电子技术新课件第3章 集成运算放大器

第3章集成运算放大器第3章集成运算放大器第1节集成运算放大器概述第2节集成运算放大器基本应用电路第3节集成运放应用电路分析第4节集成运放电路中的负反馈第5节正弦波振荡器和信号发生器第6节集成运算放大器使用注意问题第7节集成运放实际运用举例第3章重点•理想运算放大器的特点•运算放大器的运算功能•负反馈的概念、负反馈类型的判断、负反馈对放大器性能的影响•比较器•正弦波振荡器第1节集成运算放大器概述uo-UEE+UCCT3T4T5T1T2IS输出级输入级中间级u－反相端与uo反相u＋同相端与uo同相一、基本组成理想运放：RiKCMRRRo0Ao＋－u－u+uo一、运放的特点和符号_++u+u-u0Ri高:几十k几百k，甚至达到1012KCMRR很大Ro小：几十~几百Ao很大:104以上~107运放符号：－＋＋u－u+uoA0uo=Au(u+-u-)线性区Ao很大，运放的线性范围ε很小，必须加负反馈才能使其工作于线性区uiuo+UOM-UOM二、运放的传输曲线三、理想运放的分析方法（在线性区）饱和区Uo=±UoMRi,Ii0,同相和反相输入两端间可视为断开☆虚断☆虚短-+uu同相和反相输入端间可视为短路（电压）uuAuuo-+-=0思考题1、理想运算放大器的特点是什么？2、什么是虚断和虚短？应用时，有什么条件？习题：P第2节集成运算放大器基本应用电路理想运放：RiKCMRRRo0AoRi,Ii0,同相和反相输入两端间可视为断开（电流）☆虚断☆虚短-+uu同相和反相输入端间可视为短路（电压）_++u+u-u0uuAuuo-+-=0理想运放、虚短、虚断的概念一、基本运算电路(1)反相比例运算_++RfR1R2uiuoiiiffoiRuRu-=10uu=-+iiif虚短虚断反相器R1=Rfuo=－ui1f10ufRRuuA-==1.比例运算电路_++RfR1R2uiuo平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等。平衡电阻R2作用(2)同相比例运算_++RfR1R2uiuou-u+=ui虚短；i1if虚断Ri1fou)R1(u+=1ifioRuRuu=-=i1if=变形ifi1+12ou)RR1(u+=iuRRRu434+=+电压跟随器iouuuu==+-Ri1fou)R1(u+=_++R1R2uiuoRf_++R2uiuo_++uiuouo_++RfR11R12ui2R2ui1i11i12if)(2121110ififuRRuRRu+-=0=-+uufiiiii+21虚短虚断)u（uui2i10+-=R11=R12=Rf=R2.加法运算电路反相求和运算此电路如果以u+为输入，则输出为：++=uRRuf)1(10u+~ui1、ui2？22221211222122iiuRRRuRRRu+++=+同相求和运算R1Rf++ui1+_uoR21R22ui2-)uRRRuRRR)(RR1(u2i1211111i1211121f++++=o叠加原理3.减法运算电路（差动放大器）_++RfR1R2ui2uoR3ui1叠加原理1123231232312111)1()1(ififoifoifouRRuRRRRRuuRRRRRuuRRu-++=++=-=当R1=R2，R3=Rf时)121(iifouuRRu-=当R1=R2=R3=Rf时12iiouuu-=uoR/2R/2-+ARR+++A-+ARRR1ui1ui2uo1uo2ab+例：图示电路，证明：))(21(2121iiouuRRu-+=++A_+ARRR1ui1ui2uAuBab+迭加求解法211121)1(iiAAAuRRuRRuuu-+=+=根据电路的对称性1121)1(iiBuRRuRRu-+=ui1单独作用11)11(iAuRRu+=ui2单独作用221iAuRRu-=)uu(R/2RuABo-=uoR/2R/2++ARRuAuB))(21(2121iiouuRRu-+=ui0时：i11FouRRu-=ui0时：i12F1FouRR//Ru-=_+AuoR1RF1RF2Dui+例：图示电路，计算uo。Ruii1=dtduCiof-=-=dtuRCuio1tui0应用举例：tuo0（1）输入方波，输出是三角波。4.积分运算电路i1ifui-++RRPCuo=RC——积分时间常数（2）如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。tui0tuo0U-Uom-=t0oUdtRC1uMomUTRC1U-=-URCUTomM=TM积分时限5.微分运算u-u+=0Ruiof-=dtduCii1=fii=1dtduRCuio-=ui－++uoRR2i1ifC=RC——微分时间常数tsinui=若输入：则：)90sin(-=tRCtRCuocos-=tui0tuo06、电压比较器开环，饱和区U+U-Uo=+UomU+U-Uo=-Uom++uouiURuoui0+Uom-UomUR++uouituituo+Uom-Uom例：过零比较器：利用电压比较器将正弦波变为方波。++uiuoUZuoui0+UZ-UZ稳定输出电压电压比较器的另一种形式++uiuoUZR´R_二、集成运放组合电路分析P124、例3.2.2、3.2.4一、迟滞比较器分析：1、因为有正反馈，所以输出饱和。2、当uo正饱和时：Hom211RUURRRU+=+=3、当uo负饱和时：Lom211RUURRRU+=+-=比较电压由原来的输出决定－++uoRR2R1uiUR第2节集成运放应用电路分析1、下行的迟滞比较器传输特性U+HU+LU+H-U+L称为回差小于回差的干扰不会引起跳转下限上限uoui0Uom-UomtuiU+HU+LtuoUom-Uom输入正弦波的情况RomHURRRURRRU212211+++=+RomLURRRURRRU212211+++-=+加上参考电压后的上下限－++uoRR2R1uiUR加上参考电压后的传输曲线uoui0U+HU+L为了稳定输出电压，可以在输出端加上双向稳压管如何计算上下限？