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本课件为项目6集成运算放大器，从运放的内部组成与理想化条件讲起，依次介绍比例、加减、微分与积分运算电路，负反馈类型判断，以及电压比较器与波形发生器，并配有电压电流变换器与安全保护插座两个实施任务。
集成运算放大器项目封面
晶体管放大电路项目4半导体器件电工电子技术项目教程模块二模拟电子技术
项目6 集成运算放大器任务导览
6.2设计电器安全保护插座6.1了解电压—电流变换器项目6集成运算放大器
任务6.1 了解电压—电流变换器
6.1了解电压—电流变换器
电压电流变换器电路引入：电压电流变换器任务引入页，源文件仅提取到电路组成图示，建议对照原课件图补充。
电路的组成
本页源文件提取到的文字较少，内容以课件原图为准，建议对照原图补充要点说明。
集成运放的基本组成
一、集成运算放大电路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，类型很多，但结构具有共同之处，一般由四部分组成。
输入级一般是差动放大器，利用其对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和电路性能，输入级有反相输入端、同相输入端两个输入端；中间级的主要作用是提高电压增益，一般由多级放大电路组成；输出级一般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。
偏置电路是为各级提供合适的工作电流。
此外还有一些过载保护电路及高频补偿环节等辅助环节。
电路符号
集成运放的技术参数
若输入正电压从同相端输入，则输出端输出正的输出电压；若输入正电压从反相端输入，则输出端输出负的输出电压。
从反相端输入刚好相反。
二、集成运放的技术参数
本页单位换算或公式中的指数上标在源文件中丢失（如 103 表示 10³、10-3 表示 10⁻³），数值以原课件为准，建议核对。
理想运放与虚短虚断
三、集成运放的应用1.理想集成运放Auo=∞、ri=∞、r0=0、KCMR=∞。
为简化分析过程，同时又能满足实际工程的需要，常把集成运放理想化。
集成运放的理想化参数为：根据集成运放的理想化条件，可以导出两个结论，作为集成运放在线性区工作的重要分析依据：
反相放大器
2.集成运放的应用基础1)反相放大器式中负号表示输出电压与输入电压的相位相反R2是平衡电阻：根据两条重要分析依据可知：而
同相比例放大器
2)同相比例放大器可见同相比例运算电路的电压放大倍数必定大于1，而且仅由外接电阻的数值来决定，与运放本身的参数无关。
电压跟随器与差分输入
Uo同相放大电路的特点是输入电阻高，输出电阻很低，因此电压跟随器常用于阻抗变换或充作信号缓冲器。
由于应用广泛，半导体器件生产厂家已经专门生产了内部已连接好的成品电路。
电压跟随器3)差分输入根据叠加原理
加法运算电路
3.集成运放的应用1)加法运算电路当R1=R2=Rf时：若再有R1=Rf时，则：
微分运算电路
2)微分运算电路输出电压与输入电压对时间的微分成正比。
若ui为恒定电压U，则在ui作用于电路的瞬间，微分电路输出一个尖脉冲电压。
积分运算电路
3)积分运算电路输出电压与输入电压对时间的积分成正比。
若ui为恒定电压U，则输出电压uo为：
测量放大器与思考题
4)测量放大器1.集成运放由哪几部分组成，各部分的主要作用是什么？
2.理想运放的特点是什么？
何谓“虚断”？
“虚短”？
反馈的概念与类型
反馈类型的判断方法
反馈类型判断
负反馈的信号基本关系：负反馈讲解页，给出闭环放大倍数与反馈系数之间的基本关系式。
2.负反馈对放大器的影响1)信号基本关系
本页源文件提取到的文字较少，内容以课件原图为准，建议对照原图补充要点说明。
负反馈对输入输出电阻的影响
2)负反馈对输入输出的影响
负反馈与放大稳定性
电路中引入负反馈后，一般造成电压放大倍数的下降，反馈电压越大，电压放大倍数下降越多。
虽然负反馈引起Au下降，但换来的却是放大电路稳定性的提高。
提高放大电路的稳定性，是放大电路中至关重要的一个环节。
既然负反馈具有稳定放大电路的作用，当然信号频率的变化引起的电压放大倍数的变化也将减小，即引入负反馈可扩展放大电路的通频带。
当输入正弦信号的幅度较大时，输出波形引入负反馈后，将使放大电路的闭环电压传输特性曲线变平缓，线性范围明显展宽。
在深度负反馈条件下，若反馈网络由纯电阻构成，则闭环电压传输特性曲线在很宽的范围内接近于直线，即负反馈可减小放大电路的非线性失真。
负反馈能抑制反馈环内的噪声和干扰。
3)负反馈对运算放大器性能的影响
电压—电流变换器实施
