集成運算放大器的簡單介紹

集成運算放大器的簡單介紹第1頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月+UCC–UEEuou–u+6.1.2電路的簡單說明輸入級中間級輸出級同相輸入端輸出端反相輸入端輸入級：輸入電阻高，能減小零點漂移和抑制干擾信號，都采用帶恒流源的差放

。

中間級：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。輸出級：與負載相接，要求輸出電阻低，帶負載能力強，一般由互補對稱電路或射極輸出器構(gòu)成。第2頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1.3主要參數(shù)1.最大輸出電壓UOPP能使輸出和輸入保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。2.開環(huán)差模電壓增益Auo運放沒有接反饋電路時的差模電壓放大倍數(shù)。

Auo愈高，所構(gòu)成的運算電路越穩(wěn)定，運算精度也越高。6.共模輸入電壓范圍UICM運放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值，運放的共模抑制性能下降，甚至造成器件損壞。愈小愈好3.輸入失調(diào)電壓UIO4.輸入失調(diào)電流IIO5.輸入偏置電流IIB第3頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1.4理想運算放大器及其分析依據(jù)1.理想運算放大器Auo

，rid，ro0，KCMR

2.電壓傳輸特性uo=f(ui)線性區(qū)：uo

=Auo(u+–u–)非線性區(qū)：u+>u–

時，uo=+Uo(sat)

u+<u–

時，uo=–Uo(sat)

+Uo(sat)

u+–u–

uo–Uo(sat)線性區(qū)理想特性實際特性uo++

u+u–+UCC–UEE–

飽和區(qū)O第4頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月3.理想運放工作在線性區(qū)的特點因為uo

=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

Auo越大，運放的線性范圍越小，必須加負反饋才能使其工作于線性區(qū)。++∞uou–u+i+i––

u+–u–

uo線性區(qū)–Uo(sat)+Uo(sat)O第5頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月4.理想運放工作在飽和區(qū)的特點(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)象電壓傳輸特性當u+>u–

時，uo=+Uo(sat)

u+<u–

時，uo=–Uo(sat)

不存在“虛短”現(xiàn)象

u+–u–

uo–Uo(sat)+Uo(sat)O飽和區(qū)第6頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2

運算放大器在信號運算方面的運用集成運算放大器與外部電阻、電容、半導體器件等構(gòu)成閉環(huán)電路后，能對各種模擬信號進行比例、加法、減法、微分、積分、對數(shù)、反對數(shù)、乘法和除法等運算。運算放大器工作在線性區(qū)時，通常要引入深度負反饋。所以，它的輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系基本決定于反饋電路和輸入電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而與運算放大器本身的參數(shù)關(guān)系不大。改變輸入電路和反饋電路的結(jié)構(gòu)形式，就可以實現(xiàn)不同的運算。第7頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.1比例運算1.反相比例運算（1）電路組成

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–=u+=0，稱反相輸入端“虛地”—反相輸入的重要特點因虛斷，i+=i–=0，

ifi1i–i+uoRFuiR2R1++––++

–

所以i1

if

因要求靜態(tài)時u+、u–對地電阻相同，所以平衡電阻R2=R1//RF動畫第8頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.1比例運算1.反相比例運算電壓放大倍數(shù)uoRFuiR2R1++––++

–

－－反饋電路直接從輸出端引出—電壓反饋輸入信號和反饋信號加在同一輸入端—并聯(lián)反饋反饋信號使凈輸入信號減小—負反饋電壓并聯(lián)負反饋輸入電阻低，共模電壓

0第9頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月⑤電壓并聯(lián)負反饋，輸入、輸出電阻低，

ri=R1。共模輸入電壓低。結(jié)論：①Auf為負值，即uo與ui

極性相反。因為ui加在反相輸入端。②Auf

只與外部電阻R1、RF

有關(guān)，與運放本身參數(shù)無關(guān)。③|Auf

|可大于1，也可等于1或小于1。④因u–=u+=0，所以反相輸入端“虛地”。第10頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月例：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應為多少？解：1.Auf=–RF

