电工电子披术第章集成运算放大器 金要嫘的容 成兹简介及鶉线、非铖应用 主编曾令琴 制作曾今琴 2004年10月 下页】(返回 第二篇
2004 年10 月 制作 曾令琴 主编 曾令琴 第二篇
电工电子披术第章集成运算放大器 第8章集成选算放大器 8.1亲成运放大器 82成运放的应用 第二篇
8.2 集成运放的应用 8.1 集成运算放大器 第二篇
电工电子披术第章集成运算放大器 alcove学习集成运算放大器 学习目的与要求 了解和熟是集成运算放大器的组成及其图符号; 2.掌握集成运放的理想化条件及其分析方法; 3.理解集成运放的线性应用及其工作原理; 4.了解一般集成运放的简单非线性应用。 第2页
学习集成运算放大器 学习目的与要求 1. 了解和熟悉集成运算放大器的组成及其图符号； 2. 掌握集成运放的理想化条件及其分析方法； 3. 理解集成运放的线性应用及其工作原理； 4. 了解一般集成运放的简单非线性应用。 第2页
电工电子披术第章集成运算放大器 81戚逸算放大器 1.集成运算放大翳概述 集成运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻 的多级直接耦合放大电路,它的类型很多,电路也不一样,但结 构具有共同之处,一般由四部分组成。 输入级一般是差动放大器,利用其 输入级 电压放大极 输出级 对称特性可以提高整个电路的共模抑 制比和电路性能,输入级有反相输入 偏置电路 端、同相输入端两个输入端; 中间级的主要作用是提高电压增益, 集成电路放大器内部组成原理图 一般由多级放大电路组成 输出级一般由电压跟随器或互补电 多^压跟随器所组成,以降低输出电阻 提高带负载能力, 偏置电路是为各级提供合适的工作 电流。 此外还有一些过载保护电路及高频 第2页集成电路的几种外形 补偿环节等辅助环节。下或 O 返回
1．集成运算放大器概述 集成运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻 的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样，但结 构具有共同之处，一般由四部分组成。 8.1 集成运算放大器 输入级一般是差动放大器，利用其 对称特性可以提高整个电路的共模抑 制比和电路性能，输入级有反相输入 端、同相输入端两个输入端； 中间级的主要作用是提高电压增益， 一般由多级放大电路组成； 输出级一般由电压跟随器或互补电 压跟随器所组成，以降低输出电阻， 提高带负载能力。 偏置电路是为各级提供合适的工作 电流。 此外还有一些过载保护电路及高频 补偿环节等辅助环节。 第2页 集成电路的几种外形
电工电子披术第章集成运算放大器 左图所示为μA741集成运算放大器的芯片实物外形图 从实物外形图上可看出,μA741集成运放有8个 管脚,管脚的排列图、电路图符号如下: 外部接线图 +12V 正电源端 反相输入 空脚 输出端调零端 同 2:3 输出 输入 6 A741 调零电位器 -12v 调零端 反相输入端 负电源端 同相输入端 I U 1集成运放的电路图符号@ 第2页
左图所示为μA741集成运算放大器的芯片实物外形图 从实物外形图上可看出，μA741集成运放有8个 管脚，管脚的排列图、电路图符号如下： 1 μA741 2 8 7 6 5 3 4 空脚 正电源端 输出端 调零端 调零端 反相输入端 同相输入端 负电源端 集成运放的电路图符号 ∞ ＋ ＋ － U0 U+ U- 同相输入 反相输入 ∞ ＋ ＋ － +12V 输出 6 1 5 3 7 2 4 -12V 调零电位器 外部接线图 第2页
电工电子披术第章集成运算放大器 2.集成运算的主要技术指标 (1)开环电压放大倍数A 指集成运放工作在线性区,接入规定的负载,无负反馈情况 下的直流差模电压增益。集成运放的A般很高,约为104~107; (2)差模输入电阻r和输出电阻ro 集成运放的差动输入电阻很高,可高达几十千欧和几十兆欧 由于运放总是工作在深度负反馈条件下,因此其闭环输出电阻很 低,约在几十欧至几百欧之间; (3)最大共模输入电压Ucmx 指运放两个输入端能承受的最大共模信号电压。超出这个电 压时,运放的输入级将不能正常工作或共模抑制比下降,甚至造成 器件损坏 第2页
2．集成运算的主要技术指标 （1）开环电压放大倍数Au0 指集成运放工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况 下的直流差模电压增益。集成运放的Au0一般很高，约为104～107； 集成运放的差动输入电阻很高，可高达几十千欧和几十兆欧； 由于运放总是工作在深度负反馈条件下，因此其闭环输出电阻很 低，约在几十欧至几百欧之间； （2）差模输入电阻ri和输出电阻r0 （1）开环电压放大倍数Au0 指运放两个输入端能承受的最大共模信号电压。超出这个电 压时，运放的输入级将不能正常工作或共模抑制比下降，甚至造成 器件损坏。 （3）最大共模输入电压Uicmax 第2页
电工电子披术第章集成运算放大器 3.通想集成运算及其传输特性 为简化分析过程,同时又能满足实际工程的需要,常把集成运放 理想化,集成运放的理想化参数为: =∞、r=∞、r0=0、kCMR=∞ 理想特性 根据集成运放的实际特性和理想特 +UoM 性,可画出相应的电压传输特性。 实际特性 电压传输特性给出了集成运放开环 时输出电压与输入电压之间的关系 线性区 可以看出,当集成运放工作在线性 饱和区 区(+U~-U03)时,其实际特性与理 想特性非常接近;由于集成运放的电压 OM 放大倍数相当高,即使输入电压很小, 也足以让运放工作在饱和状态一使输出 集成运放的电压传输特性 电压保持稳定。 输出、输入电压的关系:U0=A0(U+-U)=Auo·U1 第2页 O包
