集成運(yùn)算放大器資料講解

第16章集成(jíchénɡ)運(yùn)算放大器§16.1集成運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單(jiǎndān)介紹§16.2運(yùn)算(yùnsuàn)放大器在信號(hào)運(yùn)算(yùnsuàn)方面的應(yīng)用§16.3運(yùn)算放大器在信號(hào)處理方面的應(yīng)用§16.4運(yùn)算放大器在波形產(chǎn)生方面的應(yīng)用目錄第一頁(yè)，共72頁(yè)。集成運(yùn)算放大器：是一種高放大倍數(shù)、高輸入電阻(diànzǔ)、低輸出電阻(diànzǔ)的直接耦合放大電路電路方框圖中間級(jí)輸入級(jí)輸出級(jí)偏置電路

輸出級(jí)主要提高帶負(fù)載能力(nénglì)，給出足夠的輸出電流io，輸出阻抗ro小。中間級(jí)應(yīng)有(yīnɡyǒu)足夠大的電壓放大倍數(shù)盡量減小零點(diǎn)漂移,盡量提高KCMRR,

輸入阻抗ri盡可能大§16.1集成運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單介紹第二頁(yè)，共72頁(yè)。電路方框圖中間級(jí)輸入級(jí)輸出級(jí)偏置電路輸出級(jí)主要提高帶負(fù)載能力(nénglì)，給出足夠的輸出電流io，輸出阻抗ro小。中間級(jí)應(yīng)有足夠大的電壓放大(fàngdà)倍數(shù)第三頁(yè)，共72頁(yè)。電路方框圖中間級(jí)輸入級(jí)輸出級(jí)偏置電路

輸出級(jí)主要(zhǔyào)提高帶負(fù)載能力，給出足夠的輸出電流io，輸出阻抗ro小。第四頁(yè)，共72頁(yè)。F007（5G24）外引線(yǐnxiàn)圖反相輸入端同相輸入端輸出端接線圖頂視圖第五頁(yè)，共72頁(yè)。ri高:幾十k

幾百k運(yùn)放的特點(diǎn)：理想運(yùn)放：

ri

KCMRR很大KCMMRR

ro?。簬资畘幾百ro

0Ao很大:104以上~107Ao

運(yùn)放的特點(diǎn)(tèdiǎn)和符號(hào)運(yùn)放符號(hào)：－＋＋u－u+uoA0－＋＋u－u+uoA0－＋＋u－u+uo第六頁(yè)，共72頁(yè)。運(yùn)算(yùnsuàn)放大器的傳輸特性+UO(sat)-UO(sat)線性區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)線性區(qū)很窄,所以運(yùn)放在線性區(qū)工作(gōngzuò),通常引入深度電壓負(fù)反饋第七頁(yè)，共72頁(yè)。§16.2運(yùn)算放大器在信號(hào)運(yùn)算方面(fāngmiàn)的應(yīng)用(1)反相比例(bǐlì)運(yùn)算放大器_++RFR1RPuiuoi1iFib-ib+虛地點(diǎn)(dìdiǎn)i1=iF+

ib-=iF,ib-=0

ib+=0u+

=0

u－=u+=0平衡電阻(使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相等):RP=R1//RFF電壓放大倍數(shù):iF動(dòng)畫(huà)第八頁(yè)，共72頁(yè)。_++RFR1RPuiuoi1i2ib-ib+例題(lìtí)1.R1=10k,RF=20k,ui=-1V。求:uo，RP應(yīng)為多大？Au=-（RF/R1）=-20/10=-2uo=Auui=(-2)(-1)=2VRP=R1//RF=10//20=6.7k第九頁(yè)，共72頁(yè)。反相比例(bǐlì)運(yùn)算放大器輸入電阻及反饋方式：ri=R1輸入電阻(小):uo_++RFR1RPuii1iFib-ib+反饋(fǎnkuì)電阻反饋式：電壓并聯(lián)負(fù)反饋i1=iF+