R1

=–50

10=–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++––++

–

第11頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2.同相比例運算因虛斷，所以u+=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u+、u

對地電阻相同，所以平衡電阻R2=R1//RFu+u–第12頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2.同相比例運算輸入電阻高共模電壓=ui電壓放大倍數(shù)電壓串聯(lián)負反饋輸入信號和反饋信號分別加兩個輸入端—串聯(lián)反饋反饋電路直接從輸出端引出—電壓反饋因虛短，所以

u–=ui，反相輸入端不“虛地”反饋信號使凈輸入信號減小—負反饋uoRFuiR2R1++––++

–

動畫第13頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月⑤電壓串聯(lián)負反饋，輸入電阻高、輸出電阻低，共模輸入電壓可能較高。結(jié)論：①Auf為正值，即uo與ui

極性相同。因為ui加在同相輸入端。②Auf只與外部電阻R1、RF有關(guān)，與運放本身參數(shù)無關(guān)。③Auf≥1，不能小于1。④u–=u+

≠0，反相輸入端不存在“虛地”現(xiàn)象。第14頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月當R1=

且RF

=0時，uo=ui，Auf=1，稱電壓跟隨器。uoRFuiR2R1++––++

–

由運放構(gòu)成的電壓跟隨器輸入電阻高、輸出電阻低，其跟隨性能比射極輸出器更好。uoui++––++

–

左圖是一電壓跟隨器，電源經(jīng)兩個電阻分壓后加在電壓跟隨器的輸入端，當負載RL變化時，其兩端電壓uo不會隨之變化。uo+–++

–

15k

RL15k

+15V7.5k

例：第15頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月負載電流的大小與負載無關(guān)。例2：負載浮地的電壓-電流的轉(zhuǎn)換電路1.能測量較小的電壓；2.輸入電阻高，對被測電路影響小。流過電流表的電流IGUxR2R1+–++

–

RLuiR2R1+–++

–

iLi1第16頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.2加法運算電路1.反相加法運算電路因虛短,u–=u+=0

平衡電阻：

R2=Ri1

//Ri2

//RFii2ii1ifui2uoRFui1Ri2Ri1++

–

R2+–因虛斷，i–=0

所以ii1+ii2=if

動畫第17頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2.同相加法運算電路方法1:根據(jù)疊加原理

ui1單獨作用(ui2＝0)時，同理，ui2單獨作用時ui2uoRFui1Ri2Ri1++

–

R1+–動畫第18頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月方法2：平衡電阻：

Ri1//Ri2

=R1

//RFu+思考u+=?也可寫出u–和u+的表達式，利用u–=u+的性質(zhì)求解。ui2uoRFui1Ri2Ri1++

–

R1+–第19頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月1.輸入電阻低；2.共模電壓低；3.當改變某一路輸入電阻時，對其它路無影響；同相加法運算電路的特點：1.輸入電阻高；2.共模電壓高；3.當改變某一路輸入電阻時，對其它路有影響；反相加法運算電路的特點：ui2uoRFui1Ri2Ri1++

–

R1+–ui2uoRFui1Ri2Ri1++

–

R2+–第20頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.3減法運算電路由虛斷可得：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輸出與兩個輸入信號的差值成正比。常用做測量放大電路動畫第21頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月分析方法2：利用疊加原理減法運算電路可看作是反相比例運算電路與同相比例運算電路的疊加。u+ui2uoRFui1R3R2++

–

R1+–++––第22頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.4積分運算電路由虛短及虛斷性質(zhì)可得i1=ifif=?ifi1uoCFuiR2R1++––++

–

uC+–

當電容CF的初始電壓為uC(t0)時，則有動畫第23頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月若輸入信號電壓為恒定直流量，即ui=Ui

時，則uitO積分飽和線性積分時間線性積分時間–Uo(sat)uotO+Uo(sat)ui=Ui>0

ui=–Ui<0

采用集成運算放大器組成的積分電路，由于充電電