集成运放交流放大器
集成 放大器
第一节 心脏除颤仪
再次观察除颤效果，是否恢复窦性心律， 以及神志、生命体征、皮肤情况，若恢复 窦性心律， 给予持续心电监护。
8. 协助病人取适宜体位，清洁皮肤，安慰 病人，整理床单位。
9. 关闭电源，开关置OFF位置，清洁电极 板和仪器，充电备用。洗手、记录。
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9.2 放大电路中的负反馈
9. 2. 1反馈的基本概念
1.反馈的概念 前面各章讨论放大电路的输人信号与输出信号间的关系时.只
涉及输人信号对输出信号的控制作用.这称做放大电路的正向 传输作用。然而.放大电路的输出信号也可能对输人信号产生 反作用。简单地说.这种反作用就叫做反馈。 引入反馈的放大电路称为反馈放大电路.它由基本放大电路、 反馈网络、输出取样、输人求和四部分组成一个闭合环路.称 为反馈环路只有一个反馈环路组成的放大电路.称为单环反馈 放大电路.如图9-4所示。其中.x1是输人信号;x0是输出信 号;xF是反馈信号;xID是净输人信号。这些电量可以是电压. 也可以是电流。
R波无关，放电由人工控制，可发生在心
动周期的任何时期，按下放电开关即可放
电。心脏除颤仪开机后自动默认为非同步
状态，室颤、室扑急救时切记采用非同步
模式。
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第一节 心脏除颤仪
心搏骤停（sudden cardiac arrest， SCA）是临床急救医学中最紧急、最严重 的心脏急症，就心搏骤停时的ECG表现形 式而言，72％~80％以上为心室颤动。电 除颤是抢救因室颤而致心搏骤停病人最有 效的方法。而电除颤的时机是治疗心室颤 动的关键，每延迟除颤时间1min，复苏 的成功率将下降7％~10％。在心搏骤停 发生1min、5min、7min、9min、 12min分钟内行电除颤，病人存活率分别 为90％、50％、30％、10％和上一2页％下~一5页％。返回
集成运算放大器的主要参数
集成运算放大器的主要参数1.开环差模电压增益Auo运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。
Auo愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。
一般运放的Aud在60～120dB之间。
2.差模输入电阻Rid是指输入差模信号时运放的输入电阻。
Rid越大，对信号源的影响越小，运放的输入电阻Rid一般都在几百千欧以上。
3.共模抑制比KCMRR :是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，常用分贝数来表示。
不同功能的运放，KCMRR也不相同，有的在60～70dB之间，有的高达180dB。
KCMRR越大，对共模干扰抑制力量越强。
4.最大共模输入电压Uicmax :是指在保证运放正常工作条件下，运放所能承受的最大共模输入电压。
共模电压超过此值时，输入差分对管的工作点进入非线性区，放大器失去共模抑制力量，共模抑制比显著下降。
最大共模输入电压Uicmax定义为，标称电源电压下将运放接成电压跟随器时，使输出电压产生1％跟随误差的共模输入电压值；或定义为下降6dB时所加的共模输入电压值。
5.最大差模输入电压Uidmax :是指运放两输入端能承受的最大差模输入电压。
超过此电压,运放输入级对管将进入非线性区，而使运放的性能显著恶化，甚至造成损坏。
6.开环带宽BW ：又称－3dB带宽，是指运算放大器的差模电压放大倍数Aud在高频段下降3dB所对应的频率fH。
7.单位增益带宽BWG:是指信号频率增加，使Aud下降到1时所对应的频率fT，即Aud为0dB时的信号频率fT。
它是集成运放的重要参数。
741型运放的fT＝7Hz，是比较低的。
8.输入失调电压:是指为了使输出电压为零而在输入端加的补偿电压。
实际上是指输入电压为零时，将输出电压除以电压放大倍数，折算到输入端的数值称为输入失调电压,即UIO的大小反应了运放的对称程度和电位协作状况。
