《运算放大器》PPT课件

资源描述

下一页总目录章目录返回上一页第 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下一页总目录章目录返回上一页 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章集成运算放大器下一页总目录章目录返回上一页 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、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 集成运放的符号： uo + + Auo u+ u 。。。 +UCC UEE KCMR 共模抑制比下一页总目录章目录返回上一页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 电路的简单说明下一页总目录章目录返回上一页 +UCC UEE uo u u+ 输入级中间级输出级同相输入端输出端反相输入端下一页总目录章目录返回上一页左图所示为 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： 1 A741 2 8 7 6 5 4 3 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 U0 U+ U- 同相输入反相输入 +12V 输出 6 5 1 3 7 2 4 -12V 调零电位器外部接线图下一页总目录章目录返回上一页 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 下一页总目录章目录返回上一页 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) u+ 0 ui = Ui u 时， uo = +Uo (sat) u+u 时， uo= +Uo (sat) u+u 时， uo= Uo (sat) 即 uiUR 时， uo = Uo (sat) 可见，在 ui =UR 处输出电压 uo 发生跃变。参考电压动画下一页总目录章目录返回上一页 ui t O UR O uo t +Uo (sat) Uo (sat) t1 t2 单限电压比较器：当 ui 单方向变化时， uo 只变化一次。 UR uo ui R 2 + + R1 + + + 电压传输特性 Uo(sat) +Uo(sat) ui uo O UR 下一页总目录章目录返回上一页 ui UR， uo=+ Uo (sat) ui UR， uo= Uo (sat) UR uo ui R2 + + R1 + + + ui uo UR R2 + + R1 + + + Uo(sat) +Uo(sat) ui uo O UR 输入信号接在反相端输入信号接在同相端电压传输特性 Uo(sat) +Uo(sat) ui uo O UR 下一页总目录章目录返回上一页 UR uo ui R2 + + R1 + + + ui uo UR R2 + + R1 + + + O t +Uo(sat) Uo(sat) uo 输入信号接在反相端输入信号接在同相端 ui t O UR O uo t +Uo (sat) Uo (sat) t1 t2 下一页总目录章目录返回上一页输出带限幅的电压比较器设稳压管的稳定电压为 UZ，忽略稳压管的正向导通压降则 ui UR， uo = UZ UZ UZ uo R DZ UR uo ui R2 + + R1 + + + 电压传输特性 Uo(sat) +Uo(sat) ui uo O UR uiUR 时， uo = Uo (sat) 下一页总目录章目录返回上一页过零电压比较器利用电压比较器将正弦波变为方波 UR uo ui R2 + + R1 + + + 电压传输特性 Uo(sat) +Uo(sat) ui uo O UR= 0 t ui O t uo +Uo(sat) Uo(sat) O 下一页总目录章目录返回上一页 2. 滞回比较器上门限电压下门限电压电路中引入正反馈 (1) 提高了比较器的响应速度； (2) 输出电压的跃变不是发生在同一门限电压上。 RF UU o F 2 2 u RR Ru 当 uo = + Uo(sat)，则 )( o ( s a t ) F 2 2 U RR RUu 当 uo = Uo(sat)，则 iuu )( o ( s a t ) F 2 2 U RR RUu 门限电压受输出电压的控制 R2 uo ui + + R1 + + 下一页总目录章目录返回上一页上门限电压 U+ ： ui 逐渐增加时的门限电压下门限电压 U+： ui 逐渐减小时的门限电压 ui uo O Uo(sat) +Uo(sat) 电压传输特性 ui t O uo O t +Uo(sat) Uo(sat) U U 两次跳变之间具有迟滞特性滞回比较器 RF R2 uo ui + + R1 + + 下一页总目录章目录返回上一页根据叠加原理，有 )( o ( s a t ) F 2 2 R F 2 F R URR RU RR Ru 改变参考电压 UR，可使传输特性沿横轴移动。可见：传输特性不再对称于纵轴， UU + U R RF R2 uo ui + + R1 + + ui uo O Uo(sat) +Uo(sat) 电压传输特性当参考电压 UR不等于零时下一页总目录章目录返回上一页定义：回差电压 o ( s a t ) F 2 2 2 U RR RUUU 与过零比较器相比具有以下优点： 1. 改善了输出波形在跃变时的陡度。 2. 回差提高了电路的抗干扰能力， U越大，抗干扰能力越强。结论： 1. 调节 RF 或 R2 可以改变回差电压的大小。 2. 改变 UR可以改变上、下门限电压，但不影回差电压 U。