不变！－++RR2R1uiuoUZ另一种电路形式如何计算上下限？用UZ代替Uom－++RR2R1uiuoUZ2、上行的迟滞比较器0URRRURRRom211H212=+-++u+=0时翻转，可以求出上下限。0URRRURRRom211L212=++++om21HURRU=+om21LURRU-=+－++uoRR2R1uiU+HU+Luoui0Uom-Uom传输特性曲线二、数据放大器_++uouabRRR+RR+UGBRf_++uoR/2R/2RfUGB/2)2(2RRRUGS+++--)1(2)2/1(2)/1(RRURRRRURRRRRUGSGSGS+++=+++KRRKRRRRUuofGS==2二、信号变换电路要求输出电阻大，要有电流负反馈。_++R2R1RPUsRFRLFIL1、电压－电流变换_++R2R1RPUsRFRLFILs12FURRU-=S1F2FF2FFLURRRRUR//RUI-==负载悬地！要求输出电阻大，要有电流负反馈。R1R1++AR2R2uoUsRLIL负载接地的电流源1RUISL-=自己推导~+-uiDRL+-uo在普通的二极管线性检波电路中，由于硅二极管的正向导通电压不小于0.5V，当Ui小于1V时，UO误差很大。并且，二极管作为一个半导体元件，它很容易受到温度的影响，还具有非线性特性，所有这些先天不足，都是形成检波误差的根源。若把普通二极管置于运算放大器的反馈回路中，就能大大削弱这些影响，提高电路的精度。二、精密二极管整流电路tuio工作原理：ui0时,uo10,D2导通,D1截止,uo=0;ui0时,uo10,D2截止,D1导通，此时:tuooiFouRRu1-=－++uiuoR1RFR2D1D2Auo1显然，只要运放的输出电压大于二极管的正向电压，D1和D2中总有一个导通，另一个截止，这个电路就能正常整流。这个电路所要求的最小输入电压峰值为：UD/AuUD为二极管的正向电压Au=RF/R1－++uiuoR1RFR2D1D2Auo1思考题：如果我们希望获得正半波性的输入信号，怎么办？二极管反向－++uiuoR1RFR2D1D2ioUUioUUioUUioUU低通高通带通带阻理想滤波器三、有源滤波器RCR一阶无源低通滤波器iUoU+=j1Rj1UUioRCj11+=0j11+=RC10=ioUU010.7070截止频率此电路的缺点：1、带负载能力差。2、无放大作用。3、特性不理想，边沿不陡。一阶有源低通滤波器iUCj1RCj1U++=+=iURCj11RCjRRUUfio++=11)1(1RR1RfC+-+iUoU此电路改进：1、带负载能力强差。2、有放大作用。3、特性不理想，边沿不陡。f1RRU+o+=（1）UioUU000=？二阶有源低通滤波器ioUU00RR1RfC+-+iUoUCRPID校正电路uo=??UUio=ui－++uoRR2CRC思考题1、工作在线性放大区的运算放大器电路有什么共同点？2、为什么在分析运算电路时可用叠加定理？3、电压比较器是运算放大器的非线性应用？比较器有什么用途？4、5、什么是有源滤波？习题：P81，，，第4节集成运放电路中的负反馈凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反馈开环/闭环反馈框图：若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈+一、基本概念反馈电路的三个环节：放大：dooXXA=迭加：fidXXX-=反馈：ofXXF=基本放大电路AooXiXdX反馈回电路FfX+–ofXXF=fidXXX-=dooXXA=+==FA1AXXAooiofAf闭环放大倍数Ao开环放大倍数反馈框图：dX反馈回电路FfX+–基本放大电路AooXiX负反馈交流反馈直流反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈稳定静态工作点二、负反馈放大器的分类不同类型的反馈对电路的作用不同。判别：有无、正负、交直流、电压/电流、串联/并联反馈（1）有无反馈电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部是否引回到输入端。++uiuoUZ负反馈的分析方法（2）交流/直流反馈电路输出端的信号引回到输入端是交流还是直流。（可交直流）CERL+++（3）正/负反馈运放电路中反馈引入反相输入端——负反馈引入同相输入端——正反馈_++ui2uoui1－++uoRR2R1uiUR4）电压/电流反馈电压反馈：反馈信号正比Uo，令RL=0反馈不存在电压反馈:反馈信号正比Io，令RL=0反馈存在电压电流5）串联/并联反馈串联并联U+=U_=UfU+=U_=0_++RfR1uiuoifuf_++RLR1uiuoufio电压串联负反馈电流串联负反馈负反馈类型判断_++RfR1R2uiuo负反馈类型判断_++RLR1R2uiuoRL电压并联负反馈电流并联负反馈ififio_++RLR1R2uiRR_++RR1R2uiRLR判断！例：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈类型。uoufubeuc1ub2uc2ufube=ui-ufuc1ub2uc2uo+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+–T1T2Rf++++例：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈类型。电流反馈并联反馈iE2uFiFiBuC1uB2uC1uB2iB2iE2uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2+++三、负反馈对放大器性能的影响（1）提高放大倍数的