集成放大器及其运算与处理电路

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1、5.1集成运算放大器5.2信号基本运算电路5集成放大器及其运算与处理电路5.3有源滤波电路5.4比较器5.1集成电路运算放大器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。运算放大器方框图1.输入级使用高性能的差分放大电路，它必须对共模信号有很强的抑制力，而且采用双端输入双端输出的形式。4.偏置电路提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。3.输出级由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅功率放大器。2.电压放大级要提供高的电压增

2、益，以保证运放的运算精度。中间级的电路形式多为差分电路和带有源负载的高增益放大器。运算放大器的引线运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号‘+’表示；另一个称为反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相反，用符号“-”表示。输出端在输入端的另一侧，在符号边框内标有‘+’号。集成放大器的符号运算放大器外形图1.差模电压放大倍数Avd=，实际上Avd≥80dB即可。理想运算放大器的条件2.差模输入电阻Rid=，实际上Rid比输入端外电路的电阻大

3、2～3个量级即可。3.输出电阻Ro=0，实际上Ro比输入端外电路的电阻小1～2个量级即可。4.带宽足够宽。5.共模抑制比足够大。实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器都可以视为理想的。只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指标明显下降即可。理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性，这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用，运放必须在闭环(负反馈）下工作。理想运算放大器的特性(1)虚短由于运放的电压放大倍数很大，一般都在80dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在10V～14V。因此运放的差模输入

4、电压不足1mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。(2)虚断由于运放的差模输入电阻很大，一般都在1M以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1A，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两

5、输入端真正断路。下面举两个例子说明虚短和虚断的运用。例1：试求理想运算放大器的输出电压和电压放大倍数的表达式。电压增益Avf=Vo/Vi=－Rf/R1反相比例运算电路根据虚断I-=I+0解：I-I+根据虚短V+V-0Ii=(Vi－V-)/R1Vi/R1If=(V-－Vo)/Rf-Vo/Rf∵IiIf∴Vi/R1=-Vo/Rf电压并联负反馈例2：试求理想运算放大器的输出电压和电压放大倍数的表达式。电压增益同相比例运算电路根据虚断I-=I+0解：根据虚短V+V-Vi电压串联负反馈5.2信号基本运算电路比例运算电

6、路y=anxn积分电路微分电路减法电路y=∑anxn－∑bnxn加法电路y=∑anxn集成运算放大器的应用1.信号的运算电路：比例；加、减；乘、除；对数、指数等运算2.信号的处理电路：有源滤波器、精密整流电路电压比较器和采样－保持电路等3.信号的发生电路运放的缺点1.频带过窄741型7Hz2.线性范围小，容易发生非线性失真负反馈对放大电路性能的改善2.减少非线性失真1.扩展频带所以，运放经常与负反馈结合在一起用于信号处理和运算运放的优点1.高增益741型102dB2.输入电阻大，输出电阻小运放与负反馈结合2.深度负反馈

7、的两个基本概念：虚短和虚断1.反馈深度：│1＋AF│>>1，即深度负反馈1.比例运算电路（1）反相比例运算电路1.确定运放状态,判定反馈组态；2.求解vo=f(vi)的函数关系；3.vo与vi的相位关系；4.指出理想情况下，该电路的输入电阻Ri和输出电阻Ro；1.比例运算电路电压并联负反馈由第4章可知，电路为负反馈电路。即电路处于深度负反馈条件下，虚短和虚断成立。（1）反相比例运算电路利用虚短和虚断得运算放大器输入端无共模信号运算电路输入电阻较小由于运放的增益一般有，所以输出与输入反相(1)考虑到VIO、IIO、IIB输入为零

8、时的等效电路解得误差电压当时，可以消除偏置电流引起的误差。结论：为消除偏置电流IIB引起的误差，应使RN=RP。平衡电阻RN与RPRN、RP：令vi和vo为零，分别指从N（－）或P（＋）端到地之间的直流电阻。1.比例运算电路电压串联负反馈（2）同相比例运算电路利用虚短和虚断得