中職 電子線路（第3版）第5章電子課件 （）

中職電子線路（第3版）第5章電子課件（高教版）第5章集成運算放大器的應用5.1集成運放的理想化及基本電路5.2運算電路5.3電壓比較器5.4集成運放的應用與實驗5.1.1集成運放的理想特性－＋＋

反相輸入端unup

同相輸入端信號傳輸方向ui輸出端理想運放開環(huán)電壓放大倍數(shù)ouAuO集成放的符號、管腳5.1集成運放的理想化及基本電路1.理想運放的概念理想化的條件：開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aod∞;差模輸入電阻rid開環(huán)輸出電阻

rod共模抑制比KCMRR∞;0;∞;uuou上限截止頻率fH→。理想運放的符號2．理想運放在線性區(qū)的特點（1）虛短：由于兩輸入端之間的電壓差為0，相當于兩輸入端短路，但又不是真正的短路，故稱為“虛短”。虛短實際上指的是兩輸入端的電壓相同，也就是up=un。（2）虛斷：由于ii=0，相當于兩輸入端開路，但又不是真正的斷開，故稱為“虛斷”。虛斷表明兩輸入端沒有電流。

集成運放的電壓、電流，以及“虛短”、“虛斷”示意圖5.1.2集成運放的兩種基本電路1.反相輸入放大電路虛地點i1=if

（虛斷）因為有負反饋，利用虛短和虛斷u+

=0

u－=u+=0（虛地）反饋方式：電壓并聯(lián)負反饋電壓放大倍數(shù):例題.

R1=10k,Rf=20k,ui=-1V。求:uo

、Ri。說明R的作用，R應為多大？特點：共模輸入電壓=0（u－=u+=0）缺點：輸入電阻?。?/p>

Ri=R1）R為平衡電阻(使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等):R=R1//Rf2.同相輸入放大電路u-=u+=uii1=if（虛斷）平衡電阻R=Rf//R1因為有負反饋，利用虛短和虛斷反饋方式：電壓串聯(lián)負反饋特點：輸入電阻高缺點：共模輸入電壓≠0（u－=u+=ui）電壓放大倍數(shù):Auf=1電壓跟隨器此電路是同相比例運算的特殊情況，輸入電阻大，輸出電阻小。在電路中作用與分立元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。ui=u+=u-=uo因為有負反饋，利用虛短和虛斷：【例5.1】在圖5.3所示的電路中，如果已知R1=1k,Rf=25k,ui=0.2V，求：Auf,uo及R的值。解：由電壓放大倍數(shù)公式（5-2）可得

輸出電壓為uo=Aufui=25×0.2=5V

平衡電阻R為R1與Rf的并聯(lián)值，即R=R1//Rf≈0.96k【例5.2】在如圖5.5所示電路中，VCC=9V,Rf=3.3k,R2=5k,R3=10k，求輸出電壓uo的值。解：輸入電壓ui（指同相輸入端對地電壓）為由于R1→∞，則uo為結果表明，輸出電壓與輸入電壓大小相等，相位相同，隨輸入電壓變化。因為是同相輸入放大電路具有電壓串聯(lián)負反饋電路的特點，所以運算放大電路工作狀態(tài)與射極輸出器相當，不但具有很高的輸入電阻和很低的輸出電阻，而且性能優(yōu)良，在實際電路中得到廣泛的應用。5.2.1比例運算電路

數(shù)學上y=kx（k為比例常數(shù)）稱為比例運算，在電路中則可通過uo=kui來模擬這種運算，比例常數(shù)k為電路的電壓放大倍數(shù)。顯然，前述的反相輸入放大電路和同相輸入放大電路都可實現(xiàn)比例運算，前者k=Rf/R1<0，后者k=1+Rf

/R1>0，因此分別稱為反相比例電路和同相比例電路。5.2運算電路若R1=R2=R,

平衡電阻R0=R1//R2//Rfi1+i2=if虛地5.2.2加法運算電路疊加原理

ui1作用

ui2作用

綜合：則有：5.2.3減法運算電路【例5.3】計算各電路的阻值并連接集成運放電路圖，使它滿足ui和uo之間的下列運算關系。①uo=10(ui1+ui2+ui3)；②uo=20(ui2ui1)。解①由uo=10(ui1+ui2+ui3)，可知，所以只要按圖5.6所示的加法運算電路連接，讓Rf=10R1，且R1=R2=R3=10k，然后讓Rf=100k，使R=R1//R2//R3//Rf=3.22k，即滿足uo=10(ui1+ui2+ui3)②由uo=20(ui2ui1)可知，所以只要按圖5.7所示的減法運算電路連接，其中R1=R2,R3=Rf，且Rf=20R1，即符合要求。如果取R1=R2=1k，則取R3=Rf=20k。5.3電壓比較器

將一個模擬電壓信號與一參考電壓相比較，輸出一定的高低電平。功能：構成：運放組成的電路處于非線性狀態(tài)，輸出與輸入的關系uo=f(ui)是非線性函數(shù)。uoui0+UOM-UOM1.運放工作在非線性狀態(tài)的判定：電路開環(huán)或引入正反饋。運放工作在非線性狀態(tài)基本分析方法2.運放工作在非線性狀態(tài)的分析方法：若u+＞u-

