电工电子技术 教学课件 作者 明立军 刘雅琴 第九章.ppt

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1、第9章集成运算放大器【学习目标】1）了解集成运算放大器的基本知识；2）集成运放工作在线性区和非线性区的特点；3）掌握运放的基本运算电路；4）掌握电压比较器的基本知识；5）掌握、和石英晶体振荡器的电路组成、工作原理和性能特点。【能力目标】1）能分析基本运算电路；2）能分析正弦波震荡电路。9.1集成运算放大器简介所谓集成电路，就是把整个电路的各元器件以及相互之间的连接同时制作在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的整体。集成运算放大器的基本放大电路1.集成运算放大器的基本组成：1）输入端和输出端2）电源端3）调零端2.集成运算放大器的主要参数集成运算放大器性能的好坏常用一些参数表征。这些参数是选

2、用集成运算放大器的主要依据。下面介绍集成运算放大器的一些主要参数。1)最大输出电压UOPP能使输出电压和输出电流保持不失真关系的最大输出电压称为集成运算放大器的最大输出电压。2）开环电压放大倍数AUO在没有外接反馈电路时所测出的差模电压放大倍数，即为开环电压放大倍数。3）输入失调电压UIO在一般情况下，当输入信号为零时，输出UO≠0，应在输入端加上相应的补偿电压使其输出电压为零，该补偿电压称为输入失调电压UIO。4）输入失调电流IIO当输入信号为零时，输入级两个差分端的静态电流之差称为输入失调电流IIO。5）开环差模输入电阻ri和输出电阻r0运放组件两个输入端之间的电阻，叫做差模输入电阻。

3、这是一个动态电阻。r0是集成运放开环工作时，从输出端向里看进去的等效电阻。6）共模抑制比KCMR差模电压放大倍数与共模电压放大倍数的比值，7）最大共模输入电压UICMUICM是指集成运算放大器在线性工作范围内所能承受的最大共模输入电压。3.集成运算放大器的基本分析方法集成运算放大器可以工作在线性区域，也可以工作在非线性区域。为了使集成运算放大器工作在线性区域，通常把外部电阻、电容、半导体器件等跨接在集成运算反复大器的输出端，与反相输入端之间构成闭环工作状态，限制其电压放大倍数。工作在线性区域的理想集成运算放大器有两个重要结论：1）集成运算放大器同相输入端和反相输入端的电位相等（虚短）即。2

4、）集成运算放大器同相输入端和反相输入端输入电流等于零（虚断）。应用上述两个结论，可以使集成运算放大器应用电路的分析大大简化，是分析集成运算放大器组成的电路的依据。9.2基本运算电路1.反相比例运算电路如图所示，输入信号经输入外接电阻送到反相输入端，而同相输入端通过电阻接地。反馈电阻跨接在输出端和反相输入端之间，形成电压并联负反馈。反相比例运算电路根据：i+≈i－≈0，u+≈u－≈0得ii=if+i－≈if；所以，即：因此，闭环（引入反馈后的）电压放大倍数为：可见，u0与ui成正比，负号表示u0与ui相位相反，故称为反相比例运算电路。2.同相比例运算电路如图所示，输入信号ui通过外接电阻R2

5、输入送到同相输入端，而反相输入端经电阻接地。反馈电阻RF跨接在输入端和反相输入端之间，形成电压串联负反馈。根据集成运算放大器工作在线性区域时的两条依据，可得ii=if+i－≈if。由图可列出：。解得：。闭环电压放大倍数为：。同相比例运算电路可见,u0与ui成正比且同相，故称此电路为同相比例运算电路。3.加减运算电路（1）加法运算电路在反相比例运算电路的输入端增加若干输入电路，如图所示，则构成反相加法运算电路。反相加法运算电路由节点电流定律得：；，有整理得：当时，则上式为：当时，则有：平衡电阻为：（2）减法运算电路如果两个输入端都有信号输入，则为差分输入。差分运算在测量和控制系统中应用很多，

6、其放大电路如图所示。差分输入放大电路根据叠加原理可知，u0为ui1和ui2分别单独在反相比例运算电路和同相比例运算电路上产生的响应之和，即：当R1=R2、R3=R4时，则有：可见，此电路输出电压与两输入电压之差成比例。4.微分电路【微分运算电路图】依据u+≈u－≈0，可得：iR=UC，所以：即：可见u0与ui的微分成比例，因此称为微分运算电路。a）电路图b）波形图5.积分电路【积分运算电路图】由电路可得：可见u0与ui的积分成比例，因此称为积分运算电路。a）电路图b）波形图9.3电压比较器1.过零电压比较器参考电压为零的比较器称为过零比较器（亦称为零电平比较器），如图所示。a）电路图b）传

7、输特性当时ui<0，u0=+Uom。当ui>0时，u0=－Uom。即每当输入信号越过零时，输入电压就要发生翻转，由一个状态跃变到另一个状态。因此，过零比较器能够实现对输入信号的过零检测，可以实现波形的转换。2.单限电压比较器将过零比较器中的同相输入端外接一参考电压UR，就构成了单限比较器，如图a所示；比较器的输出特性如图b所示：a）电路图b）传输特性当uiUR时，u0=－Uom。3.滞