集成运算放大器原理和运用ppt课件.ppt

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1、集成运算放大器原理和应用集成运算放大器原理和应用基本原理和一般应用基本原理和一般应用课程大纲课程大纲一一. .基本原理和主要性能指标基本原理和主要性能指标二二. .运算放大器分析方法运算放大器分析方法 三、运算放大器的应用、运算放大器的应用 四、运算放大器应用时应注意的问题运算放大器应用时应注意的问题五.实例分析实例分析一、基本原理和主要性能指标一、基本原理和主要性能指标1、概念概念2、运算放大器基本组成和原理、运算放大器基本组成和原理3、主要性能指标、主要性能指标一、基本原理和主要性能指标一、基本原理和主要性能指标1 概念概念 因为早期运放主要用于放大和模拟运算（加法、减法、因为早期运放主要

2、用于放大和模拟运算（加法、减法、乘法、除法、积分、微分等），所以取名运算放大器。乘法、除法、积分、微分等），所以取名运算放大器。 现在现在 还用于信号处理、信号变换、信号产生等方面，还用于信号处理、信号变换、信号产生等方面，在各种电子设备中被广泛应用。在测量、控制电路中有十在各种电子设备中被广泛应用。在测量、控制电路中有十分重要的地位。分重要的地位。2、运算放大器基本组成和原理、运算放大器基本组成和原理-组成组成一、基本原理和主要性能指标一、基本原理和主要性能指标运算放大器运算放大器输入级：采用恒流源的差动放大电路，工作在小电输入级：采用恒流源的差动放大电路，工作在小电流状态，输入阻抗高。流状

3、态，输入阻抗高。中间级：一般采用恒流源的共发射极放大电路，放中间级：一般采用恒流源的共发射极放大电路，放 大倍大倍数在几千倍以上，是运算放大器的主要增益部分。数在几千倍以上，是运算放大器的主要增益部分。输出级：有较大的电压输出幅度，较高的输出输出级：有较大的电压输出幅度，较高的输出功率、较小的输出电阻，一般设有过载保护。功率、较小的输出电阻，一般设有过载保护。偏置电路：为各级提供合适的静态工作点，偏置电路：为各级提供合适的静态工作点，作为有源负载提高电压增益。作为有源负载提高电压增益。一、基本原理和主要性能指标一、基本原理和主要性能指标2、运算放大器基本原理和组成、运算放大器基本原理和组成-原

4、理原理一、基本原理和主要性能指标一、基本原理和主要性能指标3. 主要性能指标主要性能指标（1）输入失调（偏移）电压）输入失调（偏移）电压Vio 一般在一般在110Mv,指为了保证输出为零，在输入端加的补偿电指为了保证输出为零，在输入端加的补偿电压，温度影响较大。压，温度影响较大。（2）输入失调（偏移）电流）输入失调（偏移）电流Iio 输入信号为零时，两输入端静态电流之差，温度影响较大。输入信号为零时，两输入端静态电流之差，温度影响较大。（3）输入偏置电流）输入偏置电流IIB 输入信号为零时，两输入端静态电流的平均值，温度有一定影输入信号为零时，两输入端静态电流的平均值，温度有一定影响。响。（4

5、）差模增益（放大倍数）差模增益（放大倍数）Avd 指运算放大器在开环状态时的差模放大倍数。指运算放大器在开环状态时的差模放大倍数。（5）转换速率）转换速率SR 运算放大器在单位增益和额定输出电压下，输出电压的最大变运算放大器在单位增益和额定输出电压下，输出电压的最大变化率化率dv/dt。一、基本原理和主要性能指标一、基本原理和主要性能指标3. 主要性能指标主要性能指标（6）共模印制比）共模印制比KCMR(CMR) 差模放大倍数与共模放大倍数之比。差模放大倍数与共模放大倍数之比。（7）最大共模输入电压）最大共模输入电压VicM 运算放大器在线性工作工作范围内所能承受的最大共模输入电压。运算放大器

6、在线性工作工作范围内所能承受的最大共模输入电压。（8）最大差模输入电压）最大差模输入电压VidM 运算放大器两输入端之间所能承受的最大电压。运算放大器两输入端之间所能承受的最大电压。（9）-3dB带宽带宽fH和单位增益带宽和单位增益带宽fc fH是指当是指当Ao下降到下降到3dB所对应的信号频率；所对应的信号频率；fc是指是指Ao下降到下降到0dB所对应的信号频率。注意与所对应的信号频率。注意与GBP区别开来。区别开来。（10）差模输入电阻和输出电阻）差模输入电阻和输出电阻 差模输入电阻是指两输入端之间动态电阻；输出电阻指运算放大差模输入电阻是指两输入端之间动态电阻；输出电阻指运算放大器在环状

