉環(huán)并工作在線性區(qū)，可構成模擬信號運算放大電路、正弦波振蕩電路和有源濾波電路等；若工作在非線性區(qū)，集成運放則可構成各種電壓比較器和矩形波發(fā)生器等。 先介紹集成運放的線性應用。8.2 集成運放的應用式中負號表示輸出電壓與輸入電壓的相位相反+12Vu06513724-12VR2R1uii1ifRFR2是平衡電阻：第2頁編輯ppt 2同相比例運算電路 +12Vu06513724-12VR2R1uii1ifRF 可見同相比例運算電路的電壓放大倍數(shù)必定大于1，而且僅由外

7、接電阻的數(shù)值來決定，與運放本身的參數(shù)無關。第2頁編輯ppt 3加、減法運算電路 （1）加法運算電路+12Vu06513724-12VRPR3ui3i3ifRFR1ui1i1R2ui2i2當R1=R2=R3=RF 時：若再有R1=RF 時，則：第2頁編輯ppt例： 可見加法運算電路也和運放本身的參數(shù)無關，只要外接電阻阻值足夠精確，就可以保證加法運算的精度和穩(wěn)定性。 減法運算電路工作過程自行分析。（2）減法運算電路+12Vu06513724-12VR3R1ui1i1ifRFR2ui2求出下圖電路中u0、ui的關系。解：電路由第一級的反相器和第二級的加法運算電路級聯(lián)而成，因此：第2頁編輯ppt 4微

8、分、積分運算電路 （1）積分運算電路ui為恒定電壓時積分電路uo的波形第2頁編輯ppt（2）微分運算電路第2頁編輯ppt5集成運算放大電路的非線性應用電壓比較器 運算放大器處在開環(huán)狀態(tài)，由于電壓放大倍數(shù)極高，因而輸入端之間只要有微小電壓，運算放大器便進入非線性工作區(qū)域，輸出電壓uo達到最大值UOM。第2頁編輯ppt基準電壓UR=0時，輸入電壓ui與零電位比較，稱為過零比較器。 輸出端接穩(wěn)壓管限幅。設穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，忽略正向導通電壓，則uiUR時，穩(wěn)壓管正向導通， uo=0；uiUR時，穩(wěn)壓管正向導通， uo=UZ；uiUR時，穩(wěn)壓管反向擊穿， uo=UZ時。 電壓比較器廣泛應用在模-數(shù)接口、電平檢測及波形變換等領域。右圖所示為用過零比較器把正弦波變換為矩形波的例子。第2頁編輯ppt檢驗學習結果何謂“虛地”？何謂“虛短”？何謂“虛斷”？“虛