ib-ib-=i1-iF動(dòng)畫(huà)第十頁(yè)，共72頁(yè)。(2)同相比例(bǐlì)運(yùn)算放大器u-=u+=uiib+=0ib-=0_++RFR1RPuiuoiFi1Au=1+RFR1iF=i1RP=R1//RFF1F1)動(dòng)畫(huà)第十一頁(yè)，共72頁(yè)。_++RFR1RPuiuoiFi1例題(lìtí)2.Rf=10k,RF=20k,ui=-1V。求:uo，RP應(yīng)為多大？uo=Auui=(3)(-1)=-3VRP=R1//RF=10//20=6.7kAu=1+=1+20/10=3RFR1第十二頁(yè)，共72頁(yè)。電壓(diànyā)串聯(lián)負(fù)反饋同相比例運(yùn)算(yùnsuàn)放大器輸入電阻及反饋方式：_++RFR1RPuiuo輸入電阻(高)輸入電壓:u+-u-=ui-uo

R1R1+RF第十三頁(yè)，共72頁(yè)。_++RFRfRPuiuoAu=1+RFRf當(dāng)RF=0時(shí),Au=1uo=ui(3)電壓(diànyā)跟隨器此電路是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻大，輸出電阻小，在電路中作用與分離元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨(ɡēnsuí)性能好。第十四頁(yè)，共72頁(yè)。(4)差動(dòng)放大器_++R2R1R1ui2uoR2ui1ib+=0ib-=0ui2R2R1+R2u+=u-=u+u-=uoR1+ui1R2R1+R2uoR1+ui1R2R1+R2ui2R2R1+R2=動(dòng)畫(huà)第十五頁(yè)，共72頁(yè)。以上電路(diànlù)的比較歸納：1.它們都引入電壓負(fù)反饋，因此輸出電阻都比較(bǐjiào)小。2.關(guān)于輸入電阻反相輸入的輸入電阻小，同相輸入的輸入電阻高。3.以上放大器均可級(jí)聯(lián),級(jí)聯(lián)時(shí)放大倍數(shù)分別獨(dú)立計(jì)算。第十六頁(yè)，共72頁(yè)。例題(lìtí)3.R1=10k,R2=20k,ui1=-1V，ui2=1V。求:uouo_++R2R1R1R2ui1_++ui2_++R2R1RPuo=(uo2-uo1)=(20/10)[3-(-1)]=8VR2R1uo1=ui1=-1Vuo2=ui2(1+R2/R1)=3V第十七頁(yè)，共72頁(yè)。例題(lìtí)3.若ui1=sintV，ui2=1V，求:uouo1=ui1=sintVuo2=ui2(1+R2/R1)=3Vuo=(uo2-uo1)=(20/10)(3-sint

)=6-2sintVR2R1第十八頁(yè)，共72頁(yè)。(5)反相求和(qiúhé)算：_++RFR1R2ui2uoRPui1i1i2iF虛地uo=-(ui1

R1RF+ui2

R2RF)若R1=R2=R,

uo=-(ui1

R

RF+ui2

)取RP=R1//R2//RFuo_++RFR1RPuiib+=0ib-=0,i1+i2=iFui1

R1=ui2

R2+-uo

RF動(dòng)畫(huà)第十九頁(yè)，共72頁(yè)。(6)同相求和(qiúhé)運(yùn)算：Au=RFRf1+uo=Auu+=()(+)RFR11+R2R1+R2ui1R1R1+R2ui2取R1//R2=RF//Rf當(dāng)R1=R2時(shí),uo=()(ui1+ui2)RFR11+12R1RF++u

i1uoR1R2ui2-u+_++RFR1RPuiuo第二十頁(yè)，共72頁(yè)。(7)微分(wēifēn)運(yùn)算：u-=u+=0ui－++uoRR2i1iFCib-=0第二十一頁(yè)，共72頁(yè)。tui0tuo0例：,求uo。ui－++uoRR2i1iFC90°第二十二頁(yè)，共72頁(yè)。(8)反相積分(jīfēn)運(yùn)算i1iFu

