集成運算放大器應(yīng)用.ppt

1、3.4 集成運算放大器,1. 集成電路特點：體積小、重量輕、功耗低、可靠 性高、價格低。,集成電路：是把整個電路的各個元件以及相互之間的 聯(lián)接同時制造在一塊半導(dǎo)體芯片上，組成一個不 可分的整體。 一、集成運放特點、組成、符號,輸出端,2.組成,輸入端,3.運算放大器的符號,輸出端,實際運放開環(huán) 電壓放大倍數(shù),二、主要參數(shù) P55,1. 最大輸出電壓UOPP,2. 開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo,3. 輸入失調(diào)電壓UIO,4. 輸入失調(diào)電流IIO,5. 輸入偏置電流IIB,6. 共模輸入電壓范圍UICM,理想的運算放大器。 1、理想化的主要條件：,1.開環(huán)電壓放大倍數(shù),2.差模輸入電阻,3.開環(huán)輸出電阻

2、,4.共模抑制比,三、理想運算放大器及其分析依據(jù),在分析運算放大器的電路時，一般將它看成是,2、分析依據(jù),表示運算放大器輸出電壓與輸入電壓之間關(guān)系的,曲線稱為傳輸特性。,UO(sat),UO(sat),Uim,Uim,線性區(qū),正飽和區(qū),負(fù)飽和區(qū),運放要工作在線性 區(qū)必須有負(fù)反饋。,Auo,理想運放電壓傳輸特性,理想運算放大器及其分析依據(jù),UO(sat),UO(sat),正飽和區(qū),負(fù)飽和區(qū),因為理想運放,開環(huán)電壓放大倍數(shù),所以，當(dāng),時，,uo發(fā)生躍變,運放器工作在線性區(qū)的分析依據(jù),相當(dāng)于兩輸入端之間短路, 但又未真正短路，故稱 “虛短路” .,相當(dāng)于兩輸入端之間斷路，但又未真正斷路，故稱 “虛斷

3、路”。,2. id 0,1. u+u,而uo是有限值,運放開環(huán)輸入電阻,由于運放,故從式,可知,uo,u+,+,+,u,運放器工作在非線性區(qū)的分析依據(jù),2. id 0,1. u+u,由于運放工作在非線性區(qū),不再成立,非線性區(qū),非線性區(qū),所以,當(dāng),時，,uo發(fā)生躍變,依然成立,第四章 運算放大器的應(yīng)用,4.1 比例運算,一、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),因要求靜態(tài)時u+、 u 對地電阻相同， 所以平衡電阻 R2 = R1 / RF,3. 結(jié)論：,(1) Auf為負(fù)值，即 uo與 ui 極性相反。因為 ui 加在反相輸入端。,(2)

4、Auf 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 。,二、同相比例運算,1.電路組成,2.電壓放大倍數(shù),3. 結(jié)論：,(1) Auf 為正值，即 uo與 ui 極性相同。因為 ui 加在同相輸入端。,(2) Auf只與外部電阻 R1、RF 有關(guān)，與運放本身 參數(shù)無關(guān)。,(3) Auf 1 ，不能小于 1 。,當(dāng) R1= 且 RF = 0 時，,uo = ui ， Auf = 1， 稱電壓跟隨器。,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(dāng)負(fù)載RL變化時，其兩端電壓 uo不會隨之變化。,例1：,三、

5、減法運算電路（差動比例）,如 R1 = R2 ，R3 = RF,如 R1 = R2 = R3 = RF,4.3 加法運算和積分運算電路,一、反相加法運算電路,平衡電阻： R2= Ri1 / Ri2 / RF,二、積分運算,用電容代替反相比例運算電路中的RF，就成為積分運算電路。,if,CF,由于反相輸入，,故,上式表明輸出電壓正比于輸入電壓的積分，式中 的負(fù)號表示兩者反相。,R1 CF稱為積分時間常數(shù)。,uo,R1,R2,CF,ui,+,+,uC,+,if,ii,當(dāng)ui為階躍電壓時，則,多級電路的連接舉例p64例4-3 P72習(xí)題4-11,凡是將放大電路（或某個系統(tǒng)）輸出信號的一部分或全部經(jīng)某

6、種電路（反饋網(wǎng)絡(luò)）引回到輸入端，稱為反饋。,4.2 集成運算放大電路中的負(fù)反饋,一、反饋的基本概念,無負(fù)反饋放大 電路方框圖,基本放大電路,反饋電路,F,+,帶有負(fù)反饋放大 電路的方框圖,比較環(huán)節(jié), 輸入信號, 凈輸入信號, 反饋信號, 輸出信號,凈輸入信號,二、負(fù)反饋與正反饋的判別 反饋信號使凈輸入信號減小，則為負(fù)反饋。 反饋信號使凈輸入信號增大，則為正反饋。,瞬時極性法是判別正、負(fù)反饋的基本方法,設(shè)接地參考點的電位為零。某點在某瞬時的電位高于 零電位者，則其瞬時極性為正（用 表示）； 反之為負(fù)（用表示）。,差值電壓 ud =ui uf,uf 減小了凈輸入電壓(差值電壓) 負(fù)反饋,例：,例：

