电工电子枝术第7章集成运算放大器及其应用 TANGSHAN 成总算丝大器 主要燧课内容 集咸运发简介及典线隆、静线倦应用 主讲李磊 制作李磊
制作 李磊 主讲 李磊
电工电子技术第7章集成运算放大器及其应用 ANGSHAN 第7章集成运算发大器及具应用 71集成运算放大器简介 DIO 72放大电路中的负反馈 73桌成运放的线性应用 UNIVERSIT 74桌成运放的非线性应用
7.2 放大电路中的负反馈 7.1 集成运算放大器简介 7.3 集成运放的线性应用 7.4 集成运放的非线性应用
电工电子技术 第7章集成运算放大器及其应用 TANGSHAN Welcome 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； ADIO 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； 色 了解一般集成运放的简单非线性应用
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
电工电子枝术第7章集成运算放大器及其应用 7.1集成运算放大器简介 TANGSHAN 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。 ADIO 输入级一般是差动放大器，利用其 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 编置电路 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 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。 UNIVERSIT 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 集成电路的几种外形 补偿环节等辅助环节。 ©©
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。 7.1 集成运算放大器简介 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。 集成电路的几种外形
电工电子技术 第7章集成运算放大器及其应用 左图所示为μA741集成运算放大器的芯片实物外形图 TANGSHAN 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 20 输出 ADIO 空脚 输出端 调零端 同相输入 6 30 A741 调零电位器 -12V 调零端 1/2 反相输入端 负电源端 UNIVERSITY 同相输入端 集成运放的电路图符号
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
电了电子枝术第7章集成运算放大器及其应用 2.集成运算的主要技术指标 ANGSHAN (1)开环电压放大倍数A0 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。一般很高，约为104~10； ADIO (2)差模输入电阻r和输出电阻r。 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Ucm 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 UNIVERSIT 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
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
电工电子枝术第7章集成运算放大器及其应用 3.理想集成运算及其传输特性 TANGSHAN 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： 0 Au0=00、 '=00、 T0=0、KCMR=0d 理想特性 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。 ADIO ~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 ◆.mV) 可以看出，当集成运放工作在线性 饱和区 区(+U~一Uw)时，其实际特性与理 想特性非常接近；由于集成运放的电压 0o 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 UNIVERSIT 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=Auo(U+-U)=Auo·U
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
电工电子技术第7章集成运算放大器及其应用 根据集成运放的理想化条件，可以导出两个结 TANGSHAN 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=o0,得i4=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。=oo,得u+=u-,即理想运放两个输入端的电位 ADIO 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”？
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”？
电了电子枝术第7章集成运算放大器及其应用 7.2放大电路中的负反馈 ANGSI 反馈的基本概念 反馈就是指放大电路输出信号的一部分或全部，通过反馈 网络（或的）回送到输入端的过程。 能使净输入信号增强的反馈称为正反馈； 使净输入信号削弱的反馈称为负反馈。 ADIO 放大电路中普德采用的形式是负反馈。 2。负反馈的基本类型及其判别 按照反馈网络与基本放大电路在输出、输入端的连接方式 不同，负反馈电路具有4种典型反馈形式： 2 电压串联负反馈； UNIVERSI 电压并联负反馈； 电流串联负反馈； 电流并联负反馈
7.2 放大电路中的负反馈 1. 反馈的基本概念 反馈就是指放大电路输出信号的一部分或全部，通过反馈 网络（或的）回送到输入端的过程。 能使净输入信号增强的反馈称为正反馈； 使净输入信号削弱的反馈称为负反馈。 放大电路中普遍采用的形式是负反馈。 2. 负反馈的基本类型及其判别 按照反馈网络与基本放大电路在输出、输入端的连接方式 不同，负反馈电路具有4种典型反馈形式： 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
电工电子技术第7章集成运算放大器及其应用 判簖是电压反馈还是电流反馈的方浓 TANGSH 判断是电压反馈还是电流反馈时，常用“输出短路法”， 即 假设负栽短路(R0),使输出电压山。0，看反馈信号是否还 存在。若存在，则说明反馈信号与输出电压成比例，是电压负 反馈；若反馈信号不存在了，则说明反馈信号不是与输出电压 成比例，而是和输出电流成比例，是电流负反馈。 ADIO 判所是串联负反馈还是并联负反馈 判断是串联负反馈还是并联负反馈主要是根据反馈信号、原 输入信号和净输入信号在电路输入端的连接方式和特点，判断方 法有两种： 1.若反馈信号和输入信号是在输入端以电流方式求和的，则 为并联负反馈；若反馈信号和输入信号是在输入端以电压方式求和 UNIVERS 的， 即为串联负反馈。 2.将输入信号交流短路后，若反馈信号消失了， 则为并联反 馈； 否则为串联反馈
判断是电压反馈还是电流反馈的方法 判断是电压反馈还是电流反馈时，常用“输出短路法”，即 假设负载短路（RL=0），使输出电压uo=0，看反馈信号是否还 存在。若存在，则说明反馈信号与输出电压成比例，是电压负 反馈；若反馈信号不存在了，则说明反馈信号不是与输出电压 成比例，而是和输出电流成比例，是电流负反馈。 判断是串联负反馈还是并联负反馈 判断是串联负反馈还是并联负反馈主要是根据反馈信号、原 输入信号和净输入信号在电路输入端的连接方式和特点，判断方 法有两种： 1.若反馈信号和输入信号是在输入端以电流方式求和的，则 为并联负反馈；若反馈信号和输入信号是在输入端以电压方式求和 的，即为串联负反馈。 2.将输入信号交流短路后，若反馈信号消失了，则为并联反 馈；否则为串联反馈