7、态下输出端对地电阻。器在环状态下输出端对地电阻。一、基本原理和主要性能指标一、基本原理和主要性能指标3. 主要性能指标主要性能指标-例子例子一、基本原理和主要性能指标一、基本原理和主要性能指标3. 主要性能指标主要性能指标-例子例子二二.运算放大器分析方法运算放大器分析方法1、分析运算放大器的基本法则：虚短、虚断、虚地。、分析运算放大器的基本法则：虚短、虚断、虚地。2、典型运算放大电路、典型运算放大电路 同相输入比例放大电路同相输入比例放大电路 跟随电路跟随电路 反相输入比例放大电路反相输入比例放大电路 积分电路积分电路 微分电路微分电路 加法电路加法电路 减法电路减法电路2、典型运算放大电路

8、、典型运算放大电路同相输入比例放大电路1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeADate:28-May-2008Sheet of File:E:陈永伦海洋王dgs10.DdbDrawn By:U1R1R2RfV oU1R1R2RfV iV oU1R1R2V iV oCU1RfR2V iV oCV iU1R1RfV iV oU1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1RfV iV oCU1RfR1V iV oCU1R1R2V iV oC2RfC1跟随电路跟随电路 2、典型运算放大电路、典型运算放大电路1234A

9、BCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeADate:28-May-2008Sheet of File:E:陈永伦海洋王dgs10.DdbDrawn By:U1R1R2RfV oU1R1R2RfV iV oU1R1R2V iV oCU1RfR2V iV oCV iU1R1RfV iV oU1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1RfV iV oCU1RfR1V iV oCU1R1R2V iV oC2RfC1反相输入比例放大电路反相输入比例放大电路2、典型运算放大电路、典型运算放大电路1234ABCD4321DCBATi

10、tleNumberRevisionSizeADate:28-May-2008Sheet of File:E:陈永伦海洋王dgs10.DdbDrawn By:U1R1R2RfV oU1R1R2RfV iV oU1R1R2V iV oCU1RfR2V iV oCV iU1R1RfV iV oU1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1RfV iV oCU1RfR1V iV oCU1R1R2V iV oC2RfC12、典型运算放大电路、典型运算放大电路积分电路积分电路1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeADat

11、e:28-May-2008Sheet of File:E:陈永伦海洋王dgs10.DdbDrawn By:U1R1R2RfV oU1R1R2RfV iV oU1R1R2V iV oCU1RfR2V iV oCV iU1R1RfV iV oU1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1RfV iV oCU1RfR1V iV oCU1R1R2V iV oC2RfC1微分电路微分电路2、典型运算放大电路、典型运算放大电路1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeADate:28-May-2008Sheet of Fil

12、e:E:陈永伦海洋王dgs10.DdbDrawn By:U1R1R2RfV oU1R1R2RfV iV oU1R1R2V iV oCU1RfR2V iV oCV iU1R1RfV iV oU1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1RfV iV oCU1RfR1V iV oCU1R1R2V iV oC2RfC1加法电路加法电路2、典型运算放大电路、典型运算放大电路1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeADate:28-May-2008Sheet of File:E:陈永伦海洋王dgs10.DdbDrawn

13、By:U1R1R2RfV oU1R1R2RfV iV oU1R1R2V iV oCU1RfR2V iV oCV iU1R1RfV iV oU1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1RfV iV oCU1RfR1V iV oCU1R1R2V iV oC2RfC1减法电路减法电路2、典型运算放大电路、典型运算放大电路1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeADate:28-May-2008Sheet of File:E:陈永伦海洋王dgs10.DdbDrawn By:U1R1R2RfV oU1R1R2RfV i

14、V oU1R1R2V iV oCU1RfR2V iV oCV iU1R1RfV iV oU1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1RfV iV oCU1RfR1V iV oCU1R1R2V iV oC2RfC11、在测量方面的应用、在测量方面的应用2、在信号处理方面的应用、在信号处理方面的应用三、运算放大器的基本应用三、运算放大器的基本应用 1、在测量方面的应用、在测量方面的应用利用运算放大器测量电压、电流等:可以与指针表做成：直流电流测量电路支流电压测量电路交流电流测量电路、交流电压测量电路 1、在测量方面的应用、在测量方面的应用直流电流测量

