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1、第 3 章 集成运算放大器,第3章 集成运算放大器 第1节 集成运算放大器概述 第2节 集成运算放大器基本应用电路 第3节 集成运放应用电路分析 第4节 集成运放电路中的负反馈 第5节 正弦波振荡器和信号发生器 第6节 集成运算放大器使用注意问题 第7节 集成运放实际运用举例,第3章 重点,理想运算放大器的特点 运算放大器的运算功能 负反馈的概念、负反馈类型的判断、负反馈对放大器性能的影响 比较器 正弦波振荡器,3.1.1基本组成,3.1 集成运算放大器概述,理想运放：,Ri ,KCMRR ,Ro 0,Ao ,运放符号：,uo=Au(u+-u-),运放的特点和符号,线性区 Ao很大，运放的线性
2、范围很小，必须加负反馈才能使其工作于线性区,3.1.3理想运放的分析方法（在线性区）,饱和区 Uo= UoM,Ri ,Ii 0,同相和反相输入两端间可视为断开,虚断,虚短,同相和反相输入端间可视为短路（电压）,3.1.2运放的传输曲线,1、理想运算放大器的特点是什么？ 2、什么是虚断和虚短？应用时，有什么条件？,习题：P170 3.8.1,思考题,理想运放：,Ri ,KCMRR ,Ro 0,Ao ,Ri ,Ii 0,同相和反相输入两端间可视为断 开（电流）,虚断,虚短,同相和反相输入端间可视为短路（电压）,理想运放、虚短、虚断的概念,3.2 集成运算放大器基本应用电路,(1) 反相比例运算,反
3、相器 R1=Rf uo= ui,1.比例运算电路,3.2.1 基本运算电路,平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等。,平衡电阻R2作用,平衡电阻,R2= R1 /Rf,u- u+= ui 虚短；i1 if 虚断,变形,if,i1,(2) 同相比例运算,电压跟随器,虚短 虚断,反相求和运算,2.加法运算电路,此电路如果以u+为输入 ，则输出为：,u+ ui1 、ui2？,根据叠加原理,同相求和运算,叠加原理,当R1=R2，R3=Rf时,当R1=R2=R3=Rf时,3.减法运算电路（差动放大器）,uo,图示电路，证明：,例：,迭加求解法,根据电路的对称性,uo,ui0时：,ui0时：,图示电路，计算
4、uo。,例：, =RC积分时间常数,4. 积分运算电路,（2）如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。,U,积分时限,u- u+= 0, =RC微分时间常数,5. 微分运算,开环，饱和区 U+U- Uo=+Uom U+U- Uo=-Uom,6、电压比较器,利用电压比较器将正弦波变为方波。,例 过零比较器,稳定输出电压,电压比较器的另一种形式,二、集成运放组合电路分析,P124、例3.2.2、3.2.4,例3.2.2,uo,R1=10K,RF=50K,R3=R5=20K，ui=0.5V,求uO,R2= R1 /Rf=8.33K,R4= R3 /R5,=10K
5、,例3.2.4,_,+,+,R2,R1= R2 = R3= R4= R 求：i0。,R3,ui1,RL,Rs,R4,u02,i0,已知,A,B,C,一、 迟滞比较器,分析：,1、因为有正反馈，所以输出饱和。,2、当uo正向饱和时：,3、当uo负向饱和时：,1、下行的迟滞比较器,3.3 集成运放应用电路分析,U+H-U+L称为回差,小于回差的干扰不会引起跳转,下门限,上门限,传输特性,输入正弦波的情况,加上参考电压后的上下限,加上参考电压后的传输曲线,为了稳定输出电压，可以在输出端加上双向稳压管,？,如何计算上下限？,不变！,另一种电路形式,？,如何计算上下限？,用UZ+0.7代替Uom,u+过
6、0 时翻转，可以求出上下限。,2、上行的迟滞比较器,传输特性曲线,二、 数据放大器,要求输出电阻大， 要有电流负反馈。,F,IL,1、电压电流变换,三、信号变换电路,负载悬地！,要求输出电阻大， 要有电流负反馈。,自己推导,负载接地的电流源,在普通的二极管线性 检波电路中，由于硅二极管的正向导通电压不小于0.5V，当Ui小于1V时，UO 误差很大。,并且，二极管作为一个半导体元件，它很容易受到温度的影响，还具有非线性特性，所有这些先天不足，都是形成检波误差的根源。,若把普通二极管置于运算放大器的反馈回路中，就能大大削弱这些影响，提高电路的精度。,四、 精密二极管整流电路,工作原理：,ui 0
7、时,uo1 0 , D2 导通, D1 截止, uo = 0 ;,ui 0, D2 截止, D1导通，此时:,显然，只要运放的输出电压大于二极管的正向电压，D1 和 D2 中总有一个导通，另一个截止，这个电路就能正常整流。,这个电路所要求的最小输入电压峰值为：UD/Au,UD 为二极管的正向电压Au=RF/R1,如果我们希望获得正半波的输入信号，怎么办？,二极管反向,思考题：,五、有源滤波器,一阶无源低通滤波器,0=？,一阶有源低通滤波器,0,PID校正电路,uo=?,二阶有源低通滤波器,1、工作在线性放大区的运算放大器电路有什么共同点？ 2、为什么在分析运算电路时可用叠加定理？ 3、电压比较
