注册电气工程师资格考试模拟电子技术学习资料集成运算放大器.PPT
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1、模拟电子技术,集成运算放大器,5.1 集成运算放大器的简单介绍,5.2 运算放大器在信号运算方面的应用,5.4 运算放大器在波形产生方面的应用,5.8 使用运算放大器应注意的几个问题,5.6 集成功率放大器,5.5 运算放大器在信号测量方面的应用,5.3 运算放大器在信号处理方面的应用,5.7 运算放大电路中的负反馈,5.1 集成运算放大器的简单介绍,5.1.1 集成运算放大器的特点,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。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。,特点:高增益、高可靠性、低成本、小尺寸,Auo 高: 80dB140dBrid 高: 105 1011ro
2、低: 几十 几百KCMR高: 70dB130dB,5.1.2 电路的简单说明,输入级,中间级,输出级,同相输入端,输出端,反相输入端,输入级: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放 。 中间级: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。 输出级:与负载相接,要求输出电阻低,带负载能力强,一般由互补对称电路或射极输出器构成。,5.1.3 主要参数,1. 最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。,2. 开环差模电压增益 Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo愈高,所构成的运算电路越稳定,运算精度也越高。,6. 共
3、模输入电压范围 UICM 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。,愈小愈好,3. 输入失调电压 UIO4. 输入失调电流 IIO5. 输入偏置电流 IIB,5.1.4 理想运算放大器及其分析依据,1. 理想运算放大器,Auo , rid ,ro 0 , KCMR ,2. 电压传输特性 uo= f (ui),线性区:uo = Auo(u+ u),非线性区:u+ u 时, uo = +Uo(sat) u+ u 时, uo = + Uo(sat) u+ 0,ui = Ui 0时,| T(j)| 衰减很快,显然,电路能使低于0的信号顺利通过,衰减很小,而
4、使高于0的信号不易通过,衰减很大,称一 阶有源低通滤波器。,为了改善滤波效果,使 0 时信号衰减得更快些,常将两节RC滤波环节串接起来,组成二阶有源低通滤波器。,2. 有源高通滤波器,设输入为正弦波信号,则有,故:,可见,电路使频率大于0 的信号通过 ,而小于0 的信号被阻止,称为有源高通滤波器。,若频率 为变量,则电路的传递函数,其模为,模拟开关,模拟输入信号,1. 电路,5.3.2 采样保持电路,采样保持电路,多用于模 - 数转换电路(A/D)之前。由于A/D 转换需要一定的时间,所以在进行A/D 转换前必须对模拟量进行瞬间采样,并把采样值保存一段时间,以满足A/D 转换电路的需要。,用于
5、数字电路、计算机控制及程序控制等装置中。,采样存储电容,控制信号,电压跟随器,2. 工作原理,5.3.2 采样保持电路,1. 电路,采样阶段: uG为高电平, S 闭合(场效应管导通), ui对存储电容C充电, uo= uC = ui 。,保持阶段: uG为 0, S 断开(场效应管截止),输出 保持该阶段开始瞬间的值不变。,采样速度愈高,愈接近模拟信号的变化情况。,5.3.3 电压比较器,电压比较器的功能: 电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变,由高电平变成低电平,或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的 大小和极性。,用途: 数模转换、数字仪表、
6、自动控制和自动检测等技术领域,以及波形产生及变换等场合 。,运放工作在开环状态或引入正反馈。,理想运放工作在饱和区的特点:,1. 输出只有两种可能 +Uo (sat) 或Uo (sat) 当 u+ u 时, uo = +Uo (sat) u+u 时,uo= +Uo (sat) u+UR,uo=+ Uo (sat)ui UR,uo= Uo (sat),输入信号接在反相端,输入信号接在同相端,输入信号接在反相端,输入信号接在同相端,输出带限幅的电压比较器,设稳压管的稳定电压为UZ,忽略稳压管的正向导通压降则 ui UR,uo = UZ,uiUR 时,uo = Uo (sat),过零电压比较器,利用
7、电压比较器将正弦波变为方波,2. 滞回比较器,上门限电压,下门限电压,电路中引入正反馈(1) 提高了比较器的响应速度;(2) 输出电压的跃变不是发生 在同一门限电压上。,当 uo = + Uo(sat), 则,当 uo = Uo(sat), 则,门限电压受输出电压的控制,R2,上门限电压 U+ :ui 逐渐增加时的门限电压,下门限电压U+:ui 逐渐减小时的门限电压,两次跳变之间具有迟滞特性滞回比较器,根据叠加原理,有,改变参考电压UR,可使传输特性沿横轴移动。,当参考电压UR不等于零时,定义:回差电压,与过零比较器相比具有以下优点:1. 改善了输出波形在跃变时的陡度。2. 回差提高了电路的抗
8、干扰能力,U越大,抗干扰 能力越强。,结论:1. 调节RF 或R2 可以改变回差电压的大小。2. 改变UR可以改变上、下门限电压, 但不影回差 电压U。,电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报警和波形发生等电路中得到广泛应用。,解:对图(1) 上门限电压,下门限电压,例:电路如图所示,Uo(sat) =6V,UR = 5V, RF = 20k,R2 =10k,求上、下门限电压。,(1),(2),解:对图(2),例:电路如图所示,Uo(sat) =6V,UR = 5V, RF = 20k,R2 =10k,求上、下门限电压。,(1),(2),(1),(2),5.4 运放在波形产生方面的应用,波
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