第16章教案電工學(xué)電子技術(shù)(第七版)秦曾煌

1、第1章教案電工學(xué)電子技術(shù)（第七版）秦曾煌第16章集成運(yùn)算放大器本章要求了解集成運(yùn)放的基本組成及主要參數(shù)的意義。理解運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性，掌握其基本分析方法。理解用集成運(yùn)放組成的比例、加減、微分和積分運(yùn)算電路的工作原理，了解有源濾波器的工作原理。理解電壓比較器的工作原理和應(yīng)用。本章重點(diǎn)理想運(yùn)放的傳輸特性、運(yùn)放電路的分析方法。本章難點(diǎn)運(yùn)放電路的分析方法。教學(xué)方法講授法、演示法、練習(xí)法教學(xué)手段多媒體教學(xué)教學(xué)時(shí)數(shù)6學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)分配I-J容：學(xué)時(shí).16.1集成運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單介紹16.2運(yùn)算放大器在信號(hào)運(yùn)算方面的應(yīng)用216.3運(yùn)算放大署在信號(hào)處理方面的應(yīng)用16.5使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的兒個(gè)問(wèn)題116.1

2、集成運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單介紹前面講述的是分立元件以及用分立元件組成的電路。本章講述一種發(fā)展最早的集成電路-集成運(yùn)算放大器。集成電路的問(wèn)世標(biāo)志了電子技術(shù)進(jìn)入微電子學(xué)時(shí)代。按功能劃分，可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路；按集成度劃分，可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。集成運(yùn)算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。16.1.1集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)co+$特點(diǎn)：高增益、高可靠性、低成本、小尺中ADUQ高：80dB140dB集成運(yùn)放的符號(hào)：Qri高：105口Q10曲rQ0珈幾十QD幾百Q(mào)QKDCMRD高：D70dB130dB16.1.2電路

3、的簡(jiǎn)單說(shuō)明a3外形及管腳的作用2反相輸入端3-同相輸入端6-輸出端牛-正電源端7-負(fù)電源端1、5-接調(diào)零電位器8-閑置端(NC)輸入級(jí)：輸入電阻高，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號(hào)，都釆用帶恒流源的差放。中間級(jí)：要求電壓放大倍數(shù)高。常釆用帶恒流源的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。輸出級(jí)：與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，一般由互補(bǔ)對(duì)稱電路或射極輸出器構(gòu)成。16.1.3主要參數(shù)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。開環(huán)差模電壓增益Auo運(yùn)放沒有接反饋電路時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)。Auo愈高，所構(gòu)成的運(yùn)算電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也越高。輸入失調(diào)電壓UIO輸入失調(diào)電流IIO。愈小愈好輸入

4、偏置電流IIB共模輸入電壓范圍UICM運(yùn)放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值，運(yùn)放的共模抑制性能下降，甚至造成器件損壞。16.1.4理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)1理想運(yùn)算放大器2.電壓傳輸特性u(píng)o=f(ui)線性區(qū)：uo=Auo(u+-u一)非線性區(qū)：u+u一時(shí)，uo=+Uo(sat)u+u一時(shí),(1)輸出只有兩種可能,uo=+Uo(sat)u+1，不能小于1。u-=u+主0,反相輸入端不存在“虛地”現(xiàn)象。當(dāng)R1=8或RF=0時(shí)，uo=ui，Auf=1，稱電壓跟隨器。由運(yùn)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16.2.2加法運(yùn)算電路因虛斷，i-=0所以ii1+i

5、i2=ifFoiiiiRuRuRu=+2211因虛短,u-=u+=0FoiiiiRuRuRu=+2211uoRFuiR2R1+8?u+u一uoui+8ii2ifuuou+一)uRRuRR(ui212Fi111Fo+=16.2.3減法運(yùn)算電路由虛斷可得2212iuRRRu+=+11111RRRuuuuuuFioiRi+-+=+=-由虛短可得：+-=uu11221211iFiFouRRuRRR)RR(u-+=其中R2/R3=R1/RF如果取R1=R2，R3=RF()121iiFouuRRu-=如R1=R2=R3=RF12iiouuu-=輸出與兩個(gè)輸入信號(hào)的差值成正比。16.2.4積分運(yùn)算電路由虛短

6、及虛斷性質(zhì)可得i1=ifdtduCRucFi=1dtduCoF-=當(dāng)電容CF的初始電壓為uC(t0)時(shí)，則有()?+-=?0101tuuCRucttiFo()0101tuuCRottiF+-=?當(dāng)電容CF的初始電壓為0時(shí)，則有=iFouCRu11若輸入信號(hào)電壓為恒定直流量，即ui=Ui時(shí)ui2uoRFui1R3R2+8R1+-+ifu+uC=dtUCRuiFo11tCRUF1i=線性積分時(shí)間FiOMCRUUt10n出=一仏30時(shí)，|T(j3)|衰減很快顯然，電路能使低于30的信號(hào)順利通過(guò)，衰減很小，而使高于30的信號(hào)不易通過(guò)，衰減很大，稱一階有源低通濾波器。為了改善濾波效果，使330時(shí)信號(hào)衰減

7、得更快些，常將兩節(jié)RC濾波環(huán)節(jié)串接起來(lái)，組成二階有源低通濾波器。C1uiRFifiCuiuoRFuCCR+8-?R1+-+-幅頻特性21uA0|Auf02.有源高通濾波器3333301Fioj11)(j)(j)(j-+=RRUUT330f0j1-=uA式中RC1可見，電路使頻率大于30的信號(hào)通過(guò)，而小于30的信號(hào)被阻止，稱為有源高通濾波器。16.3.2采樣保持電路it1釆樣保持電路，多用于模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路（A/D）之前。由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，所以在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換前必須對(duì)模擬量進(jìn)行瞬間釆樣，并把釆樣值保存一段時(shí)間，以滿足A/D轉(zhuǎn)換電路的需要。用于數(shù)字電路、計(jì)算機(jī)控制及程序控制等裝置中。工作

8、原理在模擬開關(guān)上加釆樣脈沖釆樣階段：uG為高電平，S閉合(場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通)，ui對(duì)存儲(chǔ)電容C充電，uo=uC=ui。7aU111II保持階段：uG為0,S斷開(場(chǎng)效應(yīng)管截止)，輸出保持該階段開始瞬間的值不變。釆樣速度愈高，愈接近模擬信號(hào)的變化情況。16.3.3電壓比較器uiuoRFCR+8?R1+-+-幅頻特性21uA|Auo電壓比較器用來(lái)比較輸入信號(hào)與參考電壓的大小。當(dāng)兩者幅度相等時(shí)輸出電壓產(chǎn)生躍變，由高電平變成低電平，或者由低電平變成高電平。由此來(lái)判斷輸入信號(hào)的大小和極性。用途：數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字儀表、自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測(cè)等技術(shù)領(lǐng)域，以及波形產(chǎn)生及變換等場(chǎng)合。UR是參考電壓運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)當(dāng)u+u-時(shí)，uo=+Uo(sat)u+即uiuiUR時(shí)，uo=一Uo(sat)i+厲3嚴(yán)L0亠KfaatJ可見，在ui=UR處輸出電壓uo發(fā)