运放基础知识

运放基础知识运放基础知识1、集成运算放大器的转移特性集成运算放大器的转移特性:u-u+uouou-u+0线性工作范围正饱和负饱和输入差模电压的线性工作范围很小（一般仅输入差模电压的线性工作范围很小（一般仅十几毫伏），所以常将特性理想化十几毫伏），所以常将特性理想化2、运放线性工作的保障、运放线性工作的保障:两两输输入入端端的的电电压压必必须须非非常常接接近近，才才能能保保障障运运放放工工作作在在线性范围内，否则，运放将进入饱和状态。线性范围内，否则，运放将进入饱和状态。运运放放应应用用电电路路中中，负负反反馈馈是是判判断断是是否否线线性性应应用用的的主主要要电路电路标志标志。集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用线性应用运放电路的一般分析方法线性应用运放电路的一般分析方法求输出电压的方法可分步骤进行：求输出电压的方法可分步骤进行：1、利用、利用i+=0，由电路求出同相输入端电压，由电路求出同相输入端电压u+；2、利用、利用u+=u-，确定反相输入端电压，确定反相输入端电压u-=u+；3、利用已知电压、利用已知电压u-，由，由A电路求出电流电路求出电流i1；4、利用、利用i-=0，求出电流，求出电流 if=i1；5、由电路、由电路F的特性和的特性和u-确定输出电压：确定输出电压：uo=u-F(if)；6*、检验输出电压是否在线性范围内。、检验输出电压是否在线性范围内。一、理想运放模型：一、理想运放模型：理想运放具有如下性能：理想运放具有如下性能：1、开环电压增益、开环电压增益AUd ;2、输入电阻、输入电阻Rid ;3、输出电阻、输出电阻Ro=0;4、频带宽度、频带宽度BW ;5、共模抑制比、共模抑制比CMRR ;6、失调、漂移和内部噪声为零、失调、漂移和内部噪声为零;对功能电路非常重要对功能电路非常重要运放的主要特点运放的主要特点根据以上特点推出理想运放线性应用时的重要特性根据以上特点推出理想运放线性应用时的重要特性二、线性应用情况下理想运算放大器具有如下特征：二、线性应用情况下理想运算放大器具有如下特征：1、u+=u-(虚短虚短)2、i+=i-=0(虚断虚断)3、输出端呈电压源特性：、输出端呈电压源特性：同相和反向输入端电流近似为零；同相和反向输入端电流近似为零；两输入端电压近似相等；两输入端电压近似相等；Ui=U+=U-=Uo/AU Ui=Uo/AU 0;Ui=Ii Ri 0;Ii 0;UoU-U+I+I-AU(U+-U-)+-反相比例运算反相比例运算同相比例运算同相比例运算一、比例运算电路一、比例运算电路三、积分微分电路三、积分微分电路四、对数指数电路四、对数指数电路基本反相积分基本反相积分基本反相微分基本反相微分对数电路对数电路二、加、减法运算电路二、加、减法运算电路反相加法运算反相加法运算同相加法运算同相加法运算减法运算减法运算第二节 基本运算电路指数电路指数电路UiR1RpRfUoI1If(1)、I+=0 U+0V(2)、U-=U+=0V(虚地虚地)(3)、I1=Ui/R1(4)、I-=0，If=I1=Ui/R1(5)、Rp=R1/Rf1.电路电路2.分析分析3.构成要求构成要求（R+=R-）（一）、反相比例运算电路（一）、反相比例运算电路结论：结论：(1).闭环增益闭环增益AUf只取决于只取决于Rf和和R1；(2).负号表示负号表示Ui与与Uo反相；反相；（二）、同相比例运算电路UiR1RfUoI1IfR2R2=R1/Rf(1)、I+=0 (2)、(3)、(4)、I-=0，If=I1(5)、1.电路电路3.构成要求构成要求2.分析分析（R+=R-）结论：闭环增益结论：闭环增益AUf只取决于只取决于Rf和和R1；而与运放本身无关。而与运放本身无关。同相比例运算电路（特例）电路：电路：UiRf=0UoR1=R2当当 Rf=0 ;R1=时：上式中的电压增益为：时：上式中的电压增益为：是一个理想的电压跟随器。是一个理想的电压跟随器。（一）、（一）、反相加法电路反相加法电路在反相比例电路的基础上加一输入支路，构成反相加法电路。在反相比例电路的基础上加一输入支路，构成反相加法电路。两输入电压产生的电流都流向两输入电压产生的电流都流向R Rf f 。所以输出是两输入信号的比。所以输出是两输入信号的比例和。例和。图图07.01 反相求和运算电路反相求和运算电路 Rp（二）（二）同相加法电路同相加法电路在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，就构成了同相输入求和电路，如图所示。