集成运算放大器ppt.ppt

1、第16章 集成运算放大器,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 运算放大器在波形产生方面的应用,目 录,集成运算放大器：是一种高放大倍数、高输入 电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路,输出级主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io，输出阻抗 ro小。,中间级应有足够大的电压放大倍数,尽量减小零点漂移,尽量提高KCMRR,输入阻抗 ri尽可能大,16.1 集成运算放大器的简单介绍,输出级主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io，输出阻抗 ro小。,中间级应有足够大的电压放大倍数,输出级主要提高带负载能力

2、，给出足够的输出电流io，输出阻抗 ro小。,F007（5G24）外引线图,接 线 图,顶 视 图,运放的特点和符号,运算放大器的传输特性,线性区很窄,所以运放在线性区工作,通常引入深度电压负反馈,16.2 运算放大器在信号运算方面的应用,(1)反相比例运算放大器,虚地点,i1=iF+ib-=iF,ib-=0,ib+=0,u+=0,u=u+=0,平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):RP=R1/RF,F,动画,例题1.R1=10k,RF=20k,ui=-1V。求:uo，RP应为多大？,Au=-（RF/R1）=-20/10=-2uo=Au ui=(-2)(-1)=2VRP=R1/RF=10/2

3、0=6.7 k,反相比例运算放大器输入电阻及反馈方式：,反馈电阻,动画,(2)同相比例运算放大器,u-=u+=ui,ib+=0,ib-=0,iF=i1,RP=R1/RF,动画,例题2.Rf=10k,RF=20k,ui=-1V。求:uo，RP应为多大？,uo=Au ui=(3)(-1)=-3VRP=R1/RF=10/20=6.7 k,电压串联负反馈,同相比例运算放大器输入电阻及反馈方式：,输入电阻(高),当RF=0时,Au=1,uo=ui,(3)电压跟随器,此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。,(4)差动放大器,ib+=0,

4、ib-=0,u-=u+,动画,以上电路的比较归纳：,1.它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小。2.关于输入电阻 反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。3.以上放大器均可级联,级联时放大倍数分别独立计算。,例题3.R1=10k,R2=20k,ui 1=-1V，ui 2=1V。求:uo,例题3.若ui1=sin t V，ui 2=1V，求:uo,uo1=ui1=sin t V,uo2=ui2(1+R2/R1)=3V,(5)反相求和算：,虚地,若R1=R2=R,取RP=R1/R2/RF,i1+i2=iF,动画,(6)同相求和运算：,取R1/R2=RF/Rf,(7)微分运算：,u-=u+=

5、0,ib-=0,(8)反相积分运算,uc=-uo,u-=u+=0,反相积分器：如果u i=直流电压U,输出将反相积分，经过一定的时间后输出饱和。,积分时限,设Uom=15V,U=+3V,R=10k,C=1F,=0.05秒,反相积分器：如果ui=-U=-3V，画出uo的波形图。,设Uom=15V,U=3V,R=10k,C=1F,应用举例：输入方波，输出是三角波。,运算电路要求,1.熟记前8种基本运算电路的电路图及放大倍数公式。2.以上基本运算电路级联后输出的计算。3.会用 ib-=0,ib+=0,u+=u-分析给定运算电路的 放大倍数。,16.3 运算放大器在信号处 理方面的应用,滤波电路的种类

6、:,低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器,16.3.1、概述,传递函数：,幅频特性,相频特性,传递函数、幅频特性,滤波器分类(按频率特性进行分类)：,低通,高通,带通,带阻,一阶RC低通滤波器(无源),幅频特性、幅频特性曲线,通频带宽度(带宽),带宽:0-0,设R=10k,C为下列各值时的带宽:,C fo1F 16Hz0.047 F 340Hz0.01 F 1600Hz,16.3.2 有源滤波器,1.一阶有源低通滤波器,传递函数中出现 的一次项,故称为一阶滤波器,相频特性：,幅频特性及幅频特性曲线,电路特点:,2.一阶有源高通滤波器,幅频特性及幅频特性曲线,3.二阶有源低通滤波器,，AF=

