16-集成运算放大器.pptx
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1、下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1/73第第16章章 集成运算放大器集成运算放大器16.116.1 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍16.216.2 运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用16.416.4 运算放大器在波形产生方面的应用运算放大器在波形产生方面的应用运算放大器在波形产生方面的应用运算放大器在波形产生方面的应用16.516.5 使用运算放大器应注意的几个问题使用运算放大器应注意的几个问题使用运算放大器应注意的几个问题
2、使用运算放大器应注意的几个问题16.316.3 运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录2/7316.1 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路级直接耦合放大电路,是发展最早、应用最广泛的是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。一种模拟集成电路。集成电路集成电路是把整个电路的各个元件以及相互之是把整个电路的各个元件以及相互之间的连接同时制造在一块半导体芯片
3、上间的连接同时制造在一块半导体芯片上,组成一个不组成一个不可分的整体。可分的整体。集成电路特点集成电路特点集成电路特点集成电路特点:体积小、重量轻、功耗低、可体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低。靠性高、价格低。集成电路分类集成电路分类集成电路分类集成电路分类按集成度按集成度按导电类型按导电类型按功能按功能小、中、大和超大规模小、中、大和超大规模双、单极性和两种兼容双、单极性和两种兼容数字和模拟数字和模拟下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录3/73各类型号集成运算放大器各类型号集成运算放大器16.1.1集成运算放大器的特点集成运算放大器的特点1.元器件参数的一致性和对称性好
4、;元器件参数的一致性和对称性好;2.电阻的阻值受到限制,大电阻常用晶体管恒流电阻的阻值受到限制,大电阻常用晶体管恒流源代替,电位器需外接;源代替,电位器需外接;3.电感、电容不易集成,常采用外接方式;电感、电容不易集成,常采用外接方式;4.二极管多用晶体管的发射结代替。二极管多用晶体管的发射结代替。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录4/7316.1.2电路的简单说明电路的简单说明运算放大器方框图运算放大器方框图 输入级:输入级:输入电阻高,能减小零点漂移和抑制干输入电阻高,能减小零点漂移和抑制干扰信号,都采用带恒流源的差分放大器扰信号,都采用带恒流源的差分放大器。中间级:中间
5、级:要求电压放大倍数高。常采用带恒流源要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。的共发射极放大电路构成。偏置电路偏置电路:一般由各种恒流源等电路组成。一般由各种恒流源等电路组成。输出级:输出级:与负载相接,要求输出电阻低,带负载与负载相接,要求输出电阻低,带负载能力强,一般由互补功率放大电路或射极输出器构成。能力强,一般由互补功率放大电路或射极输出器构成。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录5/73集成集成集成集成运算放大器的管脚和符号运算放大器的管脚和符号反相反相输入端输入端同相同相输入端输入端信号传信号传输方向输方向输出端输出端实际运算放大器实际运算放大器开
6、环电压放大倍数开环电压放大倍数(a)(b)(a)符号符号;(b)引脚引脚下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录6/7316.1.3 主要参数主要参数1.最大输出电压最大输出电压UOM能使输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输能使输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输出电压。出电压。2.开环电压放大倍数开环电压放大倍数Auo运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。Auo愈愈高,所构成的运算电路越稳定,运算精度也越高。高,所构成的运算电路越稳定,运算精度也越高。6.最大共模输入电压最大共模输入电压UICM运放所能承受的共模输入电压最大值。超
7、出此值,运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值,运放的共模抑制性能下降,甚至造成器件损坏。运放的共模抑制性能下降,甚至造成器件损坏。愈小愈好愈小愈好愈小愈好愈小愈好3.输入失调电压输入失调电压UIO4.输入失调电流输入失调电流IIO5.输入偏置电流输入偏置电流IIB下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录7/73(1)开环电压放大倍数开环电压放大倍数(2)差模输入电阻差模输入电阻(3)开环输出电阻开环输出电阻(4)共模抑制比共模抑制比由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件,由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件,用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化用理想运算放大器分
8、析电路可使问题大大简化,为此为此,后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。16.1.4 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据 在分析运算放大器时,一般将它看成是理想的在分析运算放大器时,一般将它看成是理想的运运算放大器。理想化的主要条件:算放大器。理想化的主要条件:下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录8/73u+uuO16.1.4 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据线性区:线性区:uO=Auo(u+u)非线性区:非线性区:u+u时,时,uO=+UO(sat)u+u时,时,uO=+UO(sa
