模拟电路分析：8.第9章-理想运算放大电路及其应用.ppt

单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,9,章 理想运算放大电路及其应用,5.5,集成运算放的组成及基本特性,5.6,集成运算放大器的主要参数,9.1,理想运算放大电路,9.2,比例运算电路,9.3,基本运算电路,9.4,电压比较器,9.5,集成运放的其他应用电路,集成运算放的组成及基本特性,一、概述,二、集成电路的基本结构,三、模拟集成运放的典型电路,1,）通用集成电路,2,）模拟信号处理电路,3,）,控制系统专用集成电路，如电机控制电路,、,可控硅控制电路等,4,）,通信系统专用集成电路，如电话电路、无线通信电路、交换专用电路等。,5,）,测试系统专用集成电路，,ATE,电路、信号变换和处理电路等,6,）仪器专用电路等。,集成运算放大器的组成及基本特性,1.,模拟集成电路分类,按照应用领域进行分类：,一、,概述,按照电路的功能进行分类,1,）运算放大器,2,）模拟乘法器（除法器）,3,）,对数放大器,4,）,函数发生器,5,）,滤波器,6,）压控振荡器,7,）集成功率放大器,8,）集成 稳压电源,一、,概述,(,续）,集成运算放大器的组成及基本特性,集成电路,通用型,专用型,按照集成电路分类,1,集成电路的基本结构,二 集成电路的基本结构,二 集成电路的基本结构,(,续）,2,模拟集成电路组成,输入级,中间级,输出级,偏置,电路,组成：,运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造的高增益放大器，它的组成框图如图所示。,运放组成,差放,输入级,中间,放大级,低阻,输出级,恒流源,偏置,U,+,U,-,U,o,三、模拟集成运放的典型电路,运放旧符号,运放国标符号,1.,输入级,:,高性能的差动放大电路。运放有两个输入端，一个称为,同相输入端,，,即输出与该端输入信号相位相同，用符号,U,表示；另一个称为,反相输入端,，,即输出与该端输入信号相位相反，用符号,U,表示。,4.,恒流源偏置：,可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。,3.,低阻输出级：,由,PNP,和,NPN,两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅功率放大器。,2.,中间放大级：,提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。多为带有源负载的高增益放大器,。,差放,输入级,中间,放大级,低阻,输出级,恒流源,偏置,U,-,U,+,运放组成,集成运放,F007,的,电路原理,集成运算放大器的主要参数,集成运放的性能指标,-,主要参数如下：,1,电源电压,2,开环差模电压增益,A,Ud,3,共模抑制比,K,CMR,4,差模输入电阻,r,id,5,输入失调电压,U,os,6,输入失调电压的温漂,dU,os,/dT,7,输入失调电流,I,os,8,输入失调电流的温漂,dI,os,/dT,9,输入偏置电流,I,B,10,最大共摸输入电压,U,ic,max,11,最大差模输入电压,U,id,max,12-3dB,带宽,13,单位增益带宽,BW,G,-,f,T,14,转换速率,SR(,摆率,)|du,o,/,dt|,max,见书上第,5,章,159,页内容,9.1,理想运算放大电路,一、线性应用和非线性应用,二、理想运放模型,9.1,理想运算放大电路,运放模型分类,按精度分类,理想模型,非理想模型,运放宏模型,按功能分类,直流模型,交流小信号模型,大信号模型,噪声模型,9.1,理想运算放大电路（续）,运放分析特点,：芯片内部分析复杂、外部特征分析简单。,运放分析内容,传输特性,(,输入与输出信号关系特性,),频域特性,时域特性,温度特性,噪声特性,主要分析内容,1.,线性应用：,运放输入输出成线性关系的应用。,闭环应用,（反相输入端与输出之间有闭环负反馈网络）,，如“运算电路”、“有源滤波电路”等。