任务3.2 集成运放的应用（课件）-《电子技术基础》同步教学（人民邮电版）

项目3 集成运算放大器 任务3.1 认识集成运算放大器 任务3.2 集成运放的应用 项目导入 集成运算放大器最初应用于模拟计算机，对计算机内部信息进行加法、减法、微分、积分及乘、除法等数学运算，并因此而得名。 集成电路的技术发展将直接促进整机的小型化、高性能化、多功能化和高可靠性。毫不夸张地说，集成电路是工业的“食粮”和“原油”。随着EDA技术的普及和深化，电子技术必将会以前所未有的面貌出现。对学习者而言，必须更新观念，加速对新器件、新特点的理解和应用。 本项目从集成运放的组成和基本特性入手，着重介绍由集成运放构成的线性应用电路，在此基础上再向读者介绍几种非线性应用电路。 了解集成运算放大器的一般概况；理解运放的基本结构、组成、符号及主要参数;熟悉集成运算放大器的基本类型及其应用；掌握集成运算放大器的理想化条件，并能运用理想化条件对集成运放电路进行分析；了解其常用的非线性应用器件。 具有正确判别集成芯片引脚功能的能力和运用实验手段正确连接集成运放各种运算 电路的基本技能，具有对工程实际的 集成电路的进行读图和识图的能力。 知识目标与技能目标 提出问题 集成运放的线性应用有何显著特点？应用在哪些场合？集成运放应用在非线性区又有什么特点？有哪些应用场合？ 任务3.2 集成运放的应用 3.2 集成运放的应用 当集成运放通过外接电路引入负反馈时，集成运放成闭环状态并且工作于线性区。运放工作在线性区可构成模拟信号运算放大电路、正弦波振荡电路和有源滤波电路等。 运算电路分析方法要点 在对集成运放应用电路的分析过程中，一般将实体 运放视为理想运算放大器来处理，只有在需要研究应 用电路的误差时，才会考虑实际运算放大器特性带来 的影响。 3.2.1 集成运放的线性应用 1. 反相比例运算电路 由“虚断”可推出同相端电位u+=0， u+ u－ 根据“虚短”又可推出：u－= u+=0， i1 iF 由于i-≈0，所以有 可得 负号说明输入输出反相 有 整理后可得 输出与输入的比例值 RF R1 uo ui － ＋ ＋ ∞ R2 ri 因为运放的输入电阻ri很大，所以i+≈i-≈0, 实现了输出对输入的反相比例运算。比例常数等于电路的环路电压增益。 反相比例运算电路引入了哪种组态的负反馈？ 因反馈量iF、输入量i1和运放净输入量id三者之间在输入端是以电流求和的形式出现，所以判断为并联反馈。因此，反相比例运算放大电路的反馈类型为：电压并联负反馈。 可看出，反馈量取自于输出电压，且令输出 为保证电路的平衡性，要求同相端电阻R2在数值上应设置为 电压为0时，反馈量不再存在，因此判断为电压反馈； i1 iF id RF R1 uo ui R2 ri ＋ － ＋ ∞ 由反馈量 R1=10kΩ , RF=20kΩ , ui =－1V。求:uo ，R2应为多大？ 例 RF R1 R2 uo ui － ＋ ＋ ∞ 解 该电路为反相比例运算放大器，电路中的闭环电压增益（比例系数）为： 此反相比例运算放大器的输出电压： 电路中平衡电阻R2为： 电压跟随器 此电路是电压并联负反馈，具有输入电阻大，输出电 阻小的特点，在电路中作用与分离元件的共集电极放大 电路相同，但是电压跟随性能更好一些。 如果同相比例运算电路中的R1=∞，RF=0时，电路如图示 根据“虚短”又可推出： u－= u+≈ui＝uo i2 即： Au=1 uo=ui RP uo ui － ＋ ＋ ∞ 应用举例 由“虚断”可推出：i2=0， 因此 u+≈ui 2. 同相比例运算电路 ud 显然，无反馈信号时，同相输入运放的两个输入端如同加了一对共模信号，净输入电压ud=u+－u-≈0 由“虚断”可推出同相端电位u+≈ui 根据“虚短”又可推出：u-≈u+≈ui， 因为运放的输入电阻ri→∞，所以 i+≈i-≈0 当电路加入反馈通道后，反相端电位： uo － + u- R1 RF FC为反馈系数 u- 反馈量u-取自于输出电压，为电压反馈，反馈量u-、净输入量ud=u+－u-和输入量ui三者在输入端以电压求和出现，为串联反馈。 同相比例运算电路的反馈类型：电压串联负反馈 同相比例运算电路输出输入关系 i1 由“虚断”可得 电路输入电流 所以 整理后可得 输出与输入的比例值或环路电压增益 显然同相比例运算电路的输出必然大于输入。为保证电路的平衡性，与反相比例运算电路相同，平衡电阻R2=R1//RF RF R1 R2 uo ui － ＋ ＋ ∞ iF 反馈支路电流 R1=10k