15、电路直流电流测量电路1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeADate:29-May-2008Sheet of File:E:陈永伦海洋王dgs10.DdbDrawn By:U1101VR100+-KU1RV iV oCU1R1R2V iV oR3U1R1R2V oR3CR4U1R1R2V iV oC1C2Vref（1）有源滤波器）有源滤波器（2）采样保持电路）采样保持电路（3）电压比较电路）电压比较电路（4）波形产生电路）波形产生电路（5）比例）比例-积分积分-微分（微分（PID）调节器）调节器 2、在信号处理方面的应用、在信号处理方面的应用(1)有源滤

16、波器有源滤波器 2、在信号处理方面的应用、在信号处理方面的应用 一阶有源低通滤波器：过滤高频信号 一阶有源高通滤波器：过滤低频信号 二阶有源带通滤波器：过滤低频高频和信号 二阶有源带阻滤波器：过滤中频信号(1)有源滤波器滤波有源滤波器滤波-幅频特性图幅频特性图2、在信号处理方面的应用、在信号处理方面的应用2、在信号处理方面的应用、在信号处理方面的应用(1)有源滤波器有源滤波器-一阶有源低通滤波器1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeADate:28-May-2008Sheet of File:E:陈永伦海洋王dgs10.DdbDrawn By:U1R1R

17、2RfV oU1R1R2RfV iV oU1R1R2V iV oCU1RfR2V iV oCV iU1R1RfV iV oU1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1RfV iV oCU1RfR1V iV oCU1R1R2V iV oC2RfC1 2、在信号处理方面的应用、在信号处理方面的应用(1)有源滤波器有源滤波器-一阶有源高通滤波器1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeADate:28-May-2008Sheet of File:E:陈永伦海洋王dgs10.DdbDrawn By:U1R1R2RfV

18、oU1R1R2RfV iV oU1R1R2V iV oCU1RfR2V iV oCV iU1R1RfV iV oU1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1RfV iV oCU1RfR1V iV oCU1R1R2V iV oC2RfC1 2、在信号处理方面的应用、在信号处理方面的应用(1)有源滤波器有源滤波器-二阶有源带通滤波器1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeADate:28-May-2008Sheet of File:E:陈永伦海洋王dgs10.DdbDrawn By:U1R1R2RfV oU1R1

19、R2RfV iV oU1R1R2V iV oCU1RfR2V iV oCV iU1R1RfV iV oU1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1RfV iV oCU1RfR1V iV oCU1R1R2V iV oC2RfC1 2、在信号处理方面的应用、在信号处理方面的应用(1)有源滤波器有源滤波器-二阶有源带阻滤波器1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeADate:30-May-2008Sheet of File:E:陈永伦海洋王dgs10.DdbDrawn By:U1R1R2RfV oU1R1R2RfV

20、 iV oU1R1R2V iV oCU1RfR2V iV oCV iU1R1RfV iV oU1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1R3RfV i1V oR2V i2U1R1RfV iV oCU1RfR1V iV oCU1R1R2V iV oC2RfC1U1RR/2V iV oCRfC2CR 2、在信号处理方面的应用、在信号处理方面的应用（2）采样保持电路1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeADate:29-May-2008Sheet of File:E:陈永伦海洋王dgs10.DdbDrawn By:U1101VR100+-KU1RV iV

21、 oCU1R1R2V iV oR3U1R1R2V oR3CR4U1R1R2V iV oC1C2Vref缺少控制开关缺少控制开关 2、在信号处理方面的应用、在信号处理方面的应用（3）电压比较电路用于比较电路的运放叫比较器；用于比较电路的运放叫比较器；性能要求：鉴别准确，反应灵敏，动作迅速，抗干扰能性能要求：鉴别准确，反应灵敏，动作迅速，抗干扰能力力 强，有一定的保护措施，防止过压（输入）或过流。强，有一定的保护措施，防止过压（输入）或过流。 对对SR、Vin、Vio等要求严格；等要求严格；常用的是迟滞（滞回）比较器常用的是迟滞（滞回）比较器。 2、在信号处理方面的应用、在信号处理方面的应用（3）

22、电压比较电路）电压比较电路-滞回电压比较电路1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeADate:29-May-2008Sheet of File:E:陈永伦海洋王dgs10.DdbDrawn By:U1101VR100+-KU1RV iV oCU1R1R2V iV oR3U1R1R2V oR3CR4U1R1R2V iV oC1C2Vref 2、在信号处理方面的应用、在信号处理方面的应用（4） 波形产生电路波形产生电路 锯齿波发生电路锯齿波发生电路 三角波发生电路三角波发生电路 正弦波发生电路正弦波发生电路 方波发生电路方波发生电路 压空振荡发生电路压空振荡