UIO越小越好，其量级在2mV-20mV之间，超低失调和低漂移运放的UIO一般在1μV-20μV之间。
交流放大器设计
集成运算放大器(简称集成运放或运放)在电子电路中应用非常广泛。
运放的多数典型应用电路在各类电子技术教科书中都有详细和深入的分析，而用集成运放构成交流信号放大电路很多教科书却没有介绍，有些教科书虽有介绍，但是介绍简单，分析不全面。
用集成运放构成的交流放大电路具有线路简单、免调试、故障率低等优点，如今许多电子产品中的交流放大电路普遍采用运放构成，全面分析集成运放构成的各种交流放大电路的组成和参数计算，有助于对该类电路的检修，以及合理设计和使用集成运放构成的交流放大电路。
1 运放交流放大电路的分析1．1 使用双电源的运放交流放大电路为了使运放在零输入时零输出，运放的内部电路是按使用双电源的要求来设计的。
运放交流放大电路采用双电源供电，可以增大动态范围。
1．1．1 双电源同相输入式交流放大电路图1是使用双电源的同相输入式交流放大电路。
两组电源电压VCC和VEE相等。
C1和C2为输入和输出耦合电容；R1使运放同相输入端形成直流通路，内部的差分管得到必要的输入偏置电流；RF引入直流和交流负反馈，并使集成运放反相输入端形成直流通路，内部的差分管得到必要的输入偏置电流；由于C隔直流，使直流形成全反馈，交流通过R和C 分流，形成交流部分反馈，为电压串联负反馈。
引入直流全反馈和交流部分反馈后，可在交流电压增益较大时，仍能够使直流电压增益很小(为1倍)，从而避免输入失调电流造成运放的饱和。
无信号输入时，运放输出端的电压V0≈0V，交流放大电路的输出电压U0=0V；交流信号输入时，运放输出端的电压V0在-VEE～+VCC之间变化，通过C2输出放大的交流信号，输出电压uo的幅值近似为VCC(VCC=VEE)。
引入深度电压串联负反馈后，放大电路的电压增益为放大电路输入电阻Ri=R1／／γif。
γif是运放引入串联负反馈后的闭环输入电阻。
γif很大，所以Ri=R1／γif≈R1；放大电路的输出电阻R0=γof≈0，γof是运放引入电压负反馈后的闭环输出电阻，rof很小。
集成运算放大电路
iL
uI R1
(2) 悬浮负载电压—电流变换器 悬浮负载电压—电流变换器电路如图27所示。
（a）反相电压—电流变换器
（b）同相电压—电流变换器
图27 悬浮负载的电压—电流变换器
图27（a）是一个反相电压—电流变换器，它是一个电流并联负反馈电 路，它的组成与反相放大器很相似，所不同的是现在的反馈元件（负载） 可能是一个继电器线圈或内阻为RL的电流计。流过悬浮负载的电流为
（a）基本电路
图28 电流—电压变换器
（b）典型电路
图28(a)是一个基本的电流—电压变换器，根据集成运放的“虚断”和 “虚地”概念，有 和 ，故
u 0
，从而有
i 0
i F 是一个经常用在光电转换电路中的典型电路。图中 iI 图28(b) V是光电二 极管，工作于反向偏置状态。
O F F I F 根据集成运放的“虚断”和“虚地”概念可得
u u 0 i i 0 iI iF
uO uI R1 RF RF uO uI R1
2. 同相比例运算电路 同相比例运算电路如图21所示。
图21同相运算电路 由虚短、虚断可得：
u u uI i i 0 i1 i F
RF u O (1 )u I R1
RF RX
4. 测量放大器 测量放大器电路如图33所示
图33 测量放大电路
由图33可知： (1) 热敏电阻 和R组成测量电桥。当电桥平衡时 信号，故输出 ，相当于共模
Rt ，若测量桥臂感受温度变化后，产生与 相应的微小
u S1 u S，这相当于差模信号，能进行有效地放大。 信号变化 uO 0 2
③ 不接基准电压，即 称为过零比较器。
集成运算放大器
A/D转换方法
– 计数法 速度慢 – 双积分式A/D转换器 精度高、干扰小 速度慢 – 逐次逼近式A/D转换器 原理同计数式相似，只是从最高位开始，通过试探值来计数。
例1：ADC0804 （8位,100us,转换精度 ±1LSB,内带可控三态门）。
例2：ADC570 (输入电压：0~10V 或 -5V~+5V）
