飞电4 集成运算放大器及其应用电路课件.ppt

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1、飞机电子基础南航新员工培训目录第一章半导体的基础知识第二章二极管与整流电路第三章三极管与放大器第四章集成运算放大器及其应用电路第五章数制及其转换第六章模拟信号与数字信号的转换第七章数字电路第八章计算机基础知识第九章计算机网络的基本概念第十章ARINC429数字数据总线第四章集成运算放大器及其应用电路4.1集成电路的特点4.2集成运算放大器的基本应用举例4.1集成电路的特点运算放大器能执行诸如加法、乘法和积分等的电子数学运算，这些运算构成了逻辑计算的基础，并且，当初设计运算放大器就是为了这个目的。今天，运算放大器已被广泛用作高增益的直流和交流电压放大器以及开关电路。最初的运算

2、放大器由分立(分离)元件组成，但是现在它们是以集成电路的形式被应用的。运算放大器属于线性(逻辑)组件，尽管它们可以完成非线性(如数字)运算。一个运算放大器组件可能包含20个晶体管，以及同样多的电阻和小电容，所有这些元件都在同一个小型的集成电路上。在分析运算放大器时，一般可将它看成是一个理想运算放大器。理想化的条件主要是：1、开环电压放大倍数AVO2、差模输入电阻rid3、开环输出电阻ro0由于实际运算放大器的上述指标接近理想化的条件，因此在分析时用理想运算放大器所引起的误差并不严重，在工程上是允许的，但这样一来就使分析过程大大简化。后面对运算放大器都是根据它的理想

3、化条件来分析的。图4-1运算放大器的图形符号图4-2运算放大器的传输特性图4-1是理想运算放大器的图形符号。它有两个输入端和一个输出端。反相输入端标上“-”号，同相输入端标上“+”号。它们对“地”的电压（既各端的电位）分别用u-,u+表示。“”表示开环放大倍数的理想化条件。表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线成为传输特性，从运算放大器的传输特性（图4-2）看可分为线性区和饱和区。运算放大器可工作在线性区，也可工作在饱和区，但分析方法不一样。当运算放大器工作在线性区时，uO和（u-－u+）是线性关系，即运算放大器是一个线性放大元件。由于运算放大器的开环电压放大倍数很高，

4、即使输入毫伏级以下的信号，也足以使输出电压饱和，其饱和值+Uo（sat）或-Uo（sat）达到或接近正电源电压或负电源电压值；另外，由于干扰，使工作难于稳定。所以，要使运算放大器工作在线性区，通常引入深度电压负反馈。运算放大器工作在线性区时，分析依据有两条:1、理想运算放大器的两输入端的电压差近似为零，即u+-u-0或u+=u-，这是因为在线性区内，输出电压为有限值，开环电压放大倍数AVO→，因而2、理想运放的两输入端不取用电流，这是因为rid的缘故。利用这两条结论对于分析各种运放电路，都十分简便。4.2集成运算放大器的基本应用举例一、反相放大器二、同相放大器三、积

5、分运算四、微分运算五、电压比较器一、反相放大器图4-3是反相放大器的原理电路，输入信号ui经过R1接到反相输入端，输出电压uo经过电阻RF接回到反相输入端。根据运算放大器工作在线性区时的两条分析依据可知:由图4-3可列出图4-3反相比例运算放大电路由此得出闭环电压放大倍数则为上式表明，输出电压与输入电压是比例运算关系，或者说是比例放大的关系。如果R1和RF的阻值足够精确，而且运算放大器的开环电压放大倍数很高，就可以认为uo与ui的关系只取决于RF和R1的比值，而与运算放大器本身的参数无关。这就保证了比例运算的精度和稳定性。式中的负号表示与uo与ui反相。图中的R2是一平衡电

6、阻，R2=R1RF，其作用是消除静态基极电流对输出电压的影响。在图4-3中，当R1=RF时，uo=-ui,这就是反相器。二、同相放大器如果输入信号是从同相输入端引入的运算，便是同相运算。图4-4是同相比例运算电路，根据理想运算放大器工作在线性区时的分析依据：由图4-4可得闭环电压放大倍数则为可见uo与ui间的比例关系可认为与运算放大器本身的参数无关，其精度和稳定性都很高。式中Auf为正值，这表示uo与ui同相，并且总是大于或等于1，不会小于1，这点和反相比例运算不同。当R1=（断开）或RF时，则这就是电压跟随器。三、积分运算与反相比例运算电路比较，用电容CF代替RF作

7、为反馈元件，就成为积分运算电路，如图4-5所示。由于反相输入，u-0，故图4-5积分运算电路上式表明uo与ui的积分成比例，式中的负号表示两者反相。R1CF称为积分时间常数。四、微分运算微分运算是积分运算的逆运算，只需要将反相输入端的电阻和反馈电容调换位置，就成为微分运算电路，如图4-6所示。由图可列出故即输出电压与输入电压对时间的一次微分成正比。图4-6微分运算电路五、电压比较器电压比较器的作用是来比较输入电压和参考电压。UR是参考电压，加在同相输入端，输入电压ui加在反相输入端。运算放大器工作于开环状态，由于