电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报警和波形发生等电路中得到广泛应用。下一页总目录章目录返回上一页解：对图（ 1）上门限电压 V2V62010 10 U 下门限电压 V 2V62010 10 U 例：电路如图所示， Uo(sat) = 6V， UR = 5V， RF = 20k， R2 =10k，求上、下门限电压。（ 1） RF R2 uo ui + + R1 + + + UR RF R2 uo ui + + R1 + + （ 2）下一页总目录章目录返回上一页解：对图（ 2）例：电路如图所示， Uo(sat) = 6V， UR = 5V， RF = 20k， R2 =10k，求上、下门限电压。（ 1） RF R2 uo ui + + R1 + + + UR RF R2 uo ui + + R1 + + （ 2） V33.1V6 2010 10 5 2010 20 V33.5V6 2010 10 5 2010 20 U U 下一页总目录章目录返回上一页（ 1） RF R2 uo ui + + R1 + + + UR RF R2 uo ui + + R1 + + （ 2） ui uo O -6 -2 2 6 图 (1)的电压传输特性图 (2)的电压传输特性 uo ui O -6 6 1.33 5.33 下一页总目录章目录返回上一页 11.4 运算放大器电路中的负反馈 11.4.1 并联电压负反馈 i1 if id uo RF ui R2 R1 + + + + RL 设输入电压 ui 为正，差值电流 id = i1 if 各电流的实际方向如图 if 削弱了净输入电流 (差值电流 ) 负反馈反馈电流 f o f R ui 取自输出电压电压反馈反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式比较并联反馈特点：输入电阻低、输出电阻低下一页总目录章目录返回上一页 11.4.2 串联电压负反馈 + uf + u d u o RF ui R2 R1 + + + + RL 设输入电压 ui 为正，差值电压 ud =ui uf 各电压的实际方向如图 uf 削弱了净输入电压 (差值电压 ) 负反馈反馈电压 o F1 1 f uRR Ru 取自输出电压电压反馈反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式比较串联反馈特点：输入电阻高、输出电阻低下一页总目录章目录返回上一页 11.4.3 串联电流负反馈 uo u i R2 RL + + + io R + uf + ud 设输入电压 ui 为正，差值电压 ud =ui uf 各电压的实际方向如图 uf 削弱了净输入电压 (差值电压 ) 负反馈反馈电压取自输出电流电流反馈反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式比较串联反馈 uf =Rio R u R ui if o 特点：输出电流 io 与负载电阻 RL无关同相输入恒流源电路或电压 -电流变换电路下一页总目录章目录返回上一页 11.4.4 并联电流负反馈 RF R1 ui R2 RL + + + io R i1 if id 设输入电压 ui 为正，差值电流 id = i1 if 各电流的实际方向如图 if 削弱了净输入电流 (差值电流 ) 负反馈反馈电流 o F f iRR Ri 取自输出电流电流反馈反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式比较并联反馈下一页总目录章目录返回上一页 11.4.4 并联电流负反馈 RF R1 ui R2 RL + + + io R i1 if id 设输入电压 ui 为正，差值电流 id = i1 if 各电流的实际方向如图 if 削弱了净输入电流 (差值电流 ) 负反馈反馈电流 o F f iRR Ri 取自输出电流电流反馈 f1 1 i 1 iiR ui ，且因 i F 1 o )1( 1 u R R R i 所以特点：输出电流 io 与负载电阻 RL无关反相输入恒流源电路下一页总目录章目录返回上一页运算放大器电路反馈类型的判别方法： 1. 反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈；从负载电阻 RL的靠近“地”端引出的，是电流反馈； 2. 输入信号和反馈信号分别加在两个输入端（同相和反相）上的，是串联反馈；加在同一个输入端（同相或反相）上的，是并联反馈； 3. 对串联反馈，输入信号和反馈信号的极性相同时，是负反馈；极性相反时，是正反馈； 4. 对并联反馈，净输入电流等于输入电流和反馈电流之差时，是负反馈；否则是正反馈。。下一页总目录章目录返回上一页例 1：试判别下图放大电路中从运算放大器 A2输出端引至 A1输入端的是何种类型的反馈电路。 uf + uo1 u i R + + + uo + + RL A1 A2 解：因反馈电路直接从运算放大器 A2的输出端引出，所以是电压反馈；因输入信号和反馈信号分别加在反相输入端和同相输入端上，所以是串联反馈；因输入信号和反馈信号的极性相同，所以是负反馈。串联电压负反馈先在图中标出各点的瞬时极性及反馈信号；下一页总目录章目录返回上一页例 2：试判别下图放大电路中从运算放大器 A2输出端引至 A1输入端的是何种类型的反馈电路。解：因反馈电路是从运算放大器 A2的负载电阻 RL的靠近“地”端引出的，所以是电流反馈；因输入信号和反馈信号均加在同相输入端上，所以是并联反馈 ; 因净输入电流 id 等于输入电流和反馈电流之差，所以是负反馈。并联电流负反馈 uo1 ui R + + uo + + RL A1 A2 i1 if id

展开阅读全文

《运算放大器 》PPT课件

最新文档

《运算放大器》PPT课件