9、t)u+0 uI=UI 0时,时,|T(j)|衰减很快。衰减很快。显然,电路能使低于显然,电路能使低于 0的信号顺利通过的信号顺利通过,衰减很小衰减很小,而使高于而使高于 0的信号不易通的信号不易通过过,衰减很大衰减很大,称一称一阶有源阶有源低通滤波器。低通滤波器。为了改善滤波效果,为了改善滤波效果,使使 0时信号衰减得时信号衰减得更快些,常将两节更快些,常将两节RC滤滤波环节串接起来,波环节串接起来,组成组成二阶有源低通滤波器。二阶有源低通滤波器。一阶一阶二阶二阶下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录37/732.有源高通滤波器有源高通滤波器设输入为正弦波信号,则有设输入为正弦
10、波信号,则有故故称为截止角频率称为截止角频率下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录38/73可见,电路使频率大于可见,电路使频率大于 0的信号通过的信号通过,而小于,而小于 0的信号被阻止,称为的信号被阻止,称为有源高通滤波器有源高通滤波器。若频率若频率 为变量,则为变量,则电路的传递函数电路的传递函数其模为其模为幅频特性幅频特性 0|Auf0|T(j)|O下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录39/73把一个低通滤波器和一个高通滤波器串联把一个低通滤波器和一个高通滤波器串联(低通低通滤波器的截止频率应高于高通滤波器的截止频率滤波器的截止频率应高于高通滤波器的截止频
11、率)就就构成构成带通滤波器带通滤波器。低通滤波器与高通滤波器的截止频低通滤波器与高通滤波器的截止频率之差就是带通滤波器通频带。率之差就是带通滤波器通频带。二阶有源高通滤波器二阶有源高通滤波器下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录40/7316.3.2 采样保持电路采样保持电路采样保持电路是数据采集系统的基本部件之一采样保持电路是数据采集系统的基本部件之一,多用于模数转换电路多用于模数转换电路(A/D)之前之前。A/D转换需要一定转换需要一定时间时间,在转换过程中在转换过程中,如果送给如果送给A/D转换转换的模拟量发的模拟量发生变化,则不能保证精度。为此,在生变化,则不能保证精度。
12、为此,在A/D转换转换前加入前加入采样保持电路采样保持电路,在进行在进行A/D转换前对模拟量进行瞬间转换前对模拟量进行瞬间采样采样,并把采样值保存一段时间并把采样值保存一段时间,只有保持采样点的数只有保持采样点的数值不变值不变,才能保证转换的精度才能保证转换的精度,以解决快速变化的模以解决快速变化的模拟信号与较低的拟信号与较低的A/D转换速度之间的矛盾转换速度之间的矛盾(即满足即满足A/D转换电路的需要转换电路的需要)。用于数字电路、计算机控制及程序控制等装置中。用于数字电路、计算机控制及程序控制等装置中。应用:应用:下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录41/7316.3.2
13、采样保持电路采样保持电路 采样保持电路是一个具有信号输入、信号输出采样保持电路是一个具有信号输入、信号输出以及由外部信号控制的模拟门电路。在控制信号作用下,以及由外部信号控制的模拟门电路。在控制信号作用下,采样保持电路跟踪采样,并保持输入信号。采样保持电路跟踪采样,并保持输入信号。SuC+uI+uO+模拟开关模拟开关模拟输入信号模拟输入信号1.1.电路电路采样存储采样存储电容电容控制信号控制信号电压跟随器电压跟随器用于数字电路、计算机控制及程序控制等装置中。用于数字电路、计算机控制及程序控制等装置中。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录42/732.2.工作原理工作原理工作原理
14、工作原理16.3.2 采样保持电路采样保持电路1.1.电路电路电路电路采样阶段采样阶段采样阶段采样阶段:uG为高电平,为高电平,S 闭合闭合(场效应管导通场效应管导通),uI对存储电容对存储电容C充电,充电,uO=uC=uI。保持阶段保持阶段保持阶段保持阶段:uG为为 0,S 断开断开(场效应管截止场效应管截止),输出,输出 保持该阶段开始瞬间的值不变。保持该阶段开始瞬间的值不变。采样脉冲采样脉冲采样脉冲采样脉冲采样速度愈高,愈接近模拟信号的变化情况。采样速度愈高,愈接近模拟信号的变化情况。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录43/73理想运算放大器工作在线性区的特点理想运算放
15、大器工作在线性区的特点理想运算放大器工作在线性区的特点理想运算放大器工作在线性区的特点:(1)u+=u,称称“虚短虚短”。(2)i+=i 0,称称“虚断虚断”。16.3 运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用理想运算放大器工作在饱和区的特点:理想运算放大器工作在饱和区的特点:理想运算放大器工作在饱和区的特点:理想运算放大器工作在饱和区的特点:(1)输出只有两种可能输出只有两种可能+UO(sat)或或UO(sat)当当u+u时,时,uO=+UO(sat)u+uu 时,时,时,时,u uOO=+=+U UOO (sat)(sat)u u+uu 时,时,时,时,u uOO=U
16、UOO (sat)(sat)即即即即 u uI IUUUR R 时,时,时,时,u uOO=U UOO (sat)(sat)可见,在可见,在uI=UR处输出电压处输出电压uO发生跃变。发生跃变。参考电压参考电压下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录46/73单限电压比较器:单限电压比较器:单限电压比较器:单限电压比较器:当当uI 单方向变化时,单方向变化时,uO 只变化一次。只变化一次。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录47/73uIUR,uO=+UO(sat)uI UR,uO=UO(sat)输入信号接在反相端输入信号接在反相端输入信号接在反相端输入信号接在反相
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