电工电子技术(电子技术)——第讲x课件

放大电路基础专题二主要内容 集成运算放大器简介集成运算放大器简介 理想集成运算放大器理想集成运算放大器 基本运算放大电路基本运算放大电路结结 论论 输出电阻越小、开路增益和输入电阻越大，则电压输出电阻越小、开路增益和输入电阻越大，则电压增益越大。增益越大。一个理想放大器的输入电阻为无穷大、输出电阻为一个理想放大器的输入电阻为无穷大、输出电阻为0，等效为一个，等效为一个理想的电压控制电压源理想的电压控制电压源。2.1 2.1 放大器放大器（5 5）uiuo+-+iiioRSuSRLRoRiAuoui+-集成运算集成运算放大器放大器运放概述 集成运放实质上是一种双端输入、单端输出的具集成运放实质上是一种双端输入、单端输出的具有有高电压放大倍数高电压放大倍数，高输入阻抗高输入阻抗、低输出阻抗低输出阻抗的直接的直接耦合放大器。耦合放大器。1.集成电路的外形：集成电路的外形：国产集成运放的封装外形主要采用圆壳式和双列直插式。国产集成运放的封装外形主要采用圆壳式和双列直插式。概述 集成电路构成集成电路构成:将整个电路的各个元件做在同一将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。个半导体基片上。集成电路的优点集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小、重量轻、功耗概述CF741接接线线如如图图所所示示，双双列列直直插插式式集集成成运运放放的的管管脚脚顺顺序序是是，管管脚向下，标志于左，序号自下而上逆时针方向排列。脚向下，标志于左，序号自下而上逆时针方向排列。集成运放的管脚顺序及功能集成运放的管脚顺序及功能CF741外接线图外接线图接正电源接正电源(+9+18)V 接负电源（接负电源（-9-18）V为同相输入端为同相输入端（输出信号与输（输出信号与输入信号同相位）入信号同相位）为反相输入为反相输入端（输出信端（输出信号与输入信号与输入信号反相位）号反相位）为空脚为空脚为输出端为输出端脚脚1、4、5外外接调零电位器接调零电位器集成运算放大器的集成运算放大器的组成成输入级中间级偏置 电路输出级输入端输入端输出端输出端多级放大器，级间采用直接耦合的方式：集成化，多级放大器，级间采用直接耦合的方式：集成化，放大缓变信号和直流信号放大缓变信号和直流信号集成运算放大器的集成运算放大器的组成成UEE u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端T3T4T5T1T2IS输输入入级级中中间间级级输输出出级级与与uo反相反相与与uo同相同相集成运算放大器的集成运算放大器的组成成-内部内部结构构-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第第4 4级：互补对称射极跟随器级：互补对称射极跟随器差动放大器差动放大器第第2级级第第1级：级：差动放大器差动放大器第第3级：级：单管放大器单管放大器+集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点理想集成运算放大理想集成运算放大器的开环电压放大器的开环电压放大倍数的数值很大。倍数的数值很大。差模输入电阻很高，差模输入电阻很高，高达高达10101111以上。以上。输出电阻很低，一输出电阻很低，一般在几十欧到几百般在几十欧到几百欧欧 ri 大大:几十几十k 几百几百 k KCMRR 很大很大 ro 小：几十小：几十 几百几百 A o 很很大大:104 107集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点 ri 大大:几十几十k 几百几百 k KCMRR 很大很大 ro 小：几十小：几十 几百几百 A o 很很大大:104 107理想运放：理想运放：ri KCMMRR ro 0 0Ao 运放符号：运放符号：uu+uo u u+uo国际符号国际符号国内符号国内符号理想集成运算放大器理想集成运算放大器理想集成运放的电路模型理想集成运放的电路模型（1）开环电压放大倍数）开环电压放大倍数（2）差模输入电阻）差模输入电阻（3）开环输出电阻）开环输出电阻（4）共模抑制比）共模抑制比理想集成运放的传输特性理想集成运放的传输特性实际特性实际特性理想特性理想特性理想集成运算放大器理想集成运算放大器传输特性的特点传输特性的特点分为线性区和非线性区。分为线性区和非线性区。线性区线性区非线性区非线性区非线性区非线性区工作在线性区时工作在线性区时1.理想运放的两个输入端的电位相等理想运放的两个输入端的电位相等虚短虚短2.理想运放的两个输入端的输入电流为零。理想运放的两个输入端的输入电流为零。