[工学]电工电子7-集成运算放大器.ppt

电工电子技术 清华大学出版社 第7章 集成运算放大器 项目 集成运算放大电路的认识及应用 任务一 集成运算放大器的认识 任务二 学习放大器基本线性运算电路 任务三 学习放大器的非线性应用电路 动手做 用运算放大器实现电压比较的电路 项目引入 在计算机主板上可以看到一些集成芯片，这些集成芯片体积小、管脚多，应用非常广泛。 1.集成运算放大器的基本组成 输入级：一般采用具有恒流源的双输入端的差分放大电路 目的就是减小放大电路的零点飘移、提高输入阻抗。 中间放大级： 电压放大，使放大器有足够高的电压放大倍数。 输出级：一般采用射级输出器构成的电路 目的是实现与负载的匹配，使电路有较大的输出功率和较强的带负载能力 1.集成运算放大器LM741 （1）输入和输出端——两个输入端u－、u＋和一个输出端uO 反相输入端——输出信号uO与输入信号u－相位相反（极性相反）； 同相输入端——输出信号uO与输入信号u＋相位相同（极性相同）。 （2）电源端 管脚7与4是外接电源端，为集成运算放大器提供直流电源。 通常采用双电源供电方式，4脚接负电源组的负极，7脚接正电源组的正极。 2.集成运算放大器的主要参数 （1）开环差模电压增益Auo（差模电压放大倍数） Auo越大，运放的精度越高，工作越稳定，一般可达几十万。 （2）开环差模输入电阻rid 衡量运算放大器从信号源取用电流大小的参数。 rid越大，从信号源取用的电流越小，运算精度越高 一般在几十千欧以上。 （3）输出电阻ro 衡量集成运放带负载能力的参数。 ro越小，集成运放带负载的能力就越强， 一般为几百欧，甚至更小。 （4）共模抑制比KCMR 衡量集成运放抑制干扰信号能力大小的参数。 KCMR数值越大，抑制干扰的能力越强。一般运放的KCMR达几十万以上 3. 理想运算放大器的特点 直流信号放大电路，把集成运算放大器作为一个线性放大元件 两个重要特点: （1）同相输入端和反相输入端的电位相等（虚短）。 因Auo≈∞，所以ui＝u- － u＋＝uo/Auo≈0， 则 u＋＝u－ “虚地”——反相输入端是一个不接“地”的“地”电位： 如果信号自反相输入端输入，同相输入端接地时，u+＝0，u－也等于零。 （2）同相输入端和反相输入端的输入电流等于零（虚断）。 rid≈∞，所以 i＋＝i－≈0 想一想： 集成运算放大器工作在线性区和非线性区的特点有哪些？ 理想集成运算放大器的Auo、rid、ro、rid、KCMR各是多少？ 什么是“虚短”和“虚断”？ 什么是“虚地”？ 任务二 学习放大器基本线性运算电路 1. 反相运算电路（反相比例运算电路） 想一想： 反相比例运算电路中，既然u－≈0 ，那么将该反相输入端真正接地能够正常工作吗？ i－≈0，那么将该反相输入端引线断开能正常工作吗？为什么？ 〖例7.1〗有一电阻式压力传感器，其输出阻抗为500Ω，测量范围是0~10MPa，其灵敏度为+1mV／0.1 Mpa。现用一个输入0~5V的标准表来显示这个传感器测量的压力变化，需要用一个放大器把传感器输出的信号放大到标准表输入需要的状态，设计一个放大器并确定各元件参数。 解： 因传感器的输出阻抗低，故可采用由输入阻抗小的反相比例运算电路构成放大器； 因标准表的最高输入电压对应着传感器10MPa时的输出电压值，而传感器这时的输出电压为1×100mV＝0.1V，也就是放大器的最高输入电压，这时放大器的输出电压应是5V。 所以放大器的电压放大倍数是5/0.1=50倍。 由于相位与需要相反，所以在第一级放大器后再接一级反相器，使相位符合要求。 根据这些条件来确定电路的参数。 （1）取放大器的输入阻抗是信号源内阻的20倍，即R1＝10kΩ； （2）Rf＝50R1＝500kΩ； （3）Rp＝R1∥Rf＝10∥500＝9.8 kΩ； （4）运算放大器均采用LM741； （5）采用对称电源供电，电压可采用10V; （6）Rf2＝R12＝50kΩ； （7）Rp2＝R12∥Rf2＝50∥50＝25 kΩ。 电路图如图7-6所示。 3. 反相积分电路 R1Cf称为积分时间常数，越大，达一uo值所需的时间越长。 当ui＝U（直流）时，有 若ui是一个正阶跃电压信号， 则uo随时间近似线性关系下降，输出电压最大数值为集成运放的饱和电压值。 4. 反相微分电路 5. 同相比例运算电路 表明uo和ui成比例关系，比例系数是1+Rf/R1，而且uo与ui是同相位。 为了保保