4~20mA的输入电流由1、2端输入，通过R1后变成2-10V的输入电压。
U1通过R4和RP1组成一个放大倍数为1的差动放大器。
U2是一个加法器，基准电压电路由稳压管D、降压电阻R8及调节电位器RP2组成，产生6V标准电压，经R7加至U2的反相输入端。
经过U2的2.5倍放大后，输出端输出-10~+10V的电压信号。
任务6.2 设计电器安全保护插座
6.2设计电器安全保护插座
保护插座电路组成引入：安全保护插座任务引入页，源文件仅提取到电路组成图示，建议对照原课件图补充。
电路的组成
本页源文件提取到的文字较少，内容以课件原图为准，建议对照原图补充要点说明。
集成运放的输入输出特性
一、集成运算放大器的输入输出特性 一般的线性放大电路，电源电压在±15V时，输出电压范围在±10V左右；当电路饱和时，输出饱和电压在±12~±13V之间。
电压传输特性给出了集成运放开环时输出电压与输入电压之间的关系。
由于集成运放的电压放大倍数相当高，即使输入电压很小，也足以让运放工作在饱和状态—使输出电压保持稳定。
电压比较器
二、电压比较器同相比较器与反相比较器运算放大器处在开环状态，由于电压放大倍数极高，因而输入端之间只要有微小电压，运算放大器便进入非线性工作区域，输出电压uo达到最大值UOM。
对于右边的反相比较器
过零电压比较器
窗口电压比较器
2.窗口电压比较器窗口电压比较器是一种常用的控制电路。
当控制参数(如温度、压力、水深)在正常范围时，其相对应的电压在窗口之内，若这些参数超过设定范围.即对应输出电压超过上限UREF或低于下限UREF，则比较器翻转，输出控制信号，使被控制参数回到规定范围内。
三、信号发生器1.方波发生器
方波与三角波发生器
2.同时输出方波和三角波的发生器当采用双运放或四运放组成其他电路时可以利用多余的运放来组成各种波形发生器，既充分利用了芯片资源，也节省资金。
正弦波振荡电路
3.正弦波发生器(正弦振荡电路)
保护插座接通原理
市电为正常(180~240V)保护器刚接入电网时，C4进入充电状态，其正极电压很低，使运放C、D的反相输入端电压均低于同相输入端基准电压，两运放均输出高电平，D5、D6反偏而截止，继电器K处于释放状态，插座中没电。
此刻，运放A、B同相输入电平均高于反相输入电平，输出均为高电平，二极管D3、D4均截止。
当直流电源经R4向C4充电大约5分钟后，C4上的充电电压略大于基准电压，使运放C、D均输出低电平，继电器K吸合，供电电路接通，加在报警LED2(红色)两端的电压小于其正向导通电压，不亮。
欠压保护电路
1、欠压保护运放A同相输入端电平高于反相输入端电平，输出端输出高电平，二极管D3截止；运放B同相输入端电平低于反相输入电平，输出端输出低电平。
C4通过二极管D4、运放B的输出回路迅速放电，使C4及运放C、D反相输入端电平低于同相端，输出端输出高电平，二极管D5、D6截止，继电器K的回路被切断而释放，电源通过C5，R5给LED2(红色)供电，LED2点亮提醒用户注意。
当市电恢复正常后，运放B输出高电平，二极管D4截止，电容C4开始充电。
约经5分钟，C4上的电压被充至略大于基准电压，运放C、D输出低电平，继电器K重新通电吸合，接通电器用电回路，LED2失压熄灭。
过压保护电路
2、过压保护当市电电压高于240V即处于过压状态。
此时，运放A的反相输入端电平高于同相输入端电平，运放A输出低电平投入工作；运放B同相输入端电平高于反相输入端电平，输出高电平，二极管D4反偏截止。
C4通过二极管D3、运放A的输出回路迅速放电，使C4及运放C、D的反相输入端电平低于同相端，输出高电平，二极管D5、D6截止，继电器K的回路被切断而释放，LED2点亮提醒用户注意。
断电延时接入保护
3、断电延时接入保护市电信号检测回路电压上升速率低于+12V电源上升速率，在电网发生瞬时断电复电后，运放B首先有一个欠压保护过程，即C4将先被运放B、二极管D4短接放电，而后市电检测信号电压使运放B输出高电平，二极管D4截止。
C3经过约5分钟的充电后，使运放C、D输出低电平，继电器K通电吸合，实现瞬间断电延时接入保护功能。
保护插座的调试
4、调试在安装时可先不接入C4，并将RP1调至最小，RP2调到最大，在变压器输入端接一个自耦调压器。
在正常电压下，电路通电应吸合。
转动调压器使输出电压为240V，调节RP1使K刚好释放，稍调低电压K应吸合；将电压调定在180V，调节RP2使K刚好释放，稍调高电压K也应能吸合。
上述过程一般不需反复就可调试准确。
最后将C4接入电路，整个调试工作即告完成。
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