了解集成运放的基本组成及主要参数的意义.ppt
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1、1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。 2. 理解运算放大器的电压传输特性,理解理想 运算放大器并掌握其基本分析方法。 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和 积分运算电路的工作原理。 4. 了解电压比较器的工作原理和应用。,本章要求,第3章 集成运算放大器,3.2.2 集成运算放大器的简单介绍,一 集成运算放大器的特点,集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。,集成电路分类,模拟集成电路,数字集成电路,集成运算放大器、集成,功率放大器、集成稳压电源、集成A/D,D/A等。,在集成电路工艺中难于制造电感元件;制造容量大
2、于200pF的电容也比较困难,因而放大器各级之间都采,(1)级间采用直接耦合方式,一 集成运算放大器的特点,用直接耦合,必须使用电容的场合,也大多采用外接的方法。,(2)电路结构和参数具有对称性,集成电路中的电阻是由硅半导体的体电阻构成,阻值大约为10030K,且阻值精度不高,因此常常用晶体管恒流源代替电阻(动态电阻);必须使用直流高阻值的场合,也大多采用外接的方法。,由于集成电路中的各个元件是通过同一工艺过程制作在同一硅片上,同一片内的元件参数绝对值有同向的偏差,温度均一性好,(3)用有源器件代替无源器件,二 电路的简单说明,一、电路的基本组成及作用,输入级:要求输入电阻高,差模放大倍数高,
3、抑制零点漂移和共模干扰信号的能力强。都采用差分放大电路。,中间级:要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。,偏置电路:为各级放大电路提供稳定和合适的偏置电流,决定各级的静态工作点,一般由恒流源电路构成。,一、镜像电流源,由电路对称,当满足2时,,IC2作为提供给某个放大器的偏置电流。,中间级:,提供足够的电压放大倍数,本身还应有高的输入电阻,以减小对前级的影响。,输出级:与负载相接,要求输出电阻低,带负载能力强,一般由互补对称电路或射极输出器构成。,输入级,中间级,输出级,同相 输入端,输出端,反相 输入端,二 主要参数,1. 最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真
4、关系的最大输出电压。,2. 开环差模电压增益 Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo愈高,所构成的运算电路越稳定,运算精度也越高。,6. 共模输入电压范围 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值,运放的共模抑制性能下降,甚至造成器件损坏。,愈小愈好,3. 输入失调电压 UIO 4. 输入失调电流 IIO 5. 输入偏置电流 IIB,3.3 理想运算放大器及其分析依据,1. 理想运算放大器,Auo , rid , ro 0 , KCMR ,2. 电压传输特性 uo= f (ui),线性区: uo = Auo(u+ u),非线性区: u+ u 时, uo = +Uo
5、(sat) u+ u 时, uo = Uo(sat),线性区,理想特性,实际特性,饱和区,O,Auo 高: 80dB140dB rid 高: 105 1011 ro 低: 几十 几百 KCMR高: 70dB130dB,集成运算放大器的等效电路模型(1) 线性工作区,3. 理想运放工作在线性区的特点,因为 uo = Auo(u+ u ),所以(1) 差模输入电压约等于 0 即 u+= u ,称“虚短”,(2) 输入电流约等于 0 即 i+= i 0 ,称“虚断”,电压传输特性,Auo越大,运放的 线性范围越小,必 须加负反馈才能使 其工作于线性区。,O,4. 理想运放工作在饱和区的特点,(1)
6、输出只有两种可能, +Uo(sat) 或Uo(sat),(2) i+= i 0,仍存在“虚断”现象,电压传输特性,当 u+ u 时, uo = + Uo(sat) u+ u 时, uo = Uo(sat) 不存在 “虚短”现象,1.线性应用 电路结构上存在从输出端到反向输入端的负反馈支路输入信号幅度足够小,以保证集成运算放大器的输出处于最大输出电压的范围内。,集成运算放大器的应用,2.非线性应用 电路结构上,集成运算放大器处于开环(无反馈)或存在从输出端到同相输入端的正反馈支路,输出总是处于饱和状态,即输出在正、负最大值之间变化。,集成运算放大器电路分析的方法 首先判断应用类型,然后利用理想运
7、算放大器的特征对电路进行分析。,3.3.2 比例运算,1. 反相比例运算,(1)电路组成,以后如不加说明,输入、输出的另一端均为地()。,(2)电压放大倍数,因虚短, 所以u=u+= 0, 称反相输入端“虚地” 反相输入的重要特点,因虚断,i+= i = 0 ,,所以 i1 if,因要求静态时u+、 u 对地电阻相同, 所以平衡电阻 R2 = R1 / RF,动画,3.3.2 比例运算,1. 反相比例运算,电压放大倍数,输入电阻低, 共模电压 0,2. 同相比例运算,输入电阻高 共模电压 = ui,电压放大倍数,因虚短,所以 u = ui , 反相输入端不“虚地”,动画,例:电路如下图所示,已
8、知 R1= 10 k ,RF = 50 k 。 求:1. Auf 、R2 ; 2. 若 R1不变,要求Auf为 10,则RF 、 R2 应为 多少?,解:1. Auf = RF R1 = 50 10 = 5,R2 = R1 RF =10 50 (10+50) = 8.3 k,2. 因 Auf = RF / R1 = RF 10 = 10 故得 RF = Auf R1 = (10) 10 =100 k R2 = 10 100 (10 +100) = 9. 1 k,2. 同相比例运算,因虚断,所以u+ = ui,(1)电路组成,(2)电压放大倍数,因虚短,所以 u = ui , 反相输入端不“虚地
9、”,因要求静态时u+、u对地电阻相同, 所以平衡电阻R2=R1/RF,当 R1= 且 RF = 0 时,,uo = ui , Auf = 1, 称电压跟随器。,由运放构成的电压跟 随器输入电阻高、输出 电阻低,其跟随性能比 射极输出器更好。,左图是一电压跟随器,电源经两个电阻分压后加在电压跟随器的输入端,当负载RL变化时,其两端电压 uo不会随之变化。,3.3.3 加法运算电路,1. 反相加法运算电路,因虚短, u= u+= 0,平衡电阻: R2= Ri1 / Ri2 / RF,因虚断,i = 0,所以 ii1+ ii2 = if,动画,2. 同相加法运算电路,方法1: 根据叠加原理 ui1单
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