i-++RRPCuoucuc=-uoib+=0ib-=0,iF=Cducdt-CduodtuiR=u-=u+=0第二十三頁(yè)，共72頁(yè)。反相(fǎnxiānɡ)積分器：如果ui=直流電壓U,輸出將反相(fǎnxiānɡ)積分，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后輸出飽和。tui0Utuo0-UomTM積分(jīfēn)時(shí)限=–tURC設(shè)Uom=15V,U=+3V,R=10k,C=1F=0.05秒第二十四頁(yè)，共72頁(yè)。反相積分器：如果(rúguǒ)ui=-U=-3V，畫(huà)出uo的波形圖。tui0tuo0+Uom-Uò-=t0o(-U)dtRC1u=tURC0.05秒設(shè)Uom=15V,U=3V,R=10k,C=1F第二十五頁(yè)，共72頁(yè)。應(yīng)用舉例：輸入方波，輸出(shūchū)是三角波。tui0tuo0第二十六頁(yè)，共72頁(yè)。運(yùn)算(yùnsuàn)電路要求1.熟記前8種基本(jīběn)運(yùn)算電路的電路圖及放大倍數(shù)公式。2.以上基本(jīběn)運(yùn)算電路級(jí)聯(lián)后輸出的計(jì)算。3.會(huì)用ib-=0,ib+=0,u+=u-分析給定運(yùn)算電路的放大倍數(shù)。第二十七頁(yè)，共72頁(yè)。§16.3運(yùn)算放大器在信號(hào)處理方面(fāngmiàn)的應(yīng)用濾波電路(diànlù)的種類:按信號(hào)性質(zhì):模擬濾波器和數(shù)字濾波器按電路功能:低通濾波器高通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器按所用元件:無(wú)源濾波器和有源濾波器16.3.1、概述(ɡàishù)按階數(shù):一階,二階…高階第二十八頁(yè)，共72頁(yè)。傳遞函數(shù)：幅頻特性相頻特性filter傳遞函數(shù)、幅頻特性第二十九頁(yè)，共72頁(yè)。濾波器分類(fēnlèi)(按頻率特性進(jìn)行分類(fēnlèi))：低通高通帶通帶阻第三十頁(yè)，共72頁(yè)。RCR一階RC低通濾波器(無(wú)源(wúyuán))CC傳遞函數(shù)幅頻特性第三十一頁(yè)，共72頁(yè)。010.7070截止頻率此電路的缺點(diǎn)：1、帶負(fù)載能力差。2、無(wú)放大作用。3、特性不理想，邊沿不陡。幅頻特性、幅頻特性曲線(qūxiàn)RCR第三十二頁(yè)，共72頁(yè)。通頻帶寬(dàikuān)度(帶寬(dàikuān))010.7070截止頻率帶寬(dàikuān):0-0設(shè)R=10k,C為下列(xiàliè)各值時(shí)的帶寬:Cfo1F16Hz0.047F340Hz0.01F1600Hz第三十三頁(yè)，共72頁(yè)。16.3.2有源濾波器RR1RFC+-+1.一階有源低通濾波器傳遞函數(shù)RCRC傳遞函數(shù)中出現(xiàn)(chūxiàn)的一次項(xiàng),故稱為一階濾波器第三十四頁(yè)，共72頁(yè)。幅頻特性：相頻特性：RR1RFC+-+幅頻特性及幅頻特性曲線(qūxiàn)01+RF/R10.707(1+RF/R1)0傳遞函數(shù)RC第三十五頁(yè)，共72頁(yè)。1、時(shí)：有放大作用3、運(yùn)放輸出，帶負(fù)載能力強(qiáng)。2、時(shí)：幅頻特性與一階無(wú)源低通濾波器類似電路(diànlù)特點(diǎn):第三十六頁(yè)，共72頁(yè)。2.一階有源高通濾波器R–1RCRR1RFC+-+低通RR1RFC+-+高通傳遞函數(shù)–1RC第三十七頁(yè)，共72頁(yè)。幅頻特性及幅頻特性曲線(qūxiàn)傳遞函數(shù)1RC–幅頻特性：0