3．理想集成运算及其传输特性 Auo=∞、 ri=∞、 r0=0 、KCMR=∞。 理想特性 集成运放的电压传输特性 u0 (V) ui (mV) 0 ＋U0M －U0M 实际特性 根据集成运放的实际特性和理想特 性，可画出相应的电压传输特性。 为简化分析过程，同时又能满足实际工程的需要，常把集成运放 理想化，集成运放的理想化参数为： 电压传输特性给出了集成运放开环 时输出电压与输入电压之间的关系。 可以看出，当集成运放工作在线性 区（+U0M~－U0M)时，其实际特性与理 想特性非常接近；由于集成运放的电压 放大倍数相当高，即使输入电压很小， 也足以让运放工作在饱和状态—使输出 电压保持稳定。 线性区 饱和区 输出、输入电压的关系： 0 U0 AU0 i U = A (U+ −U− ) = •U 第2页
电工电子披术第章集成运算放大器 很据集成运放的理想化条件,可以导出两个结 论,作为集成运放在线性区工作的重要分析依据 (1)虚断:由r=0,得i==0,即理想运放内部不需要向信号 源索取任何电流,两个输入端的电流恒为零。电流为零相当于断 路,但实际上两个输入端并未真正断开,因此称为虚断; (2)虚短:由A=0,得+=-,即理想运放两个输入端的电位 相等。两点等电位相当于短路,实际上两个输入端并未真正短接, 因此称为虚短。 集成运放由哪几部分组成,各部分的主要 作用是什么? 2.理想运放的特点是什么? 3工作在线性区的理想运放有哪两条重要结 论?何谓“虚断”?“虚短”? 第2页
根据集成运放的理想化条件，可以导出两个结 论，作为集成运放在线性区工作的重要分析依据： （1）虚断：由ri=∞，得i＋＝i－＝0，即理想运放内部不需要向信号 源索取任何电流，两个输入端的电流恒为零。电流为零相当于断 路，但实际上两个输入端并未真正断开，因此称为虚断； （2）虚短：由Ado=∞，得u＋＝u－，即理想运放两个输入端的电位 相等。两点等电位相当于短路，实际上两个输入端并未真正短接， 因此称为虚短。 1. 集成运放由哪几部分组成，各部分的主要 作用是什么？ 2. 理想运放的特点是什么？ 3. 工作在线性区的理想运放有哪两条重要结 论？何谓“虚断”？“虚短”？ 第2页
电工电子披术第章集成运算放大器 8,2集咸造的应 集成运放的应用分为线性应用和非线性应用两大类。当集成运放通 过外接电路引入负反馈时,集成运放成闭环并工作在线性区,可构成 模拟信号运算放大电路、正弦波振荡电踣和有源滤波电踣等;着工作 在非线性区,集成运放则可构成各种电压比较器和矩形浪发生器等。 先介绍集成运放的线性应用。 R 1.反相比例运算电 +12V 根据两条重要分析依据可知 i1 R 而 R2 L R RI 式中负号表示输出电压与 RE RE 输入电压的相位相反 由此可得:uo ai A RE 第2页 RI 饣是平衡电阻:R2=R=∥R O包
根据两条重要分析依据可知： f i = i 1 ，u− = u+ = 0 而 F o F o 1 1 1 R u R u u i R u R u u i f i i = − − = = − = − − 由此可得： i 1 F o u R R u = − ， 1 F AUf R R = − 1．反相比例运算电路 集成运放的应用分为线性应用和非线性应用两大类。当集成运放通 过外接电路引入负反馈时，集成运放成闭环并工作在线性区，可构成 模拟信号运算放大电路、正弦波振荡电路和有源滤波电路等；若工作 在非线性区，集成运放则可构成各种电压比较器和矩形波发生器等。 先介绍集成运放的线性应用。 8.2 集成运放的应用 式中负号表示输出电压与 输入电压的相位相反 ∞ ＋ ＋ － +12V u0 6 1 5 3 7 2 4 -12V R2 R1 ui i1 if RF R2是平衡电阻： 2 F 1 R = R // R 第2页
电工电子披术第章集成运算放大器 2.同相比例运算电 根据运放工作在线性区的两条分析 依据可知: +12v 而 0 R R RG R l 由此可得 l0=1+ RI 输出电压与输入电压的相位相同 12v 为提高电路的对称性,平衡电阻 可见同相比例运算电路 R2=R1∥/RF 的电压放大倍数必定大于1, 闭环电压放大倍数: 而且仅由外接电阻的数值来 决定,与运放本身的参数无 A 1+ RE R1 关 第2页
2．同相比例运算电路 ∞ ＋ ＋ － +12V u0 6 1 5 3 7 2 4 -12V R2 R1 ui i1 if RF 根据运放工作在线性区的两条分析 依据可知： f i = i 1 ， u− = u+ = ui 而 F i o F o 1 i 1 1 0 R u u R u u i R u R u i f − = − = − = − = − ， − 由此可得： i 1 F o 1 u R R u = + 输出电压与输入电压的相位相同。 为提高电路的对称性，平衡电阻 2 1 F R = R // R 闭环电压放大倍数： i F i 0 Auf 1 R R U U = = + 可见同相比例运算电路 的电压放大倍数必定大于1， 而且仅由外接电阻的数值来 决定，与运放本身的参数无 关。 第2页