1、集成運(yùn)算放大器原理和應(yīng)用基本原理和一般應(yīng)用,課程大綱,一.基本原理和主要性能指標(biāo),一、基本原理和主要性能指標(biāo),1、概念 2、運(yùn)算放大器基本組成和原理 3、主要性能指標(biāo),一、基本原理和主要性能指標(biāo),1 概念,因?yàn)樵缙谶\(yùn)放主要用于放大和模擬運(yùn)算（加法、減法、乘法、除法、積分、微分等），所以取名運(yùn)算放大器。,現(xiàn)在 還用于信號(hào)處理、信號(hào)變換、信號(hào)產(chǎn)生等方面，在各種電子設(shè)備中被廣泛應(yīng)用。在測量、控制電路中有十分重要的地位。,2、運(yùn)算放大器基本組成和原理-組成,一、基本原理和主要性能指標(biāo),運(yùn)算放大器,輸入級(jí)：采用恒流源的差動(dòng)放大電路，工作在小電流狀態(tài)，輸入阻抗高。,中間級(jí)：一般采用恒流源的共發(fā)射極放大電路

2、，放 大倍數(shù)在幾千倍以上，是運(yùn)算放大器的主要增益部分。,輸出級(jí)：有較大的電壓輸出幅度，較高的輸出功率、較小的輸出電阻，一般設(shè)有過載保護(hù)。,偏置電路：為各級(jí)提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，作為有源負(fù)載提高電壓增益。,一、基本原理和主要性能指標(biāo),2、運(yùn)算放大器基本原理和組成-原理,一、基本原理和主要性能指標(biāo),3. 主要性能指標(biāo),（1）輸入失調(diào)（偏移）電壓Vio 一般在110Mv,指為了保證輸出為零，在輸入端加的補(bǔ)償電壓，溫度影響較大。 （2）輸入失調(diào)（偏移）電流Iio 輸入信號(hào)為零時(shí)，兩輸入端靜態(tài)電流之差，溫度影響較大。 （3）輸入偏置電流IIB 輸入信號(hào)為零時(shí)，兩輸入端靜態(tài)電流的平均值，溫度有一定影響。

3、（4）差模增益（放大倍數(shù)）Avd 指運(yùn)算放大器在開環(huán)狀態(tài)時(shí)的差模放大倍數(shù)。 （5）轉(zhuǎn)換速率SR 運(yùn)算放大器在單位增益和額定輸出電壓下，輸出電壓的最大變化率dv/dt。,一、基本原理和主要性能指標(biāo),3. 主要性能指標(biāo),（6）共模印制比KCMR(CMR) 差模放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比。 （7）最大共模輸入電壓VicM 運(yùn)算放大器在線性工作工作范圍內(nèi)所能承受的最大共模輸入電壓。 （8）最大差模輸入電壓VidM 運(yùn)算放大器兩輸入端之間所能承受的最大電壓。 （9）-3dB帶寬fH和單位增益帶寬fc fH是指當(dāng)Ao下降到3dB所對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率；fc是指Ao下降到0dB所對(duì)應(yīng)的信號(hào)頻率。注意與GBP區(qū)別開

4、來。 （10）差模輸入電阻和輸出電阻 差模輸入電阻是指兩輸入端之間動(dòng)態(tài)電阻；輸出電阻指運(yùn)算放大器在環(huán)狀態(tài)下輸出端對(duì)地電阻。,一、基本原理和主要性能指標(biāo),3. 主要性能指標(biāo)-例子,一、基本原理和主要性能指標(biāo),3. 主要性能指標(biāo)-例子,二.運(yùn)算放大器分析方法,1、分析運(yùn)算放大器的基本法則：虛短、虛斷、虛地。 2、典型運(yùn)算放大電路 同相輸入比例放大電路 跟隨電路 反相輸入比例放大電路 積分電路 微分電路 加法電路 減法電路,2、典型運(yùn)算放大電路,同相輸入比例放大電路,跟隨電路,2、典型運(yùn)算放大電路,反相輸入比例放大電路,2、典型運(yùn)算放大電路,2、典型運(yùn)算放大電路,積分電路,微分電路,2、典型運(yùn)算放大

5、電路,加法電路,2、典型運(yùn)算放大電路,減法電路,2、典型運(yùn)算放大電路,1、在測量方面的應(yīng)用 2、在信號(hào)處理方面的應(yīng)用,三、運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用,1、在測量方面的應(yīng)用,利用運(yùn)算放大器測量電壓、電流等: 可以與指針表做成： 直流電流測量電路 支流電壓測量電路 交流電流測量電路、 交流電壓測量電路,1、在測量方面的應(yīng)用,直流電流測量電路,（1）有源濾波器 （2）采樣保持電路 （3）電壓比較電路 （4）波形產(chǎn)生電路 （5）比例-積分-微分（PID）調(diào)節(jié)器,2、在信號(hào)處理方面的應(yīng)用,(1)有源濾波器,2、在信號(hào)處理方面的應(yīng)用, 一階有源低通濾波器：過濾高頻信號(hào) 一階有源高通濾波器：過濾低頻信號(hào) 二階有源

