大学课程《电工电子技术项目化教程》PPT课件：项目三 集成运算放大器构成的运算电路的设计.pptx

1、项目三 集成运算放大器构成的运算电路的设计,电工电子技术项目化教程,任务目标学习目标：学习集成运算放大器的基本知识能力目标：掌握集成运算放大器构成的基本运算电路的方法任务分析集成电路是采用半导体制造工艺，把电子元件以及连接导线集中制造在一小块半导体基片上而构成的一个完整电路。按功能划分，集成电路分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。模拟集成电路处理的是模拟信号，它的种类繁多，有集成运算放大器、集成电压比较器、集成功率放大器、集成乘法器、集成稳压器、集成锁相环路与频率合成器、集成模-数与数-模转换器等。集成运算放大器是应用最广泛的一类模拟集成电路。我们重点介绍以它为核心的应用电路设计。在掌握了它

2、的一般设计方法后，我们也就比较容易应用其它模拟集成电路开展电路设计了。,任务3.1 集成运算放大器构成的基本运算电路,3.1.1 模拟运算放大器的基本组成集成运算放大器是一种高电压增益，高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。它的类型很多，电路也不一样，但结构有共同之处，下图表示集成运算放大器的内部电路组成原理框图。它由四部分组成，即输入级、中间级、输出级和偏置电路。,任务3.1 集成运算放大器构成的基本运算电路,（一）输入级：一般是由BJT、JFET或MOSFET组成的高性能差分放大电路，它必须对共模信号有很强的抑制力，而且采用双端输入双端输出的形式。（二）电压放大级：提供高的电压增益

3、，以保证运放的运算精度。中间级的电路形式多为差分电路和带有源负载的高增益放大器。（三）输出级：一般是由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。（四）偏置电路：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。,任务3.1 集成运算放大器构成的基本运算电路,3.1.2 集成运算放大器的符号和电压传输特性,任务3.1 集成运算放大器构成的基本运算电路,(a),(b),图(a)为运算放大器的符号。运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号+表示；另一个称为反相输入端，即该端输入信号变化的极性与

4、输出端相反，用符号“-”表示。输出端在输入端的另一侧，在符号边框内标有+号。大多数型号的集成运放均为两组电源供电。,任务3.1 集成运算放大器构成的基本运算电路,图(b)为集成运算放大器的电压传输特性曲线。集成运算放大器的电压传输特性是指开环时，输出电压与差模输入电压之间的关系。在线性区。由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压UpUn的数值仅为几十一百多V。当其大于此值时，集成运放的输出不是,+Uom就是-Uom，即集成运放工作在非线性区。,任务3.1 集成运算放大器构成的基本运算电路,3.1.3 集成运算放大器的主要性能指标1.输入失调电压Uio输入电压为零时，将输

5、出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。2.输入失调电流Iio在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。,任务3.1 集成运算放大器构成的基本运算电路,3.开环差模电压放大倍数Aud开环差模电压放大倍数是指集成运放在开环（无反馈）情况下的直流差模电压放大倍数，即开环输出直流电压与差模输入电压之比，用Aud表示。集成运放的开环差模电压放大倍数通常很大，经常用dB表示。,任务3.1 集成运算放大器构成的基本运算电路,4.共模抑制比KCMRKCMR是差模电压放大倍数和共模电压放大倍数之比，即。KCMR越大越好，一般在80

6、分贝以上。5.转换速率SR(压摆率)反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率SR的表达式为6.3dB带宽fH（开环带宽）：运放的差模电压放大倍数BW(fn)在高频段下降3dB时对应的带宽fH。,任务3.1 集成运算放大器构成的基本运算电路,任务目标学习目标：学习积分电路和微分电路的特点能力目标：掌握运用集成运算放大器设计积分电路与微分电路的方法任务分析积分电路与微分电路的都是常用的计算电路，它们可以完成积分运算和微分运算，可以完成波形变化。通过本次任务的学习，可以掌握积分电路和微分电路的特点和设计方法。,任务3.2 积分电路与微分电路的设计,3.2 电路形式1.积分电路积分电路可以完

7、成对输入信号的积分运算，即输出电压与输入电压的积分成正比。反相积分电路如图所示，输出电压为：,任务3.2 积分电路与微分电路的设计,2.微分器微分是积分的逆运算，将积分电路中的电容和电阻对调，就构成微分电路。微分电路的输出电压是输入电压的微分，电路如图所示。输出电压为：,任务3.2 积分电路与微分电路的设计,3.2.2 积分电路的主要作用：1.将矩形波变成锯齿波或三角波；2.延缓跳变电压；3.进行脉冲转换；4.抑制干扰脉冲和无用脉冲。,任务3.2 积分电路与微分电路的设计,3.2.3 积分电路的图像积分电路除了可作积分运算外，还可用作波形变换，如将方波信号变换为三角波信号。积分电路输入-输出波

8、形仿真的结果如图所示。图中示波器屏幕上的波形清晰地显示出，当方波信号输入积分电路时，输出为三角波信号。,任务3.2 积分电路与微分电路的设计,任务3.2 积分电路与微分电路的设计,1.基本微分电路形式微分是积分的逆运算，将基本积分电路中的电阻和电容元件位置互换，便得到图所示的微分电路。输出电压uo取决于输入电压ui对时间t的微分，即实现了微分运算。,任务3.2 积分电路与微分电路的设计,3.2.4 微分电路的作用微分电路的应用是很广泛的，在线性系统中，除了可作微分运算外，在脉冲数值电路中，常用作波形变换，如将方波信号变换为尖顶脉冲波。微分电路输入输出波形仿真的结果如图所示。图中示波器屏幕上的波形清晰地显示出，当方波信号输入微分电路时，输出为尖顶脉冲信号。,任务3.2 积分电路与微分电路的设计,任务3.2 积分电路与微分电路的设计,