用含运算放大器的电阻电路课件

1.电压传输特性第4章运算放大器的基本特性运算放大器的基本特性运算放大器的基本特性运算放大器的基本特性uo0uiUOMUOM uo=f(ui),其中其中 ui =u u UiUi+线性区uiUiUi+Ui+和uiUi-u-时，时，u0=UO+iiuO+rid+输出电压u0只有两种可能：当u+u-时，时，u0=UO“虚断”的条件原则上仍成立，即ii 0“虚短”原则上不成立，即u+和和u u-不一定相等不一定相等！理想运放工作在非线性区的分析依据理想运放工作在非线性区的分析依据uiuO_+u-u+第4章4.2 4.2 含运算放大器的电路分析含运算放大器的电路分析含运算放大器的电路分析含运算放大器的电路分析4.2.14.2.1 比例运算电路比例运算电路4.2.24.2.2 加、减运算电路加、减运算电路4.2.34.2.3 积分、微分运算电路积分、微分运算电路第4章4.2.1 4.2.1 比例运算电路比例运算电路1、反相输入比例运算电路反相输入比例运算电路uiuoi1ifiRfR1R2Rf f引入深度负反馈引入深度负反馈并联电压负反馈R1输入电阻Rf反馈电阻R2平衡电阻R2=R1/Rf第4章i反相输入运算关系uiuoi1ifi-RfR1R2“虚断路虚断路”i-=0uif=oRfi1=ifAf=u0uiRfR1反相比例反相比例 当当Rf=R1=R时时u0Af=1ui反相器反相器“虚地虚地”u-=u+=0uii1=R1，ui R1u=oRf1)输入电阻低反相比例器引入并联电压负反馈2)输出电阻低反相比例器的特点 第4章uiuoi1i-RfR1R2if2、同相输入比例运算电路同相输入比例运算电路RfR1R2ui1if同相比例运算电路uu =o -R1R1 Rf+u-u =+故有故有：Auf=uoui =1+RfR1 1同相输入比例器同相输入比例器u第4章idu+u_id 0=uiuu =o iR1R1 Rf+o =1+ui Rf R1 1uoi同相输入比例器的特点同相输入比例器的特点 同相输入比例器属于电压串联负反馈电路。1)1)输入电阻高输入电阻高在理想运放的情况下，输入电阻：ri2)2)输出电阻低输出电阻低在理想运放的情况下，ro0RfR1R2uoi1if同相比例运算电路同相比例运算电路ui第4章电压跟随器电压跟随器当R1=或 Rf=0时uo=ui同相跟随器同相跟随器uiR2uoRfR1R2uoi1if同相比例运算电路同相比例运算电路ui第4章 =1+ui Rf R1 1uo4.2.2 4.2.2 加、减加、减 运算电路运算电路1、加法运算电路、加法运算电路fu obui1 ui3ui2 i1i2i3if132第4章Rb=R1/R2/R3/Rf 反相加法运算电路ui1 fu obui3ui2 i1i2i3if132 u=(+)ui2 oui1 ui3 RfRfRfR1R2R3i-因i-=0，故i1+i2+i3=if即ui1u-R1ui2u-R2+ui3u-R3+u0Rfu-=u_u_又“虛地”第4章运算关系其中其中 R=R21 R22 R 第4章 uO=1+R +RfR1R21ui1R22ui2ui1u+R21+ui2u+R22=u+Rf211uoui1ui222同相加法运算电路ui2ui1u+=R21R22+R21R22R1 1+1 1+1 1RfuO=1+R1u+ui1ui2u+=R +R21R22 =1+ui2 uoRfR1R2+R3R3-ui1RfR1第4章2、减法运算电路减法运算电路差动比例运算电路因i-=0，u_=ui1_i1R1i1 =if=ui1_u0R1+Rfui1=_.R1ui1_u0R1+Rfui1ui2u+=ui2R3R2+R3u_=u+u0R3RfR1R2i-u_u+ifi1uoR1R2R3ui2ui1Rf =1+ui2 uoRfR1R2+R3R3-ui1RfR1当R1=Rf=R2=R3时u0=ui2ui1减法运算电路减法运算电路第4章R 11ui121132212N N22N N11uof1uRRRRRRi2f2uo=ui1 ui2 11RRRRRR 13 12f1f2f2第4章 两级反相输入减法运算电路两级反相输入减法运算电路R1 1uoi1uiCif duCdt C iC=依据依据 u-=u+虚地虚地R2i1=if ，uR1i1=,iif=C dtdu0=uo C R1uidt得得:第4章*4.3.3*4.3.3 积分积分、微分微分 