例3. 8位以上A/D转换器和系统连接。 ADC1210：12位，100us，启动端SC，结束转换CC。
例4. ADC0809: 逐次逼近式8通道8位ADC。
同时有模拟电路和数字电路的系统中地 线的连接
模拟电路 ADC DAC 数字电路
模拟电路 AGND
数字电路 DGND
模拟地
公共接地点
if RF
R1 R2
R3 RP
－ ＋
u0
ui 1 ui 2 ui 3 uo R1 R2 R3 Rf 可得： uo R f ( ui 1 ui 2 ui 3 ) R1 R2 R3 若R1=R2=R3=R，则 u R f ( u u u ) o i1 i2 i3 R
集成运算放大器
1．集成运算放大器概述
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，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
3、差动比例运算电路
R1=R2，R’=RF Uo=-RF/R1(Ui1-Ui2)
差动比例运算电路 又称减法运算电路
电子技术基础第五章集成运算放大器
2.差模交流信号分析 :
2.差模交流信号分析 : 画出对差模交流信号的交流通路
理想的直流电压源短路 关键是此处对Ree的处理。 在以前画交流通路时，线性电阻在交流通路中保留，阻值 为线性电阻的交流电阻，因为是线性的，所以交流电阻与 直流电阻相等。
A u c(单 u u o ic ） c 1 1 (b R rb )e 2 R c ()1 e R e2 -R R e ce
4 对任意信号的分析方法
ui1=uic+uid/2 ui2=uic-uid/2 uic = (ui1+ui2)/2 uid=ui1-ui2 uid1= -uid2= uid /2
差模信号和共模信号
• 差模信号：有用的信号，包含着信息，要进行 放大的。
• 共模信号：人为引入的一个信号，不是要放大 的，而是用来描述零漂的大小。直接描述、测 量零漂很麻烦，要先后测量两种不同的环境温 度下的静态工作点，求取它们的差值。从另外 一个角度：在同样的环境温度下，在输入端施 加共模信号，测量输出端的信号，求取共模放 大倍数。
2.1差模输入双端输出
某瞬间的真实方向
uid = uid1-uid2 uid1= -uid2
Ree上交流压降为0。 因此，画差模交流信号交流通路时，Ree可视为短路，
即两管的发射极直接接地。
由uc1= -uc2可知RL两端电位一端为正，一端为负，RL的中点应 是地电位，即每管对地的负载电阻为RL/2.
（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。
（6）一般无二极管，用三极管代替(B、C 极接在一起)。
集成运放的组成：输入级
集成运算放大器
量精度的影响
在集成电路的输入与输出接入不同的反馈网络，可实现不同用途的电路，例如利用集成运算放大器可
4 非常方便的完成信号放大、信号运算(加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等)、信号的处理
(滤波、调制)以及波形的产生和变换
集成运算放大器
01.
集成运算放大器的种类非常多，可适用于不同的场合.运算放大器在电路中发挥重要的 作用，其应用已经延伸到汽车电子、通信、消费等各个领域，并将在支持未来技术方面 扮演重要角色
02.
在运算放大器的实际应用中，设计工程师经常遇到诸如选型、供电 电路设计、偏置电路设计、PCB设计等方面的问题
-TLeabharlann ANKS载的电源为可变电压电源，R1负载的电流也是保持固定不变，达到恒流的效果
2 1.9 热电阻测量电路
电路是典型的热电阻 / 电偶的测量电路，其测量思路为：将 1-10mA 的恒流源加于负载，将会在负载
3
上产生一定的电压，将该电压进行有源滤波处理，处理后在进行信号的调整(信号放大或衰减)，最后 将信号送入 ADC 接口。该电路应用时，要注意在输入端施加保护，可以并 TVS，但要注意节电容对测
1.6 滤波器
集成运算放大器