6、帶通濾波器：過濾低頻高頻和信號(hào) 二階有源帶阻濾波器：過濾中頻信號(hào),(1)有源濾波器濾波-幅頻特性圖,2、在信號(hào)處理方面的應(yīng)用,2、在信號(hào)處理方面的應(yīng)用,(1)有源濾波器-一階有源低通濾波器,2、在信號(hào)處理方面的應(yīng)用,(1)有源濾波器-一階有源高通濾波器,2、在信號(hào)處理方面的應(yīng)用,(1)有源濾波器-二階有源帶通濾波器,2、在信號(hào)處理方面的應(yīng)用,(1)有源濾波器-二階有源帶阻濾波器,2、在信號(hào)處理方面的應(yīng)用,（2）采樣保持電路,缺少控制開關(guān),2、在信號(hào)處理方面的應(yīng)用,（3）電壓比較電路,用于比較電路的運(yùn)放叫比較器； 性能要求：鑒別準(zhǔn)確，反應(yīng)靈敏，動(dòng)作迅速，抗干擾能力 強(qiáng)，有一定的保護(hù)措施，防止過壓

7、（輸入）或過流。 對(duì)SR、Vin、Vio等要求嚴(yán)格； 常用的是遲滯（滯回）比較器。,2、在信號(hào)處理方面的應(yīng)用,（3）電壓比較電路-滯回電壓比較電路,2、在信號(hào)處理方面的應(yīng)用,（4） 波形產(chǎn)生電路, 鋸齒波發(fā)生電路 三角波發(fā)生電路 正弦波發(fā)生電路 方波發(fā)生電路 壓空振蕩發(fā)生電路,2、在信號(hào)處理方面的應(yīng)用,（4） 波形產(chǎn)生電路-方波發(fā)生電路,2、在信號(hào)處理方面的應(yīng)用,（5）比例-積分-微分（PID）調(diào)節(jié)器,1、運(yùn)算放大器的選擇 2、運(yùn)算放大器的保護(hù)措施 3、抑制干擾和噪聲 4、其他注意事項(xiàng),四、運(yùn)算放大器應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意的問題,1、運(yùn)算放大器的選擇,運(yùn)算放大器的主要技術(shù)要求： 高放大倍數(shù)、高輸入阻抗、

8、低漂移、低功耗、高速、高壓、精密、大功率、電壓比較； 實(shí)際的運(yùn)放不可能都具備上面的技術(shù)指標(biāo)， 根據(jù)這些指標(biāo)，運(yùn)放分為不同類型： 高輸入阻抗型、低漂移型、低功耗型、高速型、高壓型、大功率型、電壓比較型; 根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選折具有相應(yīng)指標(biāo)的運(yùn)放類型。,1、運(yùn)算放大器的選擇,高輸入電阻型,高輸入電阻型可以減輕信號(hào)源的負(fù)擔(dān)，常用于測量設(shè)備的首級(jí)與傳感器匹配，利于發(fā)揮傳感器的靈敏度。也用于信號(hào)處理電路，信號(hào)保持電路，信號(hào)濾波電路和模擬調(diào)節(jié)電路。,低漂移型,1、運(yùn)算放大器的選擇,低漂移型的輸入、輸出值隨溫度、時(shí)間有極微小的變化，經(jīng)常用于精密檢測，因?yàn)榫軝z測采集的信號(hào)一般很小，常常是微伏數(shù)量級(jí)，如果漂移過大，

9、就會(huì)帶來很大的誤差。,高速型,1、運(yùn)算放大器的選擇,高速型響應(yīng)速度SR快，一般用于快速模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、有源濾波器、精密比較器、采樣-保持電路；設(shè)備示波器、視頻放大器等設(shè)備用該類型。,低功耗型,1、運(yùn)算放大器的選擇,低功耗型運(yùn)放電源消耗小，常用于供電不便的檢測儀表，如：遙測、遙感設(shè)備、便捷式儀器等,大功率型,1、運(yùn)算放大器的選擇,大功率型運(yùn)放主要用于輸出功率大的場合，可以達(dá)到幾安的輸出電流，比如說用于功放、驅(qū)動(dòng)IC等。,電壓比較型,1、運(yùn)算放大器的選擇,電壓比較型主要用于電壓比較器，要求輸出對(duì)輸入的響應(yīng)時(shí)間小;一般輸入電壓不能太大。,2、運(yùn)算放大器的保護(hù)措施,電源保護(hù)： 注意電源的范圍和極性，可用二極管預(yù)防電源極性接反和靜電。 輸入保護(hù)： 輸入端電壓不能過大，電流不能太大。 一般可加二極管或穩(wěn)壓管限制輸入電壓。 輸出保護(hù)： 防止輸出過電流、輸出對(duì)地短路、輸出與其他高電壓接觸，可以用電阻防止過電流，用穩(wěn)壓管來嵌位高電壓。,3、抑制干擾和噪聲,抑制干擾： 布板時(shí)調(diào)整好運(yùn)放位置，遠(yuǎn)離干擾源； 注意信號(hào)線的走向，走雙絞線，不要走干擾環(huán)； 有大的干擾源要屏蔽； 使用濾波電路-電源濾波和信號(hào)濾波。 噪聲抑制： 遠(yuǎn)離開關(guān)功率元件，遠(yuǎn)離發(fā)熱器件，加 濾波電路。,4、其他注意事項(xiàng),（1）使用前要弄清楚