7、1+RF/R1,传递函数中出现 的二次项,故称为二阶滤波器,，,幅频特性曲线,R1=时：AF=1,时：,一阶低通和二阶低通幅频特性曲线的区别,阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器,16.4.3电压比较器,16.4.4 迟滞比较器,16.4.1 信号发生器 16.4.2方波发生器,16.4 运放在波形产生方面的应用,16.5 运算放大器在波形产生方面的应用,即非线性应用，是指：由运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系uo=f(ui)是非线性函数。,16.4.1 限幅器,1.双向稳压管接于输出端,R限流电阻一般取100,特点：电路中的运放处于线性放大状态，但外围电路有非线性元件（二极管、

8、稳压二极管）。,DZ双向稳压管,UZ稳压值,UF正向压降,传输特性,2.双向稳压管接于负反馈回路上,16.4.2 电压比较器,UR,UR为参考电压,当ui UR时,uo=+Uom当ui UR时,uo=-Uom,特点:运放处于 开环状态,UR,当ui UR时,uo=-Uom,若ui从反相端输入,电压比较器(续),过零比较器:当UR=0时,电压比较器(续),例题：利用电压比较器将正弦波变为方波。,用稳压管稳定输出电压,忽略了UF,电压比较器的另一种形式：将双向稳压管接在负反馈回路上,R=R,16.4.3 迟滞比较器,1.迟滞比较器(下行),特点:电路中使用正反馈,运放处于非线性状态,1、因为有正反

9、馈，所以输出饱和。,2、当uo正饱和时(uo=+UOM)：,3、当uo负饱和时(uo=-UOM)：,迟滞比较器(下行)(续),设ui,当ui=U+L,uo从-UOM+UOM,这时,uo=-UOM,U+=U+L,设初始值:uo=+UOM,U+=U+H 设ui,当ui=U+H,uo从+UOM-UOM,传输特性,U+H上门限电压U+L下门限电压U+H-U+L称为回差,例:设输入为正弦波,画出输出的波形。,加上参考电压后的迟滞比较器(下行)：,上下限：,例题：R1=10k，R2=20k，UOM=12V，UR=9V当输入ui为如图所示的波形时，画 出输出uo的波形。,上下限：,=10V,=2V,迟滞比较

10、器(下行)两种电路传输特性的比较:,2.迟滞比较器(上行),u+=0 时翻转，可以求出上下门限电压。,当u+u-=0 时,uo=+UOM当u+u-=0时,uo=-UOM,当uo=-UOM,当uo=+UOM,ui=,ui=,传输特性曲线,迟滞比较器(上行)(续),上下门限电压,加上参考电压后的迟滞比较器(上行)：,上下门限电压,加上参考电压后的迟滞比较器(上行)传输特性：,1.电路结构,16.4.4方波发生器,下行的迟滞比较器，输出经积分电路再输入到此比较器的输入端。,上下限:,2.工作原理：,(1)设 uo=+UOM,此时，输出给C 充电,uc,则：u+=U+H,一旦 uc U+H,就有 u-

11、u+,在 uc U+H 时，,u-u+,uo 立即由UOM 变成UOM,设uC初始值uC(0+)=0,方波发生器,uo保持+UOM不变,此时，C 经输出端放电,再反向充电,(2)当uo=-UOM 时，,u+=U+L,uc达到U+L时，uo上翻,当uo 重新回到UOM 以后，电路又进入另一个周期性的变化。,周期与频率的计算：,f=1/T,此期间是分析问题时的假设,实际上用示波器观察波形时看不到这段波形.,周期与频率的计算：,T=T1+T2=2 T2，因正反向充电条件一样T1=T2。,T2阶段uc(t)的过渡过程方程为:,UC()=+UOM,周期与频率的计算：,思考题：点 b 是电位器 RW 的中点，点 a 和点 c 是 b 的上方和下方的某点。试定性画出点电位器可动端分别处于 a、b、c 三点时的 uo-uc 相对应的波形图。,设Rwa Rwc,