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1、第 11 章 运算放大器,11.1 运算放大器简单介绍,11.2 运算放大器在信号方面的应用,11.3 运算放大器在信号处理方面的应用,11.4 使用运算放大器应注意的几个问题,第 11 章 运算放大器,分立电路是由各种单个元件联接起来的电子电路。,集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低。,集成电路分类,集成电路是把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分的整体。,按集成度,按导电类型,按功能,小、中、大和超大规模,双、单极性和两种兼容,数字和模拟,用于模拟运算、信号处理、信号测量、波形转换、自动控制等领域。,集成运放是具有很高开环电压放大
2、倍数的直接耦合放大器。,第 11 章 运算放大器,本章主要讨论分析运算放大器的依据及其在信号运算、信号处理、波形产生方面的应用，并介绍放大电路中的负反馈。,输出端,11.1.1 集成运放的组成,输入级 差动放大器,输出级 射极输出器或互补对称功率放大器,偏置电路 由镜像恒流源等电路组成,11.1 运算放大器简单介绍,输入端,运算放大器的符号,输出端,实际运放开环电压放大倍数,11.1.2 主要参数,1.最大输出电压 UOPP,2.开环电压 Auo,3.输入失调电压 UIO,4.输入失调电流 IIO,5.输入偏置电流 IIB,6.共模输入电压范围 UICM,理想的运算放大器。理想化的主要条件：,
3、1.开环电压放大倍数,2.开环输入电阻,3.开环输出电阻,4.共模抑制比,由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，,11.1.2 理想运算放大器及其分析依据,在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是,而用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化，因此,后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。,实际运放电压传输特性,11.1.2 理想运算放大器及其分析依据,表示运算放大器输出电压与输入电压之间关系的,曲线称为传输特性。,UO(sat),UO(sat),Uim,Uim,线性区,正饱和区,负饱和区,若 Auo=106,UO(sat)=15 V,则 UIM=0.015 mV,运放要工作在线性
4、区必须有负反馈。,理想运放电压传输特性,11.1.2 理想运算放大器及其分析依据,UO(sat),UO(sat),Uim,Uim,线性区,正饱和区,负饱和区,因为理想运放,开环电压放大倍数,所以，当,时，,uo 发生跃变,11.1.2 理想运算放大器及其分析依据,运放工作在线性区的依据,相当于两输入端之间短路，但又未真正短路，故称“虚短路”。,相当于两输入端之间断路，但又未真正断路，故称“虚断路”。,2.id 0,1.u+u,，而 uo 是有限值，,运放开环输入电阻,由于运放,故从式,，可知,uo,u+,+,+,u,11.1.2 理想运算放大器及其分析依据,运放工作在非线性区的依据,2.id
5、0,1.u+u,由于运放工作在非线性区,不再成立,非线性区,非线性区,所以,当,时，,Uo 发生跃变,依然成立,返回,1.反相输入,11.2.1 比例运算,11.2 运算放大器在信号运算方面的应用,由运放工作在线性区的依据,可列出,由此得出,闭环电压放大倍数,平衡电阻,若,则,2.同相输入,11.2.1 比例运算,由运放工作在线性区的依据,可列出,由此得出,闭环电压放大倍数,若,则,或,11.2.2 加法运算,由图可列出,由上列各式可得,当,时，则上式为,平衡电阻,11.2.3 减法运算,如果两个输入端都有信号,因为,，故上列两式可得,由图可列出,输入，则为差分输入。,11.2.3 减法运算,
6、当,时，,平衡电阻,和,则上式为,当,时，则得,可见，输出电压与两个输入电压的差值成正比，故可进行减法运算。,11.2.4 积分运算,用电容代替反相比例运算电路中的RF，就成为积分运算电路。,由于反相输入，,故,上式表明输出电压正比于输入电压的积分，式中的负号表示两者反相。,R1 CF 称为积分时间常数。,11.2.4 积分运算,当 ui 为阶跃电压时，则,uo 随时间线性增长，,t,最后达到负饱和值。,11.2.5 微分运算,微分运算是积分的逆运算，将积,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。,分电路反相输入端的电阻与反馈电容,位置对调，就成为微分电路。,11.2.5
7、微分运算,uo,RF,R2,C1,ui,+,+,uC,+,+,+,if,ii,Ui,t,注意：由于此电路工作时稳定性不高，故实际中很少应用。,当 ui 为阶跃电压时 uo 为尖脉冲电压。,返回,电压比较器的功能是将输入的模拟信号与一个参考电压进行比较，当两者相等时产生跃变，由此判别输入信号的大小和极性。,电压比较器用于自动控制、波形变换、模数转换及越限报警等。,11.3.1 电压比较器,集成运放构成电压比较器时，多处于开环或正反馈的工作状态，即工作在非线性区。,11.3 运算放大器在信号处理方面的应用,将运放任一输入端加上输入信号，而另一输入端加入参考电压，即可构成电压比较器，如图所示。,电压
8、传输特性,11.3.1 电压比较器,Ui 为输入电压，UR 为参考电压,当 ui UR 时，uo=Uo(sat),ui UR 时，uo=+Uo(sat),ui=UR 时，uo 发生跃变,UO(sat),UO(sat),uR,+,当 UR=0 时，即输入电压和零电平比较，称为过零比较器。,电压传输特性,11.3.1 电压比较器,UO(sat),UO(sat),uo,若图中 ui 为正弦波，画出 uo 的波形。,R1,R2,ui,+,UR,+,+,+,在输出端与地之间接一个双向稳压管，即可把输出电压限制在某一特定值，以和接在数字电路的电平匹配。,电压传输特性,11.3.1 电压比较器,UO(sat
9、),UO(sat),UZ,UZ,限幅电压比较器,例 1 图中所示为运放组成的过温保护电路，R 是热敏电阻，温度升高阻值变小。KA 是继电器，温度升高，超过规定值，KA 动作，自动切断电源。分析其工作原理。,温度 超过 规定值，ui UR，uo=+UOM，T 导通。KA 动作，切断电源。,温度未超过规定值，Ui UR，uo=UOM，T 截止。KA 不动作。,电压传输特性,UO(sat),UO(sat),例 2 电路如图所示，ui 是一正弦电压，画出 uo 的波形。,UO(sat),UO(sat),R1,R2,ui,uo,+,+,C,D,RL,R,解 运放为同相输入过零电压比较器,UO(sat),UO(sat),各电压波形如右图所示。,返回,11.4 用运算放大器应注意的几个问题,1.选用元件,2.消振,3.调零,4.保护,(1)输入端保护,11.4 使用运算放大器应注意的几个问题,4.保护,(2)输出端保护,(3)电源保护,11.4 使用运算放大器应注意的几个问题,5.扩大输出电流,在输出端加接一级互补电路扩大输出电流。,返回,
