电子技术第16章课件.ppt

1、下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。模拟集成电路。集成电路分类集成电路分类模拟集成电路模拟集成电路数字集成电路数字集成电路集成运算放大器、集成集成运算放大器、集成功率放大器、集成稳压电源、集成功率放大器、集成稳压电源、集成A/DD/A等。等。在集成电路工艺中难于制造电感

2、元件；制造容量在集成电路工艺中难于制造电感元件；制造容量大于大于200pF的电容也比较困难，因而放大器各级之间都的电容也比较困难，因而放大器各级之间都采采（1）级间采用直接耦合方式）级间采用直接耦合方式下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页用直接耦合，必须使用电容的场合，也大多采用外接用直接耦合，必须使用电容的场合，也大多采用外接的方法。的方法。（2）电路结构和参数具有对称性）电路结构和参数具有对称性 集成电路中的电阻是由硅半导体的体电阻构成，集成电路中的电阻是由硅半导体的体电阻构成，阻值大约为阻值大约为100 30K，且阻值精度不高，因此常常且阻值精度不高，因此常常用晶体

3、管恒流源代替电阻；用晶体管恒流源代替电阻；必须使用直流高阻值的场必须使用直流高阻值的场合，也大多采用外接的方法。合，也大多采用外接的方法。由于集成电路中的各个元件是通过同一工艺过程由于集成电路中的各个元件是通过同一工艺过程制作在同一硅片上，同一片内的元件参数绝对值有同制作在同一硅片上，同一片内的元件参数绝对值有同向的偏差，温度均一性好向的偏差，温度均一性好（3）用有源器件代替无源器件）用有源器件代替无源器件下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页中间级中间级输入级输入级输出级输出级偏置电路偏置电路输入级：输入级：要求输入电阻高，差模放大倍数高，抑制要求输入电阻高，差模放大倍数

4、高，抑制零点漂移和共模干扰信号的能力强。都采用差分放零点漂移和共模干扰信号的能力强。都采用差分放大电路。大电路。中间级：中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。共发射极放大电路构成。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 输出级：输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。+UCCUEEuu+输入级输入级中间级中间级 输出级输出级同相同相输入端输入端输出端输出端反相反相输入端输入端偏置电路：偏置

5、电路：为各级放大电路提供稳定和合适的偏置为各级放大电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点，一般由恒流源电路电流，决定各级的静态工作点，一般由恒流源电路构成。构成。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页16.1.3 主要参数主要参数1.最大输出电压最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。2.开环差模电压增益开环差模电压增益 Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。Auo愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。愈高，所构成的运算电路越稳定，运

6、算精度也越高。6.共模输入电压范围共模输入电压范围 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。3.输入失调电压输入失调电压 UIO4.输入失调电流输入失调电流 IIO5.输入偏置电流输入偏置电流 IIB下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页1.理想运算放大器理想运算放大器Auo ，rid ，ro 0，KCMR 2.电压传输特性电压传输特性 uo=f(ui)线性区：线性区：uo=Auo(u+u)非线性区：非线性区：u+u 时，时，uo=+

7、Uo(sat)u+u 时，时，uo=+Uo(sat)u+1，称为称为深度负反馈深度负反馈，此时：，此时：FA1f 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页例例：A=300，F=0.01。7501030013001.fAFAA则：则：%d 6AA若：若：%.%.51)6(01030011 AAAFAAdd ff11则：则：下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进器件等构成闭环电路后，能对

8、各种模拟信号进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、乘法和除法等运算。对数、乘法和除法等运算。运算放大器工作在线性区时，通常要引入深运算放大器工作在线性区时，通常要引入深度负反馈。所以，它的输出电压和输入电压的度负反馈。所以，它的输出电压和输入电压的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构和关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构和参数，而与运算放大器本身的参数关系不大。参数，而与运算放大器本身的参数关系不大。改变输入电路和反馈电路的结构形式，就可以改变输入电路和反馈电路的结构形式，就可以实现不同的运算。实现不同的运算。下一页下一页总目录总目录 章目

9、录章目录返回返回上一页上一页1i1Ruui FofRuui （1）电路组成）电路组成（2）电压放大倍数）电压放大倍数因因虚短虚短,所以所以u=u+=0，因因虚断，虚断，i+=i=0 ，i1FouRRu ifi1ii+1FiofRRuuAu uoRFuiR2R1+所以所以 i1 if 因要求静态时因要求静态时u+、u 对对地电阻相同，地电阻相同，所以所以平衡电阻平衡电阻 R2=R1/RF下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页例：例：电路如下图所示，已知电路如下图所示，已知 R1=10 k ，RF=50 k 。求：求：1

