第十一章运算放大器ppt课件.ppt
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1、第11章 集成运算放大器,11.1 集成运算放大器的简单介绍,11.2 运算放大器在信号运算方面的应用,11.3 运算放大器在信号处理方面的应用,11.4 运算放大电路中的负反馈,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. 理解电压比较器的工作原理和应用。,本章要求,第11章 集成运算放大器,11.1 集成运算放大器的简单介绍,11.1.1 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、
2、应用最广泛的一种模拟集成电路。,特点:高增益、高可靠性、低成本、小尺寸,Auo 高: 80dB140dB rid 高: 105 1011 ro 低: 几十 几百 KCMR高: 70dB130dB,KCMR共模抑制比,集成运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路,它的类型很多,电路也不一样,但结构具有共同之处,一般由四部分组成。,输入级:输入电阻高,能减小零点漂移和抑制干扰信号,都采用带恒流源的差放 。 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。 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。 偏置电
3、路是为各级提供合适的工作电流。,集成电路的几种外形,11.1.2 电路的简单说明,输入级,中间级,输出级,同相 输入端,输出端,反相 输入端,左图所示为A741集成运算放大器的芯片实物外形图,从实物外形图上可看出,A741集成运放有8个管脚,管脚的排列图、电路图符号如下:,空脚,正电源端,输出端,调零端,调零端,反相输入端,同相输入端,负电源端,集成运放的电路图符号,外部接线图,11.1.3 主要参数,1. 最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真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
4、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,11.1.4 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(sat) u+ u 时, uo = Uo(sat),线性区,理想特性,实际特性,饱和区,O,3. 理想运放工作在线性区的特点,因为
5、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) 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,11.2 运算放大器在信号运算方面的运用,集成运算放大器与外部电阻、电容、半导
6、体器件等构成闭环电路后,能对各种模拟信号进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、乘法和除法等运算。,运算放大器工作在线性区时,通常要引入深度负反馈。所以,它的输出电压和输入电压的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构和参数,而与运算放大器本身的参数关系不大。改变输入电路和反馈电路的结构形式,就可以实现不同的运算。,11.2.1 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
7、对地电阻相同, 所以平衡电阻 R2 = R1 / RF,11.2.1 比例运算,1. 反相比例运算,电压放大倍数,反馈电路直接从输 出端引出电压反馈,输入信号和反馈信号加在 同一输入端并联反馈,反馈信号使净输入 信号减小负反馈,电压并联负反馈,输入电阻低, 共模电压 0, 电压并联负反馈,输入、输出电阻低, ri = R1。共模输入电压低。,结论:, Auf为负值,即 uo与 ui 极性相反。因为 ui 加 在反相输入端。, Auf 只与外部电阻 R1、RF 有关,与运放本 身参数无关。, | Auf | 可大于 1,也可等于 1 或小于 1 。, 因u= u+= 0 , 所以反相输入端“虚地
8、”。,例:电路如下图所示,已知 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 =
9、ui , 反相输入端不“虚地”,因要求静态时u+、u对地电阻相同, 所以平衡电阻R2=R1/RF,2. 同相比例运算,输入电阻高 共模电压 = ui,电压放大倍数,电压串联负反馈,输入信号和反馈信号分别 加两个输入端串联反馈,反馈电路直接从输 出端引出电压反馈,因虚短,所以 u = ui , 反相输入端不“虚地”,反馈信号使净输入 信号减小负反馈,动画, 电压串联负反馈,输入电阻高、输出电阻低, 共模输入电压可能较高。,结论:, Auf 为正值,即 uo与 ui 极性相同。因为 ui 加 在同相输入端。, Auf只与外部电阻 R1、RF 有关,与运放本 身参数无关。, Auf 1 ,不能小于
10、1 。, u = u+ 0 ,反相输入端不存在“虚地”现象。,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。,负载电流的大小 与负载无关。,例2:负载浮地的电压-电流的转换电路,1. 能测量较小的电压; 2. 输入电阻高,对被 测电路影响小。,流过电流表的电流,11.2.2 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=
11、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单独作用(ui20)时,,同理,ui2单独作用时,动画,方法2:,平衡电阻: Ri1 / Ri2 = R1 / RF,u+,u+=?,也可写出 u和 u+的表达式,利用 u= u+ 的性质求解。,1. 输入电阻低; 2. 共模电压低; 3. 当改变某一路输入电阻时, 对其它路无影响;,同相加法运算电路的特点: 1. 输入电阻高; 2. 共模电压高; 3. 当改变某一路输入电阻时, 对其它路有影响;,反相加法运算电路的特点:,11.2.3 减法运算电路,
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