由集成运放可以组成一阶滤波器和二阶滤波器，其中一阶滤波器有20dB每倍频的幅频特 性，而二阶滤波器有40dB每倍频的幅频 特性。为了阻挡由于虚地引起的直流电平，在运放的输入端 串入了输入电容Cin，为了不影响电路的幅频特性，要求这个电容是 C1的100倍以上，如果滤波器还 具有放大作用，则这个电容应是C1的1000倍以上，同时，滤波器的输出都包含了Vcc/2的直流偏 置，如果电路是最后一级，那么就必须串入输出电容
1.3 数字信号处理
集成运算放大器及应用—集成运放的线性应用(电子技术课件)
图3.2.6 减法运算电路
根据叠加原理，先求ui1单独作用时的输
出电压uo1为：
uo1
Rf R1
ui1
再求出ui2单独作用时的输出uo2压为：
(1
Rf R1
)( R3 R2
R3
)ui 2
图3.2.6 减法运算电路
若 R1 R2 , R f R3 代入
二、集成运放的线性应用
集成运放可以应用在各种运算电路上，以输入电压作为自变量，输 出电压按一定的数学规律变化，反映出某种运算的结果。
常见的运算电路有比例、加减、积分、微分等，利用这些运算电路 实现同相放大、反相放大、差分放大以及信号的变换。
注意：集成运放作运算电路时必须工作在线性区。
1.反相比例运算电路
到了微分运算电路，如图3.2.9所示。
图3.2.9 微分运算电路
图3.2.9 微分运算电路
根据“虚短”和“虚断”的概念， u u 0 ，
为“虚地”，因而:
ic
iR
C
dui dt
输出电压为：uo iR R
R C dui dt
RC = — 时间常数
表明输出电压与输入电压的微分成正比，而 duI 也 dt
集成运放的线性应用（二）
3.2.2 集成运放的线性应用（二）
一、反相加法运算电路 在反相比例运放电路的基础上， 增加1个或者多个输入支路就
可构成反相加法运算电路。下面以二个输入信号同时作用于集成运 放的反相输入端为例，介绍反相加法运算电路。
图3.2.5 反相加法运算电路
由叠加原理可知，当ui1单独作用时：
uid
–UOM
图3.1.6 电压传输特性
第8章 集成运算放大器
第8章 集成运算放大器
8.1 集成运算放大器简介
两个输入端电位相等，好像短接在一起一样，但并非真的短路，所以称为虚短路， 简称“虚短”。 由理想运放电路可知
两个输入端之间输入电阻无穷大，好像断路一样，但并非真的断路，所以称为虚断 路，简称“虚断”。 当集成运放工作在非线性区时，由集成运放的电压传输特性可知
第8章 集成运算放大器
8.1 集成运算放大器简介
3. 集成运放的电路符号与外形
集成运放的图形符号如图8-2所示，是国际标准符号。三角形表示放大器，三角形 所指方向为信号传输方向，Ao为“∞”时表示开环增益极高。它有两个输入端和一 个输出端。同相输入端标“+”（或P），表示输出端信号与该端输入信号同相；反 相输入端“-”（或N），表示输出端信号与该端输入信号反相。输出端的“+”表示 输出电压为正。
2. 集成运放的电压传输特性 如图8-4所示为表示输出与输入电压关系的特性曲线，称为电压传输特性。
第8章 集成运算放大器
8.1 集成运算放大器简介
当集放输大成入倍运电数放压A工o很u作i在大在A，线、所性B之以区间线时时性，，区输集很入成窄电运。压放要与工使输作集出在成电线运压性放有区在关，较系在大AA的o=、u输uBoi 。入之由电外于压时集下处成于也运非能放工线电作性压区在。 线性区，必须在电路中引入深度负反馈。 集成运放工作在非线性区时，输出只有两种饱和状态±UoM。电压饱和值±UoM略 低于正负电源电压。
3. 理想运算放大器的条件
在分析集成运放的应用电路时，为了简化电路分析，常将集成运放理想化。理想化 的条件是：
第8章 集成运算放大器
8.1 集成运算放大器简介
集成运算放大器
功 率 放 大 电 路功率放大电路在多级放大电路的输出级，通常在大信号下工作，向负载提供尽可能大的功率，来推动负载工作。
功率放大电路的特点1. 在负载允许的失真限度内尽可能的提供最大输出功率2. 转换效率（直流电源供给功率）负载获得的功率VO P P )(=η高。
3. 非线性失真尽可能小。
4. 散热好功率放大电路的工作状态按三极管静态工作点Q 在输出特性曲线上所处位置的不同，功率放大电路分为甲类、甲乙类、乙类三种工作状态。