01+RF/R10.707(1+RF/R1)0RR1RFC+-+第三十八頁(yè)，共72頁(yè)。3.二階有源低通濾波器RR1RFC+-+CRP，AF=1+RF/R1傳遞函數(shù)中出現(xiàn)(chūxiàn)的二次項(xiàng),故稱為二階濾波器，第三十九頁(yè)，共72頁(yè)。03dB幅頻特性曲線(qūxiàn)第四十頁(yè)，共72頁(yè)。R1=時(shí)：AF=1時(shí)：RC+-+CR第四十一頁(yè)，共72頁(yè)。一階低通和二階低通幅頻特性曲線(qūxiàn)的區(qū)別0-3dbAF理想低通一階低通二階低通階數(shù)越高，幅頻特性曲線越接近(jiējìn)理想濾波器第四十二頁(yè)，共72頁(yè)。16.4.3電壓(diànyā)比較器16.4.4遲滯(chízhì)比較器16.4.1信號(hào)(xìnhào)發(fā)生器16.4.2方波發(fā)生器§16.4運(yùn)放在波形產(chǎn)生方面的應(yīng)用

第四十三頁(yè)，共72頁(yè)?！?6.5運(yùn)算放大器在波形(bōxínɡ)產(chǎn)生方面的應(yīng)用即非線性應(yīng)用，是指：由運(yùn)放組成的電路處于非線性狀態(tài)，輸出與輸入的關(guān)系(guānxì)uo=f(ui)是非線性函數(shù)。第四十四頁(yè)，共72頁(yè)。16.4.1限幅器tuiu0tUZ+UF-(UZ+UF)-+AuoR1RFuiDZR+1.雙向穩(wěn)壓管接于輸出(shūchū)端R限流電阻(diànzǔ)一般取100特點(diǎn)：電路中的運(yùn)放處于(chǔyú)線性放大狀態(tài)，但外圍電路有非線性元件（二極管、穩(wěn)壓二極管）。DZ雙向穩(wěn)壓管UZ穩(wěn)壓值,UF正向壓降第四十五頁(yè)，共72頁(yè)。uoui0傳輸(chuánshū)特性DZ-+AuoR1RFui+2.雙向穩(wěn)壓管接于負(fù)反饋回路上(lùshɑng)+UOM-UOM第四十六頁(yè)，共72頁(yè)。16.4.2電壓(diànyā)比較器++uouiURuoui0+Uom-UomURUR為參考(cānkǎo)電壓當(dāng)ui>UR時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui<UR時(shí),uo=-Uom

特點(diǎn)(tèdiǎn):運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)第四十七頁(yè)，共72頁(yè)。++uouiURuoui0+Uom-UomUR當(dāng)ui<UR時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui>UR時(shí),uo=-Uom

若ui從反相端輸入(shūrù)電壓(diànyā)比較器(續(xù))第四十八頁(yè)，共72頁(yè)。uoui0+UOM-UOM++uoui過(guò)零比較(bǐjiào)器:當(dāng)UR=0時(shí)++uouiuoui0+UOM-UOM電壓(diànyā)比較器(續(xù))第四十九頁(yè)，共72頁(yè)。++uouituituo+Uom-Uom例題(lìtí)：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲?。第五十?yè)，共72頁(yè)。++uiuoui0+UZ-UZ用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出(shūchū)電壓uoUZuoui0+UOM-UOM++uoui忽略(hūlüè)了UF第五十一頁(yè)，共72頁(yè)。電壓比較(bǐjiào)器的另一種形式：將雙向穩(wěn)壓管接在負(fù)反饋回路上++uiuoUZR′R_uoui0+UZ-UZR′=R第五十二頁(yè)，共72頁(yè)。16.4.3遲滯(chízhì)比較器1.遲滯(chízhì)比較器(下行)特點(diǎn):電路中使用正反饋,運(yùn)放(yùnfànɡ)處于非線性狀態(tài)1、因?yàn)橛姓答?，所以輸出飽和?、當(dāng)uo正飽和時(shí)(uo=+UOM)：Hom211+UURRRU+=+=3、當(dāng)uo負(fù)飽和時(shí)(uo=-UOM)：Lom211+UURRRU+=+-=－++uoRR2R1uiU+第五十三頁(yè)，共72頁(yè)。－++uoRR2R1uiU+遲滯比較(bǐjiào)器(下行)(續(xù))uoui0+Uom-UomU+HU+L設(shè)ui,當(dāng)ui=<U+L,