7、,差值電壓 ud =ui + uf,uf 增大了凈輸入電壓 正反饋,三、負(fù)反饋的類型,根據(jù)反饋電路與基本放大電路在輸入、輸出 端的聯(lián)接方式不同，負(fù)反饋有以下四種類型。,負(fù)反饋的類型有：,反饋量取自輸出電壓為電壓反饋，,取自輸出電流為電流反饋；,反饋量以電流的形式出現(xiàn)，與輸入信號進(jìn)行比較為并聯(lián)反饋；,在輸入端,反饋量以電壓的形式出現(xiàn)，與輸入信號進(jìn)行比較為串聯(lián)反饋。,電壓串聯(lián)負(fù)反饋；,電壓并聯(lián)負(fù)反饋；,電流串聯(lián)負(fù)反饋；,電流并聯(lián)負(fù)反饋。,在輸出端,R1,R2,uo,RF,+,RL,設(shè)某一瞬時ui為正，則此時uo 也為正，同時反饋電壓uf也為正。,凈輸入信號,小于輸入信號，即uf的存在使凈 輸入信號

8、減小，所以為負(fù)反饋。,反饋電壓,取自輸出電壓，并與之成正比， 故為電壓反饋。,uf與ui在輸入端以電壓形式作比較，兩者串聯(lián)，故為串聯(lián),反饋。,判別圖示電路的反饋類型,1. 串聯(lián)電壓負(fù)反饋,首先用電位的瞬時極性判別 反饋的正、負(fù)。,uo,R1,R2,RF,+,RL,設(shè)某一瞬時ui為正，則此時uo 為負(fù)，各電流實際方向如圖示。,凈輸入電流,小于輸入電流，即if的存在使凈 輸入電流減小，所以為負(fù)反饋。,反饋電流,取自輸出電壓，并與之成 正比，故為電壓反饋。,if與ii在輸入端以電流形式作比較，兩者并聯(lián)，故為并聯(lián),反饋。,判別圖示電路的反饋類型,2. 并聯(lián)電壓負(fù)反饋,首先用電位的瞬時極性判別 反饋的正

9、、負(fù)。,為負(fù)反饋；,反饋電壓,與輸出電流成比，故為電流饋；,判別圖示電路的反饋類型,3. 串聯(lián)電流負(fù)反饋,uf與ui在輸入端以電壓形式作比較,兩者串聯(lián),故為串聯(lián)反饋。,R2,uo,R,+,RL,ud,+,uf,+,圖中,判別圖示電路的反饋類型,4. 并聯(lián)電流負(fù)反饋,如何判別電路中反饋類型小結(jié),（1）反饋電路直接從輸出端引出的，是電壓反饋；,從負(fù)載電阻靠近“地”端引出的，是電流反饋；,（2）輸入信號和反饋信號分別加在兩個輸入端， 是串聯(lián)反饋；加在同一輸入端的是并聯(lián)反饋；,（3）反饋信號使凈輸入信號減小的，是負(fù)反饋。,（也可將輸出端短路，若反饋量為零，則為電 壓反饋；若反饋量不為零，則為電流反饋。

10、）,例 判別圖示電路從A2輸出端引入A1輸入端的反饋類型。,uo,uo1,RL,R,A1,A2,解 反饋電路從A2的輸出端引出，故為電壓反饋；,反饋電壓uf和ui輸入電壓分別加在的 同相和反相兩 個輸入端，故為串聯(lián)反饋；,設(shè)為ui正，則uo1為負(fù)， uo為正。,反饋電壓uf使凈輸入電壓ud = uiuf,減小，故為負(fù)反饋；,串聯(lián)電壓負(fù)反饋,uo,ui,R,uo1,ii,RL,A1,A2,id,if,a,例 判別圖示電路從A2輸出端引入A1輸入端的反饋類型。,解 反饋電路從RL靠近“地”端引出，為電流反饋；,反饋電流if和ii輸入電流加在A1的 同一個輸入端， 故為并聯(lián)反饋；,設(shè)為ui正，則uo

11、1為正， uo為負(fù)。反饋電流實際方向 如圖示，,凈輸入電流 id = iiif,減小，故為負(fù)反饋；,并聯(lián)電流負(fù)反饋,1.降低放大倍數(shù)、提高放大 倍數(shù)的穩(wěn)定性,四、負(fù)反饋對放大電路工作的影響,開環(huán)放大倍數(shù),反饋系數(shù),引入負(fù)反饋后凈輸入信號,引入負(fù)反饋后閉環(huán)放大倍數(shù),對上式求導(dǎo),2.改善非線性失真,加入 負(fù)反饋,無負(fù)反饋,F,uf,uo,略大,略小,略小,略大,接近正弦波,3.對放大電路輸入電阻和輸出電阻的影響,四種負(fù)反饋對ri和ro的影響,ri,ro,減低,增高,增高,增高,增高,減低,減低,減低,思考題：為了分別實現(xiàn)： （a）穩(wěn)定輸出電壓；（b）穩(wěn)定輸出電流； （c） 提高輸入電阻；（d）降低輸出電阻。 應(yīng)引入哪種類型的負(fù)反饋？,直流負(fù)反饋可穩(wěn)定Q點,4.5 有源濾波器,有源濾波器：含有運算放大器的濾波器。,優(yōu)點：體積小、效率高、頻率特性好。,一、功能和分類 按頻率范圍的不同，濾波器可分為低通、高通、帶通和帶阻等。,二、. 有源低通濾波器,三. 有源高通濾波器,電壓傳輸特性,Uo(sat),+Uo(sat),運放處于開環(huán)狀態(tài),一、. 基本電壓比較器,當(dāng) u+u 時，uo= +Uo (sat) u+u 時，uo= Uo (sat),即 uiUR 時，uo = Uo (sat),可見，在 ui =UR 處輸出電壓 uo 發(fā)