电工学集成运算放大器课件.ppt

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1、第十六章集成运算放大器16.1集成运放简介16.2运放在信号运算方面的应用16.3运放在信号处理方面的应用16.1集成运放简介一、运放构成输入级中间级偏置电路输出级输入端输出端输入级：由差放构成。可减小零点漂移和抑制干扰。中间级：共射放大电路。用于电压放大。输出级：互补对称电路。降低输出电阻，提高带载能力。偏置电路：由恒流源电路构成。确定运放各级的静态工作点。二、运放特点㈠实际运放特点开环电压放大倍数高(104-107)；输入电阻高（约几百KΩ）；输出电阻低（约几百Ω）；漂移小、可靠性高、体积小、重量轻、价格低。3）开环输出电阻ro→02）差模输入电阻rid→∞4）共模抑制比KCM

2、RR→∞㈡理想运放及其分析依据理想化条件：1）开环电压放大倍数Auo→∞∞++-u-u+uo理想运放电路模型实际运放的参数指标很接近理想化条件，故用理想运放代替实际运放所引起的误差并不严重，在工程上是允许的。右图所示为运放输入和输出电压的关系曲线，称为传输特性。从图中看到，实际运放的传输特性与理想运放比较接近。o+Uo(sat)-Uo(sat)实际特性理想特性u+-u-运算放大器的传输特性虚断虚短线性区：uo=Auo(u+-u-)rid→∞，故两输入端的输入电流为零。Auo→∞，uo为有限值，故u+-u-=uo/Auo≈0即u+≈u-分析依据当有信号输入时，如同相端接地，即u+=0

3、则u-≈0饱和区：uo≠Auo(u+-u-)当u+>u-时,uo=+uo(sat)当u+

4、中引入深度负反馈。uou-u+∞++-下面的问题是从输出端将反馈引到同相端还是反相端？答案是：引回到反相端Z一、比例运算1、反相输入比例运算Rf—反馈电阻；R2—平衡电阻，用于消除静态基极电流对输出电压的影响。R2=R1∥Rf由KCL、KVL和运放工作在线性区的分析依据：i1uiuo∞++-ifR1R2Rf及由此得：说明：1、式中的负号表示输出与输入反相，因此又把反相输入的比例运算电路称为反相器；2、如R1和RF的阻值足够精确，而运放的开环放大倍数很高，就可以认为输出与输入信号的关系只取决于两电阻的比值，而与运放本身的参数无关。因此，保证了比例运算的精度和稳定性（深度负反馈）。反馈

5、类型：深度并联电压负反馈电路阻抗特征：输入电阻不高，输出电阻很低。i1uiuo∞++-ifR1R2Rf2、同相输入比例运算及有反馈类型：深度串联电压负反馈得二、加法运算i13ui3uo∞++-ifR13R2Rfi12R12i11R11ui2ui1加法电路在反相端输入若干路信号，构成反相加法运算电路由此得当时，再若，则ui1uo∞++-R3R2RFi1R1减法电路ifui2三、减法运算当两个输入端都有信号输入时，即为差动输入，可进行减法运算由于电路存在共模电压，为了保证运算精度，应当选用共模抑制比较高的运算放大器。四、积分运算ui1uo∞++-R2CFi1R1积分电路ifuc当输入信

6、号为阶跃电压时，uiU-UotUo(sat)-Uo(sat)ot右图是在控制和测量系统中常用的比例-积分调节器（PI调节器）：ui1uo∞++-R2CFi1R1PI调节器ifucRF可视为反相比例运算和积分运算的叠加。与以前学过的RC积分电路相比，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。五、微分运算ui1uo∞++-R2C1i1微分电路ifucRF微分运算是积分的逆运算，当输入信号为阶跃电压时，输出为尖脉冲电压。微分电路稳定性不高，用得较少。(波形如右图)uiUuooottui1uo∞++-R2C1icPD调节器iRRF右图是在控制系统中使调节过程

7、加速的比例—微分调节器（PD调节器）。运放除了能完成信号的运算，还能完成信号滤波、采样保持及比较等处理工作。16.3运放在信号处理方面的应用一、有源滤波器滤波器是一种选频电路——选出有用信号，而抑制无用信号，使一定频率范围内的信号能顺利通过，衰减小；而在此频率范围以外的信号不易通过，衰减大。按选择频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通和带阻等。将由RC组成的无源滤波器再接到运算放大器的输入端构成有源滤波器（因运放是有源器件），性能会得到较大的改善：体积小、效率高