,一、线性应用和非线性应用,2.,非线性应用：,运放输入输出成非线性关系的应用。,开环应用,（开环或同相输入端与输出端之间引入正反馈网络）,，如比较器。,输入,输出,输入,输出,电压放大器,电压比较器,二、理想运放模型,1.,理想运放的性能,1),开环电压增益,A,ud,=;,2),输入电阻,R,id,=;,3),输出电阻,R,o,=0;,4),频带宽度,F,=,;,5),共模抑制比,CMRR,=,;,6),失调、漂移和内部噪声为零。,主要条件，实际运放同样基本满足。,条件较难满足，,可采用专用运放,来近似满足。,二、理想运放模型（续）,-,U,-,I,-,+,U,+,I,+,U,o,+,-,A,Ud,(,U,+,-,U,-,),1,）,同相端与反相端呈开路状态。,2,）输出回路为一受控电压源,A,Ud,(,U,+,-,U,-,),，,由于输出电阻,r,o,=0,所以,U,o,=,A,Ud,(,U,+,-,U,-,),。,2.,理想运放模型,3.,线性运用状态时主要特征,1.,理想运放的同相和反相输入端电流近似为零 ，称虚断。,I,+,=,I,-,0,2.,理想运放的同相和反相输入端电位近似相等 ，称虚短。,U,+,=,U,-,R,id,=,虚断,虚短,在分析运算放大器处于线性状态时，可把,两输入端视为等电位,，这一特性称为虚假短路，简称,虚短,。,虚地,如将运放的同相端接地,U,+,=0,，则,U,-,=0,即反相端是一 个不接,“,地,”,的,“,地,”,，称为,“,虚地,”,。,虚地点对地的电阻为,“,0,”,由于理想运放的输入电阻非常高，输入端电流近似为,0,，在分析处于线性状态运放时，可以把,两输入端视为等效开路,，这一特性称为虚假开路，简称虚断。,U,+,-,U,-,=,U,o,/,A,Ud,0,（,A,ud,=,）,-,U,-,I,-,+,U,+,I,+,U,o,+,-,A,Ud,(,U,+,-,U,-,),4.,饱和工作状态时特征（非线性工作状态）,1),理想运放的同相和反相输入端电流近似为零,2),当,U,+,U,-,时，,U,o,为正饱和值,；,当,U,+,U,R,时，,输出应为负饱和值，,U,o,为低电平,-,V,OL,。,U,o,R,o,当,U,i,U,R,时，输出为正饱和值,，,U,o,为高电平,V,OM,。,-U,OL,U,R,U,o,U,i,U,OM,D,z,输出电压被限定在,（,U,Z,+,U,D,),原理,(,U,-,U,+,),(,U,+,U,1,时，输出将由高电平,U,om,跳变到低电平,U,on,。,U,1,称为上门限电压，也称正向阈值电压。,迟滞比较器,：具有迟滞回环特性，输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。,单门限电压比较器抗干扰能力差，当输入有波动时，输出将产生频繁跃变,（上门限电压）,二、迟滞比较器（续）,-,+,R,1,U,i,R,2,U,R,U,o,R,f,U,o,U,i,U,om,U,on,U,2,U,1,原理,:,当输出,U,o,为低电平,U,o,=,U,on,时,，同相端受到,U,on,和,U,R,同时作用,当,U,i,U,2,时，输出将由低电平,U,on,跳变到高电平,U,om,。,U,2,称为下门限电压，也称负向阈值电压。,0.707,Q,U,-,时，,U,o,为正饱和值,；,当,U,+,U,-,时，,U,o,为负饱和值。,闭环运放的两种基本电路,1.,反相放大器：它实质上是一个电压并联负反馈放大器，主要特点是反相输入端呈“虚地”。,电压增益,:,A,Uf,-,R,f,R,l,式中，,R,f,是反馈电阻，,R,1,是反相输入端电阻。,反相放大器的,输入电阻,r,if,=,R,1,，,输出电阻,r,of,=0,。,2.,同相放大器：它实质上是一个电压串联负反馈放大器，电压增益,:,A,Uf,1+,R,f,R,l,注意：式中,R,l,是反相端电阻，,R,f,是反馈电阻。,同相放大器的,输入电阻,r,if,=,，,输出电阻,r,of,=0,。,小 结,重点难点,重点,：运放构成的电路系统分析,。,难点,：理解虚短、虚断和虚地的概念；,理解比较器的工作原理；,第,9,章 结束,