甲类当Q 点选择在交流负载线的中点时，信号整个周期内都有静态电流流过，这种工作状态称为甲类。
在甲类状态下，无论有无信号，电源提供的功率为C CC I U P =。
无输入信号，即静态时，电源提供的功率全部消耗在管子和电阻上。
有输入信号时，电源提供的功率一部分转化为有用的输出功率，信号越大，输出功率越大。
由于电流有较大的直流分量C I ，可以证明，甲类功率放大电路的效率理论上最高只能达到50%甲乙类为了提高效率，在电源电压C U 一定的条件下，可使Q 点沿交流负载线下移，使C I 减小，可得到如图所示的甲乙类工作状态。
若Q 下移到0≈C I ，此时静态管耗为最小，这种状态称为乙类。
功率放大电路工作在甲乙类和乙类，虽然降低了静态时的功耗，提高了效率，但却产生严重的波形失真。
乙类为了减小波形失真，在电路形式上一般可采用互补对称射极输出器的输出方式。
乙类互补对称功率放大电路如下图为乙类互补对称功率放大电路的原理图，图中T1为NPN 型晶体管，T2为PNP 型晶体管，它们的特性、参数对称。
电路为正、负电源供电，信号从基极输入，从发射极输出，为一对射极输出器。
静态时0=i u ，两管均处于截止状态，有021==B B I I ，021==C C I I ，所以发射极电位021==E E U U ，输出电压0=o u 。
动态时，在输入正弦交流电压i u 的正半周期T1导通，T2截止，流过负载电阻L R 的电流约为1C L i i =；在i u 的负半周期T1截止，T2导通，流过L R 的电流约为2C L i i =。
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一、课程设计题目：集成运放交流放大器设计
课程设计主要内容：
设计任务：
（1） 输入信号：有效值
U i ≦10mV 、内阻R s =50Ω、频率?=20HZ~20KHZ ； （2） 输出信号：有效值
U o ≧5V 、R o ≦10Ω； （3） 输入电阻：
R i ≧10K Ω （4） 负载电阻：R L =2K Ω
二、题目分析及设计思路
因为输入信号有效值为10mV 内阻为50Ω所以可以采用信号发生器并串联一个50Ω的阻值来作为输入信号，并调节其信号频率。
因为输出要得到电压放大，所以在电路中应采用电压反馈，因为要得到输入高阻态，输出低阻态，所以选择用电压串联负反馈。
放大倍数：A u =U U i o =mV
V 105=500 所以，我选择用集成运算放大器引入交流电压串联负反馈。
三、电路图及电路原理分析
总图：
输入级： 输出级：
U i
电路中试用集成运放电路，引入电压串联负反馈来得到和稳定电压的输出和确定放大的倍数，使放大倍数固定在500倍左右。
四、电路参数确定
输出信号：电压有效值≧5V
X O
AR F
输出电阻：R o≦10Ω
输入电阻：R i≧10KΩ
再用示波器对输出信号观察：
通过示波器的观察，可以的出：V p p ≈15V 在用峰峰值除以22可以得出有效值约是≧5V。
且输出为正弦波，为交流放大器。
所以设计符合要求。
在此过程中，是通过对负反馈串联电阻的比值的调节来确定所需要的阻值的，电容前面的电阻与之后的电阻的比值越大，所得到的电压就会越大，所以调节它们的比值就可以得到所需要的电压。
五，电路的功能验证
电路中输入级：输入29HZ、10mV的交流正弦波电压，并联一个50Ω的电阻做内阻。
输入电阻R i=Ω≧10KΩ，已符合对输入的要求。
电路：电路中才用集成运放电压串联负反馈并以电容耦合来阻直流通交流。
电路中输入级：负载为2KΩ，输出有效电压为，达到了放大倍数的要求。
输出电阻R o=1Ω≦10Ω，已符合题目的要求。
六、设计成果
电路中的参数：
R0=50ΩR1=10KΩR2=500Ω
R3=190KΩR L=2KΩC1=100μF
C2=100μF AR为集成放大器
七、总结与体会
在引入深度交流负反馈的情况下，运放交流放大电路的电压增益、输入电阻等的大小仅与集成运放外接的电阻有关。
因此，相对于三极管交流放大电路而言，运放交流放大电路的设计
更方便，电路参数的一致性也较好。
八、参考文献
参考书：《模拟电子技术基础（第四版）》网上参考网址：。