8、器是运算放大器的非线性应用？比较器有什么用途？ 4、什么是有源滤波？,习题：P176 3.8.23，3.8.20，,思考题,凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反馈 开环/闭环,反馈框图：,若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。 若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈,+,一、基本概念,3.4 集成运放电路中的负反馈,反馈框图：,负反馈,交流反馈,直流反馈,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,稳定静态工作点,二、负反馈放大器的分类,不同类型的反馈对电路的作用不同。判别： 有无、正负、交直流、电压/电流、串联
9、/并联反馈,（1）有无反馈,电路输出端的信号（电压或电流）的 一部分或全部是否引回到输入端。,负反馈的分析方法,电路输出端的信号引回到输入端是交流还是直流。（可交直流）,（2）交流/直流反馈,运放电路中反馈引入反相输入端负反馈 引入同相输入端正反馈,（3）正/负反馈,电压反馈：反馈信号正比Uo，令RL=0反馈不存在 电流反馈: 反馈信号正比Io，令RL=0反馈存在,电压,电流,4）电压/电流反馈,串联,并联,ud =ui- uf,id =ii-if,参考：U+ =U_= Uf,参考：U+ =U_= 0,5）串联/并联反馈,电压串联负反馈,电流串联负反馈,负反馈类型判别,电压并联负反馈,电流并联
10、负反馈,负反馈类型判别,判断！,例：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈类型。,uo,uc1,ub2,uc2,uf,ube=ui-uf,uc1,ub2,uc2,uo,例：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈类型。,（1）提高放大倍数的稳定性,负反馈使放大倍数下降。,+,=,F,A,1,1,A,A,d,A,A,d,o,o,o,f,f,在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。,三、 负反馈对放大器性能的影响,=,（2）负反馈改善波形的失真,1)串联反馈输入电阻 2)并联反馈输入电阻,（4） 负反馈对通频带的影响,展宽频带,3)电流反馈输出电阻 4)电压反馈输出电阻,（3）负反馈对输入、输出电阻
11、的影响,一、正弦波振荡器 1、自激振荡原理,3.5 正弦波振荡器和信号发生器,2、自激振荡的条件：,相位条件意味着振荡电路必须是正反馈， 振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。,自激振荡条件的推导：,文氏桥振荡电路,输出频率的调整：,电子琴的振荡电路电路：,电路结构：下行的迟滞比较器的输出经积分电路再输入到此比较器的输入端。,1、 方波发生器,上下限：,二、非正弦波信号发生器,工作原理：,(a ),设 uo = + Uom,此时，输出给C充电!,UTH,则：u+=UTH,一旦 uc UTH , 就有 u- u+,uo 立即由Uom 变成Uom !,在 uc UTH 时，,u- u+ ,u
12、o 保持 + Uom 不变；,C 经输出端放电，,U+L,(b),当uo = -Uom 时，,u+=UTL,uc达到UTL时，uo上翻。,当uo 重新回到Uom 以后，电路又进入另一个周期性的变化：,周期与频率的计算：,思考题：,点b是电位器RW 的中点，点a 和点c 是b的上方和下方的某点 。试定性画出点电位器可动端分别处于 a、b、c 三点时的 uo uc 相对应的波形图。,2、 三角波发生器,矩形波经积分电路便可产生三角波，但是此电路要求前后电路的时间常数配合好，不能让积分器饱和。,反向积分电路,上行的迟滞比较器,周期和频率的计算：,改型电路,调整电位器RW可以使三角波上下移动,改进电路,3、锯齿波发生器,压频转换,在ui的作用下，uo积分：,思考题 1、什么叫负反馈？负反馈对放大器的性能有何影响？ 2、负反馈有哪些类型？ 3、正反馈有什么作用？ 4、自激振荡的条件是什么？ 5、举例说明，生活中正反馈和负反馈。,习题：P180-18 3.8.44，,第6节 集成运算放大器使用注意问题,一、集成运放的类型选择,网上查找或查手册。,通用型，高输入阻抗型，低漂移型，低功耗型，高速型，高压型，大功率型等。,二、使用中应注意的几个问题,1、消振,2、调零,3、保护,（1）输入保护 （2）输出保护,（3）电源保护,4、扩大输出电流,