虚断虚断理想集成运算放大器理想集成运算放大器线性区线性区：uo=Auo(u+-u-)虚地虚地虚断虚断虚短虚短rid，故，故两两输入端的入端的输入入电流流为零零。Auo，uo为有限有限值故故 u+-u-=uo/Auo0 即即 u+u-分分析析依依据据当有信号当有信号输入入时，如同相端接地，如同相端接地，即即u+=0 则u-0运算运算电路概述路概述 运算：运算：比例、加减、积分与微分比例、加减、积分与微分等。是线性等。是线性范围内的运算，都适用叠加原理。范围内的运算，都适用叠加原理。问题问题1.1.如何保证运放工作在线性区如何保证运放工作在线性区?因为因为:A:Auouo，即当输入差模信号极小时，即当输入差模信号极小时（如毫伏级以下的信号），也足以使运放饱和。（如毫伏级以下的信号），也足以使运放饱和。解决办法是：解决办法是：在电路中引入深度负反馈在电路中引入深度负反馈。运算运算电路概述路概述问题问题2:2:如何引入如何引入通过电阻通过电阻Rf 将输出信号引到将输出信号引到反相输入端。反相输入端。答案是：答案是：Rf基本运算放大基本运算放大电路路比例运算比例运算加法运算加法运算减法运算减法运算积分运算积分运算微分运算微分运算比例运算比例运算反向比例运算反向比例运算1.1.反相端输入；反相端输入；2.2.Rf 引到反相输入端；引到反相输入端；3.3.R2 平衡电阻，平衡电阻，R2=R1Rf比例运算比例运算比例运算比例运算同向比例运算同向比例运算输入信号从同向输入端输入输入信号从同向输入端输入比例运算比例运算电压跟随器电压跟随器加法运算加法运算反向加法反向加法i13ui3uo +-ifR13R2Rfi12R12i11R11ui2ui1加法电路加法电路加法运算加法运算反向加法反向加法i13ui3uo +-ifR13R2Rfi12R12i11R11ui2ui1加法电路加法电路加法运算加法运算同向加法同向加法-R1Rf+ui1uoR21R22ui2此电路如果以此电路如果以 u+为输入为输入 ，则输出为：则输出为：流入运放输入端的电流为流入运放输入端的电流为0（虚开路）虚开路）加法运算加法运算-R1Rf+ui1uoR21R22ui2i13ui3uo +-ifR13R2Rfi12R12i11R11ui2ui1加法电路加法电路同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。不能单独调整。加法运算加法运算-R1Rf+ui1uoR21R22ui2i13ui3uo +-ifR13R2Rfi12R12i11R11ui2ui1加法电路加法电路调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。减法运算减法运算减法运算减法运算单运放的加减运算运放的加减运算电路路R2_+R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6积分运算分运算00负号表示输出与输入反向负号表示输出与输入反向当当ui为阶跃信号时为阶跃信号时最后达到负的饱和值最后达到负的饱和值积分运算分运算运放所构成的有源积分电路其积分曲线的线性度运放所构成的有源积分电路其积分曲线的线性度较好，这是因为充电电流基本恒定。较好，这是因为充电电流基本恒定。控制和测量系统中常用的比控制和测量系统中常用的比例例-积分调节器积分调节器（PIPI调节器）：调节器）：ui1uo +-R2CFi1R1PI调节器调节器ifucRF可视为可视为反相比例运算反相比例运算和和积分运算积分运算的叠加。的叠加。积分运算分运算积分电路的主要用途积分电路的主要用途1.1.在电子开关中用于延迟。在电子开关中用于延迟。2.2.波形变换。例：将方波变为三角波。波形变换。例：将方波变为三角波。3.A/D3.A/D转换中，将电压量变为时间量。转换中，将电压量变为时间量。4.4.移相。移相。微分运算微分运算 当当ui为阶跃信号时，为阶跃信号时，uo为尖脉冲电压为尖脉冲电压输出电压与输入电输出电压与输入电压的一次微分成正比。压的一次微分成正比。00微分运算微分运算若输入：若输入：则：则：uit0t0uo微分运算微分运算在控制系统中使调节过程加速的比例在控制系统中使调节过程加速的比例微微分调节器（分调节器（PD调节器调节器）00uiuo+-R2C1iciRRFifR1例例1：如图所示，求输出电压的大小。：如图所示，求输出电压的大小。_+10k 20k+5V5k ui20k uo1uo_+20k 20k 10k 小小结熟记各种单运放组成的基本运算电路的电熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路图及放大倍数公式。路图及放大倍数公式。了解以上基本运算电路的级联组合的计算。了解以上基本运算电路的级联组合的计算。了解了解“虚开路虚开路(ii=0)”和和“虚短路虚短路(u+=u)”