則uO=+UOM；若u+＜u-

則uO=-UOM。虛斷（運放輸入端電流=0）

注意：此時不能用虛短！uoui0+UOM-UOMuoui0+UOM-UOM1.過零比較器:（門限電平=0）uoui0+UOM-UOM一.單門限電壓比較器tuituo+UOM-UOM例題：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲ā?.單門限比較器（與參考電壓比較）uoui0+UOM-UOMUREFUREF為參考電壓當ui>UREF時,uo=+UOM當ui<UREF時,uo=-UOM

運放處于開環(huán)狀態(tài)uoui0+UOM-UOMUREF當ui<UREF時,uo=+UOM當ui>UREF時,uo=-UOM

若ui從反相端輸入uoui0+UZ-UZ（1）用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓忽略了UD3.限幅電路——使輸出電壓為一穩(wěn)定的確定值當ui>0時,uo=+UZ當ui<0時,uo=-UZ

（2）穩(wěn)幅電路的另一種形式：將雙向穩(wěn)壓管接在負反饋回路中uoui0+UZ-UZ當ui>0時,uo=-UZ當ui<0時,uo=+UZ

二.遲滯比較器*1.工作原理——兩個門限電壓。特點:電路中使用正反饋——運放工作在非線性區(qū)。（1）當uo=+UZ時，（2）當uo=-UZ時，UT+稱上門限電壓UT-稱下門限電壓UT+-UT-稱為回差電壓遲滯比較器的電壓傳輸特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-設ui

,當ui=<UT-時,

uo從-UZ+UZ這時,uo=-UZ,u+=UT-設初始值:

uo=+UZ,

u+=UT+設ui,當ui=>UT+時,

uo從+UZ-UZ例題：Rf=10k，R2=10k

，UZ=6V，UREF=10V。當輸入ui為如圖所示的波形時，畫出輸出uo的波形。上下限：uoui08V3V傳輸特性+6V-6V3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V傳輸特性+6V-6V5.4集成運放的應用與實驗5.4.1集成運放常見故障解決方法（1）不能調零

故障現(xiàn)象為：將兩輸入端對地短路，調整外接調零電位器，輸出電壓無法為零。在無負反饋時，由于Aod很大，微小的失調電壓經(jīng)過放大后，有可能造成輸出電壓接近正電源或負電源的電壓，屬正?，F(xiàn)象。若已加入較強的負反饋，在調整零電位器時，輸出電壓不產生變化，其原因可能是接線有誤、電路虛焊或集成運放損壞。（2）“堵塞”現(xiàn)象又稱“自鎖”現(xiàn)象，它是指反饋運算放大器突然發(fā)生工作不正常，輸出電壓接近正、負電源兩個極限值的情況。引起“阻塞”的原因是輸入信號過強或受強干擾信號的影響，使運放內部某些管子進入飽和狀態(tài)，從而使負反饋變成正反饋。解決的方法是切斷電源，重新接通，或把組件的兩個輸入端短路一下，就可使電路恢復正常工作。（3）工作時產生“自激”自激產生的原因可能是集成運放的RC補償元件參數(shù)選擇不合適，電源濾波不良或輸出端有電容性負載。為了消除自激，應重新調整RC補償元件參數(shù)，加強對正、負電源的濾波，調整電路的布線結構，避免電路接線過長。5.4.2模擬運算電路實驗一、實驗目的（1）通過實驗，加深理解集成運算放大器的基本運算電路。（2）掌握集成運算放大器的使用方法。二、實驗原理本實驗采用通用集成運放LM324，適當選擇反饋網(wǎng)絡，就可構成反相、加法、減法、微分、積分電路。LM324的引腳圖如圖5.11所示。1.反相比例運算電路反相比例運算電路2.減法運算電路減法運算電路3.加法運算電路加法運算電路三、實驗儀器和器材雙蹤示波器：一臺；函數(shù)信號發(fā)生器：一臺；雙路直流穩(wěn)壓電源：一臺；電子電壓表：一臺；萬用表：一只；LM324運放及其他器件：若干。四、實驗內容與步驟1．電源的連接分別將兩組電源調至12V，兩組電源與LM324的接法如圖5.15所示。圖5.15集成運放的雙電源供電連接2.反相比例運算電路的測試實驗電路如圖所示。（1）在輸入端分別接入UI為0.5V,0.2V,0.2V,0.5V的直流信號，用萬用表測量相應的UO的值，列表計算Auf，并與理論值比較。（2）輸入ui為f=1kHz，Ui=100mV的正弦信號，用示波器及交流毫伏表測試輸入、輸出電壓，并比較它們的相位和大小，計算Auf。3.減法運算電路的測試實驗電路如圖所示。在輸入端分別加上直流電壓UI1=1V，UI2=2V及UI1=2V，UI2=1V，分別測出相應的輸出電壓UO，并與理論值相比較。4.加法運算電路的測試在輸入端分別接入UI為+4V,+2V,2V和4V的直流電壓，然后分別測出A,B,C各點電位，并分別測出輸出電壓UO的值。五、實驗分析和總結（1）整理實驗數(shù)據(jù)，結合數(shù)據(jù)并從理論上驗證以上各種運算。（2）回答下列思考題：①理想運算放大器有哪些特點？②如果集成運放改成單電源供電，應如何連接線路？③在比例運算電路中，當ui達到一定數(shù)值后，uo不再按線性增大，這是什么原因造成的？本章小結

（1）集成運放有線性和非線性兩種工作狀態(tài)，相應地就有兩類應用：線性應用和非線性應用。（2）運放工作在線性區(qū)的兩大特點，即un=up，ii=0是分析工作在線性區(qū)運放電路的重要依據(jù)。（3）集成運放的線性應用有：組成放大電路、運算電路等。