23、发生电路 2、在信号处理方面的应用、在信号处理方面的应用（4） 波形产生电路波形产生电路-方波发生电路1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeADate:29-May-2008Sheet of File:E:陈永伦海洋王dgs10.DdbDrawn By:U1101VR100+-KU1RV iV oCU1R1R2V iV oR3U1R1R2V oR3CR4U1R1R2V iV oC1C2Vref 2、在信号处理方面的应用、在信号处理方面的应用（5）比例）比例-积分积分-微分（微分（PID）调节器）调节器1234ABCD4321DCBATitleNumber

24、RevisionSizeADate:29-May-2008Sheet of File:E:陈永伦海洋王dgs10.DdbDrawn By:U1101VR100+-KU1RV iV oCU1R1R2V iV oR3U1R1R2V oR3CR4U1R1R2V iV oC1C2Vref1、运算放大器的选择2、运算放大器的保护措施3、抑制干扰和噪声4、其他注意事项 四、运算放大器应用时应注意的问题四、运算放大器应用时应注意的问题1、运算放大器的选择、运算放大器的选择运算放大器的主要技术要求：运算放大器的主要技术要求： 高放大倍数、高输入阻抗、低漂移、低功耗、高放大倍数、高输入阻抗、低漂移、低功耗、高速

25、、高压、精密、大功率、电压比较；高速、高压、精密、大功率、电压比较；实际的运放不可能都具备上面的技术指标，实际的运放不可能都具备上面的技术指标，根据这些指标，运放分为不同类型：根据这些指标，运放分为不同类型： 高输入阻抗型、低漂移型、低功耗型、高速型、高输入阻抗型、低漂移型、低功耗型、高速型、高压型、大功率型、电压比较型高压型、大功率型、电压比较型;根据实际应用选折具有相应指标的运放类型。根据实际应用选折具有相应指标的运放类型。1、运算放大器的选择、运算放大器的选择高输入电阻型高输入电阻型 高输入电阻型可以减轻信号源的负担，常用于测量设备的首级与传感器匹配，利于发挥传感器的灵敏度。也用于信号处

26、理电路，信号保持电路，信号滤波电路和模拟调节电路。低漂移型低漂移型1、运算放大器的选择、运算放大器的选择 低漂移型的输入、输出值随温度、时间有极微小的变化，经常用于精密检测，因为精密检测采集的信号一般很小，常常是微伏数量级，如果漂移过大，就会带来很大的误差。高速型高速型1、运算放大器的选择、运算放大器的选择 高速型响应速度SR快，一般用于快速模/数转换器、数/模转换器、有源滤波器、精密比较器、采样-保持电路；设备示波器、视频放大器等设备用该类型。低功耗型低功耗型1、运算放大器的选择、运算放大器的选择 低功耗型运放电源消耗小，常用于供电不便的检测仪表，如：遥测、遥感设备、便捷式仪器等大功率型大功

27、率型1、运算放大器的选择、运算放大器的选择 大功率型运放主要用于输出功率大的场合，可以达到几安的输出电流，比如说用于功放、驱动IC等。电压比较型电压比较型1、运算放大器的选择、运算放大器的选择 电压比较型主要用于电压比较器，要求输出对输入的响应时间小;一般输入电压不能太大。2、运算放大器的保护措施、运算放大器的保护措施电源保护： 注意电源的范围和极性，可用二极管预防电源极性接反和静电。输入保护： 输入端电压不能过大，电流不能太大。 一般可加二极管或稳压管限制输入电压。输出保护： 防止输出过电流、输出对地短路、输出与其他高电压接触，可以用电阻防止过电流，用稳压管来嵌位高电压。3、抑制干扰和噪声、

28、抑制干扰和噪声抑制干扰抑制干扰： 布板时调整好运放位置，远离干扰源； 注意信号线的走向，走双绞线，不要走干扰环； 有大的干扰源要屏蔽； 使用滤波电路-电源滤波和信号滤波。噪声抑制噪声抑制： 远离开关功率元件，远离发热器件，加 滤波电路。4、其他注意事项、其他注意事项（1）使用前要弄清楚原理、参数和封装；（2）不要带电焊接运放IC；（3）注意焊接温度和时间；（4）测试时注意把握住表笔和探头。五、实例分析五、实例分析对以前设计的项目应用运放的例子进行分析1、比较器: 用于电源输入欠压保护，过温保护2、运放（PID）调节器: 用于电源环路控制。1、比较器、比较器1、比较器、比较器2、调节器、调节器2、调节器、调节器