就构成了同相输入求和电路，如图所示。图图07.02 同相加法电路同相加法电路 因因运运放放具具有有虚虚断断的的特特性；性；对对运运放放同同相相输输入入端端的的电位可用叠加原理。电位可用叠加原理。求得：求得：结论：结论：(1).同相加法器的输出电压与输入电压同相加法器的输出电压与输入电压U1 Un之和成正比。之和成正比。(2).缺点：调节某一支路的缺点：调节某一支路的Rn会影响比例放大倍数会影响比例放大倍数。(3).优点：输入阻抗高。优点：输入阻抗高。二、二、减法电路减法电路减法器为同、反相放大器的组合，利用叠加原理求解：减法器为同、反相放大器的组合，利用叠加原理求解：图图07.02 减法电路减法电路 1.只考虑只考虑U1作用时：作用时：2.只考虑只考虑U2作用时：同相端作用时：同相端输入电压为：输入电压为：P 3.总输出电压为：总输出电压为：三、三、积分电路积分电路积积分分运运算算电电路路的的分分析析方方法法与与加加法法电电路路类类似似，反反相相积积分运算电路如图所示：分运算电路如图所示：图图12.05 12.05 积分运算电路积分运算电路i(t)=if(t)i(t)=ui(t)/R1.利用运放虚地的概念：利用运放虚地的概念：2.电容两端的电压：电容两端的电压：四、四、微分电路微分电路微分运算电路如图所示微分运算电路如图所示:图图 07.07 微分电路微分电路反映了输入输出的反映了输入输出的微分关系。五、五、对数电路对数电路 图图 07.09 对数运算电路对数运算电路对数运算电路见图对数运算电路见图12.08。图中二极管可用三图中二极管可用三极管发射接代替。极管发射接代替。六、六、指数运算电路指数运算电路 指数运算电路如图指数运算电路如图07.1007.10所示。所示。指数运算电路相当反对数运算电路。指数运算电路相当反对数运算电路。图图 07.10 07.10 指数运算电路指数运算电路图中二极管可用三图中二极管可用三极管发射接代替。极管发射接代替。第二节、电压比较器 一、一、单门限比较器单门限比较器 二、二、迟滞比较器迟滞比较器 三、三、单片集成电压比较器单片集成电压比较器*四、四、窗口比较器窗口比较器*五、五、比较器的应用比较器的应用 比比较较器器是是将将一一个个模模拟拟电电压压信信号号与与一一个个基基准准电电压压相比较的电路。相比较的电路。常常用用的的幅幅度度比比较较电电路路有有电电压压幅幅度度比比较较器器、窗窗口口比比较较器器，具具有有迟迟滞滞特特性性的的比比较较器器。这这些些比比较较器器的的阈阈值值是是固固定定的的，有有的的只只有有一一个个阈阈值值，有有的的具具有有两两个个阈阈值。值。一、单门限比较器单门限比较器(1)过零比较器和单门限电压比较器过零电压比较过零电压比较器是典型的幅器是典型的幅度比较电路。度比较电路。其电路图和传其电路图和传输特性曲线如输特性曲线如图所示。图所示。(a)(b)图07.01 过零电压比较器(a)电路图(b)传输特性曲线只有一个门限的只有一个门限的比较器比较器将过零电压比较器的一个输入端从接地改接到一个将过零电压比较器的一个输入端从接地改接到一个电压值电压值VREF 上上,就得到单门限比较器。就得到单门限比较器。电路图和传输特性曲线如图所示。电路图和传输特性曲线如图所示。图图07.02 固定电压比较器固定电压比较器(a)电路图电路图(b)传输特性曲线传输特性曲线(2)(2)比较器的基本特点比较器的基本特点工作在开环或正反馈状态。工作在开环或正反馈状态。开开关关特特性性，因因开开环环增增益益很很大大，比比较较器器的的输输出出只有高电平和低电平两个稳定状态。只有高电平和低电平两个稳定状态。非非线线性性，因因大大幅幅度度工工作作，输输出出和和输输入入不不成成线线性关系。性关系。二、迟滞比较器二、迟滞比较器U 称为称为上限阈值上限阈值(触发触发)电平电平。由输出引一电阻分压支路到同相端，电路如图所示。由输出引一电阻分压支路到同相端，电路如图所示。当输入电压当输入电压Ui从零逐渐增大：从零逐渐增大：此此时时触触发发电电平平变变为为U 2，U 2 称称为为下限阈值下限阈值(触发触发)电平电平。图图07.03(a)滞回比较滞回比较 器电路图器电路图当当 Ui逐逐渐渐减减小小，且且Ui=U 2 以以前前，始始终终等等于于Uom-，因因此此出出现现如如图所示的迟滞特性曲线。图所示的迟滞特性曲线。门限宽度门限宽度 U：图图07.03滞回比较电路滞回比较电路 的传输特性的传输特性