uo從-UOM+UOM這時(shí),uo=-UOM,U+=U+L設(shè)初始值:

uo=+UOM,U+=U+H設(shè)ui,當(dāng)ui=>U+H,

uo從+UOM-UOM第五十四頁(yè)，共72頁(yè)。傳輸(chuánshū)特性u(píng)oui0+Uom-UomU+HU+LU+H上門限電壓(diànyā)U+L下門限電壓(diànyā)U+H-U+L稱為回差om211URRR+=HU+om211URRR+=-LU+第五十五頁(yè)，共72頁(yè)。tuiU+HU+LtuoUom-Uom例:設(shè)輸入為正弦波,畫(huà)出輸出(shūchū)的波形。－++uoRR2R1uiU+第五十六頁(yè)，共72頁(yè)。加上參考(cānkǎo)電壓后的遲滯比較器(下行)：－++uoRR2R1uiUR上下限(xiàxiàn)：uoui0U+HU+L傳輸特性+UOM-UOM第五十七頁(yè)，共72頁(yè)。例題：R1=10k，R2=20k，UOM=12V，UR=9V當(dāng)輸入(shūrù)ui為如圖所示的波形時(shí)，畫(huà)出輸出uo的波形。uoui0U+HU+L－++uoRR2R1uiUR傳輸特性上下限(xiàxiàn)：=10V=2V第五十八頁(yè)，共72頁(yè)。2V10Vuiuo+UOM-UOMuoui0U+HU+L傳輸特性+UOM-UOM－++uoRR2R1uiUR第五十九頁(yè)，共72頁(yè)。－++uoRR2R1uiURuoui0U+HU+L－++uoRR2R1uiU+uoui0+Uom-UomU+HU+L遲滯(chízhì)比較器(下行)兩種電路傳輸特性的比較:第六十頁(yè)，共72頁(yè)。2.遲滯比較(bǐjiào)器(上行)u+=0時(shí)翻轉(zhuǎn)，可以求出上下門限(ménxiàn)電壓。0URRRuRRRom211i212=+++－++uoRR2R1ui當(dāng)u+>u-=0

時(shí),uo=+UOM當(dāng)u+<u-=0時(shí),uo=-UOM0URRRRRRom211212=+-+ui當(dāng)uo=-UOM當(dāng)uo=+UOMui=ui=第六十一頁(yè)，共72頁(yè)。U+HU+Luoui0Uom-Uom傳輸特性(tèxìng)曲線－++uoRR2R1ui遲滯(chízhì)比較器(上行)(續(xù))上下門限電壓第六十二頁(yè)，共72頁(yè)。加上參考電壓后的遲滯比較(bǐjiào)器(上行)：－++uoRR2R1uiUR上下門限電壓URURRRuRRRom211i212=+++當(dāng)uo=+UOM當(dāng)uo=-UOMURRRRRRom211212=+-+uiURUR

R2RR21++UR

R2RR21++第六十三頁(yè)，共72頁(yè)。加上參考電壓后的遲滯比較器(上行)傳輸(chuánshū)特性：－++uoRR2R1uiUR－++uoRR2R1ui對(duì)照U+HU+Luoui0Uom-UomU+HU+Luoui0Uom-Uom第六十四頁(yè)，共72頁(yè)。1.電路(diànlù)結(jié)構(gòu)16.4.4方波發(fā)生器下行的遲滯比較器，輸出(shūchū)經(jīng)積分電路再輸入到此比較器的輸入端。上下限:－++RR1R2Cucuo第六十五頁(yè)，共72頁(yè)。2.工作(gōngzuò)原理：(1)設(shè)uo

=

+UOM,此時(shí)，輸出(shūchū)給C充電,uc則：u+=U+H－++RR1R2C+ucuo0tuoUOM-UOMucU+H0t一旦(yīdàn)uc>U+H,就有u->u+,在uc<U+H