10、.Auf、R2；2.若若 R1不变，要求不变，要求Auf为为 10，则，则RF、R2 应为应为 多少？多少？解：解：1.Auf=RF R1 =50 10=5R2=R1 RF =10 50 (10+50)=8.3 k 2.因因 Auf=RF/R1=RF 10=10 故得故得 RF=Auf R1=(10)10=100 k R2=10 100 (10+100)=9.1 k uoRFuiR2R1+下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页oF11uRRRu 因因虚断，虚断，所以所以u+=ui i1Fo)1(uRRu （1）电路组成）电路组成（2）电压放大倍数）电压放大倍数11RRuuA

11、uFiofuoRFuiR2R1+因因虚短，虚短，所以所以 u=ui，反相输入端不反相输入端不“虚地虚地”因要求静态时因要求静态时u+、u 对地对地电阻相同，电阻相同，所以所以平衡电阻平衡电阻R2=R1/RFu+u下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 当当 R1=且且 RF=0 时，时，uo=ui，Auf=1，称电压跟随器。称电压跟随器。uoRFuiR2R1+由运放构成的电压跟由运放构成的电压跟 随器随器输入电阻高、输出输入电阻高、输出 电阻低，电阻低，其跟随性能比其跟随性能比 射极输出器更好。射极输出器更好。uou

12、i+uo+15k RL15k+15V 7.5k 例：例：下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页因因虚短虚短,u=u+=0Fo2i2i1i1i RuRuRu 故得故得 平衡电阻：平衡电阻：R2=Ri1/Ri2/RFii2ii1ifFo2i2i1i1iRuuRuuRuu ui2uoRFui1Ri2Ri1+R2+因因虚断虚断，i=0 所以所以 ii1+ii2=if)(iiFiiFo2211uRRuRRu下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页由虚断可得：由虚断可得：2i3 23uRRRu 由虚短可得：由虚短可得：uuui2uoRFui1R3R2+R1+如果取如果

13、取 R1=R2，R3=RF)(1i2i1FouuRRu 则：则：如如 R1=R2=R3=RF 1i2iouuu 则：则：R2/R3=R1/RF输出与两个输入信号的差值成正比。输出与两个输入信号的差值成正比。常用做测量常用做测量放大电路放大电路)1(1i1F2i3231FouRRuRRRRRu 1F11io1i RRRuuu 1R1i uuu 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页uo u+u Uo(sat)+Uo(sat)饱和区饱和区O16.3 运放在信号处理方面的应用运放在信号处理方面的应用下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 电压比较器用来比较输入

14、信号与参考电压的大电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的判断输入信号的 大小和极性。大小和极性。数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，以及波形产生及变换等场合技术领域，以及波形产生及变换等场合。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页电压传输特性电压传输特性阈值电压阈值电压(门限电平门限电平)：输出跃变所对应的输入电压。：输出跃变所对应

15、的输入电压。uiuoOURURuouiR2+R1+可见，在可见，在 ui=UR 处输出电压处输出电压 uo 发生跃变。发生跃变。参考电压参考电压下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页uitOUROuot+Uo(sat)Uo(sat)t1t2URuouiR2+R1+电压传输特性电压传输特性uiuoOUR下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页ui UR，uo=+Uo(sat)ui UR，uo=Uo(sat)URuouiR2+R1+uiuoURR2+R1+uiuoOUR电压传输特性电压传输特性uiuoOUR下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上

16、一页URuouiR2+R1+uiuoURR2+R1+Ot+Uo(sat)Uo(sat)uouitOUROuot+Uo(sat)Uo(sat)t1t2下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页UZ UZuoRDZURuouiR2+R1+电压传输特性电压传输特性 Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOUR下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页URuouiR2+R1+tuituo+Uo(sat)Uo(sat)下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页RF UU当当 uo=+Uo(sat)，则则 当当 uo=Uo(sat)，则则iuu 门限电压受输

17、门限电压受输出电压的控制出电压的控制R2uoui+R1+oFuRRRu22)(satoFURRRU22)(satoFURRRU 22下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页uiuoO Uo(sat)+Uo(sat)U电压传输特性电压传输特性 UuitOuoOt+Uo(sat)Uo(sat)U U两次跳变之间具有迟两次跳变之间具有迟滞特性滞特性滞回比较器滞回比较器RFR2uoui+R1+下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页)(o(sat)F RF FURRRURRRu222可见：可见：传输特性不再对称于纵轴，传输特性不再对称于纵轴，UU+URRFR2uoui+R1+U U下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页o(sat)F URRRUUU 222下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页V2V6201010 U V 2V6201010 U下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 V33.1V62010105201020V33.5V62010105201020 UU下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页