第16章集成运算放大电路2010.ppt
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1、第17章 集成运算放大器,返回,16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用 16.3 运算放大器在信号处理方面的应用 16.4 使用运算放大器应注意的几个问题,集成电路:它是用一定的生产工艺把晶体管、场效应管、二极管、电阻、电容、以及它们之间的连线所组成的整个电路集成在一块半导体基片上,封装在一个管壳内,构成一个完整的、具有一定功能的器件,也称为固体器件,优 点:工作稳定、使用方便、体积小、重量 轻、功耗小,实现了元件、电路和系统的三结合,16.1.1 集成电路中元器件的特点,1. 单个的精度不是很高,但由于是在同一硅片上、用相同工艺生产出来的,性能比较一致,
2、元器件相互离得很近,温度特性较一致,3.电阻一般在几十欧至几十千欧、太高或太低都不易制造,4.电感难于制造,电容一般不超过200pF,大电容不易制造,16.1 集成运算放大器的简单介绍,16.1.2 电路的简单说明,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。,输入级,中间级,输出级,同相 输入端,输出端,反相 输入端,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
3、出器构成。,集成电路的封装,F007(5G24)外引线图,接 线 图,顶 视 图,特点: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,运放符号:,国际符号,16.1.3 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
4、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,16.1.4 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 ,uo,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,(1)差模输入电阻 ,两个输入端的输入电流可认为是零,i+= i 0 ,即虚断。,uo = Auo(u+ u ),3. 理想运放工作在线性区的特点,uo =
5、 Auo(u+ u ),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。,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,例 F007运算放大器的正、负电源电压为15V,开环电压放大倍数AU0=2105,输出最大电压(即Uo(sat)为13V。在下图电路中分别加如下电压,求输出电压及其极性:,输出电压,解,只要两个输入端之间的电压绝对值超过65V,输出
6、电压就达到正或负的饱和值。,输出电压,输出电压,输出电压,16.2 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。,16.2.1 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()。,电阻 R2 = R1 / RF,
7、因虚断,i+= i = 0 ,,平衡电阻,使输入端对地的静态电阻相等,保证静态时输入级的对称性。,(2)电压放大倍数,u=u+= 0,i1 if,电阻 R2 = R1 / RF,当 R1 = RF,反向器,电位为零,虚地,电位为零,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
8、RF = Auf R1 = (10) 10 =100 k R2 = 10 100 (10 +100) = 9. 1 k,例:求Au =?,i1= i2,2. 同相比例运算,(1)电路组成,平衡电阻R2=R1/RF,(2)电压放大倍数,当 R1= 或 RF = 0 时,,uo = ui , Auf = 1, 称电压跟随器。,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。,例:图中同相比例运算电路,,求:,解:,此电路为同相比例运算电路,,于是,16.2.2 加法运算电路,1. 反相加法运算电路,平衡电阻: R2= Ri1 / Ri
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- 16 集成 运算 放大 电路 2010
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