第十六章电工学-集成运算放大器.ppt

第十六章 集成运算放大器 电工与电子技术基础 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→0 2）差模输入电阻 rid→∞ 4）共模抑制比 KCMRR→∞ 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 则 u- ≈ 0 饱和区： uo≠Auo(u+-u-) 当u+ u- 时,uo=+uo(sat) 当u+ u- 时,uo=-uo(sat) 但两输入端的输入电流仍为零。 o +Uo(sat) -Uo(sat) 实际特性 u+ - u- 线性区 饱和区 饱和区 运放能完成信号的代数运算有：比例、加减、积分与微分等简单运算，还能完成对数与反对数以及乘除等复杂运算。它们都是线性范围内的运算，都适用叠加原理。 16.2 运放在信号运算方面的应用 在讨论运放的运算功能之前，要弄清几个问题：如何保证运放工作在线性区 ? 我们还知道：负反馈能减小放大倍数，且反馈愈深作用愈明显；加上负反馈还可在其它方面改善放大电路的性能，所以—— 解决之道是：在电路中引入深度负反馈。 uo u- 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： i1 ui uo ∞ + + - if R1 R2 Rf 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。 i1 ui uo ∞ + + - if R1 R2 Rf 2、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 i13 ui3 uo ∞ + + - if R13 R2 Rf i12 R12 i11 R11 ui2 ui1 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 ui1 uo ∞ + + - R3 R2 RF i1 R1 减法电路 if ui2 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 ui1 uo ∞ + + - R2 CF i1 R1 积分电路 if uc 当输入信号为阶跃电压时， ui