运算电路运算电路积分运算电路积分运算电路 输入为阶跃电压时积分器的输入输出波形 uidt=uo CR10tUR1C =t otuo otuiU第4章R1 1uoi1uiCifR2uuOiC duidtuo=Rf C uoui2 2f输入与输出输入与输出的关系式为的关系式为若输入为方波若输入为方波则输出波形为则输出波形为第4章微分运算电路微分运算电路i1if应用举例：应用举例：PID调节器调节器Cf21uouiC1f依据虚断和虚短原则if=i1+ic1Cfuo=-(if Rf+ifdt)duiu=(+)+RfC1+ui dt oRfR1C1CfuidtR1Cf1ici1if第4章i1=iC=C1 dui dtuiR1，*运算放大器在幅值比较方面的运算放大器在幅值比较方面的运算放大器在幅值比较方面的运算放大器在幅值比较方面的应用应用应用应用 1 1 开环工作的比较器开环工作的比较器2 2 滞回比较器滞回比较器第4章1 1 开环工作的比较器开环工作的比较器UOH-UOLuiuo0UDUR0uiuoUZR1R2RDzuOuiuRR1R2uouiuRUR第4章 反相输入比较器反相输入比较器 同相输入比较器同相输入比较器R1R2UOH-UOLttUOHUOL000uiuouOuiuo反相输入过零比较器第4章uiUZUZ URR1R2R2R3R1URDzUZ0uiuouOui第4章 输输入入求求和和型型任任意意电电平平比比较较器器因为因为 u+=0u-=ui-UR R1+R2R2+UR设设 u-=0，则有则有：uiR2+UR R1=0转折电压转折电压：ui=URR2R1R1R2R3RfDzuOuiUZUZ-UZUTLUTH0uiuo第4章2 2 滞回比较器滞回比较器 过零滞回比较器R1R2uOuiR3RfDzUZt UTHUTL0t UZ-UZ0UZ-UZUTLUTH0uiuoui第4章滞回比较器应用R1R2uOuiR3RfDzUZuiUZ-UZ0UTLUTHURUR=URR2+RfRf第4章uR 反相输入滞回比较器uO4.3.1 应用举例（一）应用举例（一）D0D7依次表示二进制数字信号的低位到高位。依次表示二进制数字信号的低位到高位。输出电压为输出电压为为反映对应数字信号的权位大小，为反映对应数字信号的权位大小，设定精密电阻的数值满足如下关系：设定精密电阻的数值满足如下关系：假设假设若输入二进制值为若输入二进制值为00100010（十进制为（十进制为34），则输出模拟信号为），则输出模拟信号为4.3.2 4.3.2 应用举例（二）应用举例（二）应用举例（二）应用举例（二）应用集成运放构成的温度监测控制电路结构框架如下：温度传感器将温度变化转化为电压，将此电压与限定温度传感器将温度变化转化为电压，将此电压与限定温度范围内的电压上限和下限值比较，以控制加热器加热或温度范围内的电压上限和下限值比较，以控制加热器加热或停止加热，使被控温度保持在一定的范围内。停止加热，使被控温度保持在一定的范围内。温度传感器电压变换和定标 滞回 比较器控制执行电路第4章 监测温度下限值为0，要求对应显示的输出电压为0V；上限值为100，要求对应显示的输出电压为10V。电路由温度传感器、跟随器、加法电路、电路由温度传感器、跟随器、加法电路、滞回比较器、反相器、光电耦合器、继电器和滞回比较器、反相器、光电耦合器、继电器和加热器等组成加热器等组成以自动控制温度在0100内变化为例。第4章R1510 UTRT-UCC(-15V)R210 kR3 10 k UO1+_A0A1温度传感器温度传感器 跟随器跟随器（隔离，以避免后级的影响）RT置于温度监测处。置于温度监测处。当温度从当温度从0 100 RT由由7355 153，相应的相应的UT从从0.97V 11.54V。UO1=UT A1 MF57型型热敏电阻热敏电阻UCC(15V)VR5R4RP1RP2R64.7 k R710 kR8 10 k10 k220 k10 kUO1UO2UO3反相加法器反相加法器 跟随器跟随器（隔离）（隔离）温度为温度为下限值下限值时时，UO1=UO1L0.97V,令令UO2=UO2L=0,则应满足：则应满足：温度为温度为上限值上限值时时，UO1=UO1H11.54V令令UO2=UO2H=10V,则应则应满足：电压放大倍数满足：电压放大倍数=按温度标定后电压表可按温度标定后电压表可直接指示直接指示被监测温度被监测温度+_A0A2A2+_A0A3A3第4章R12RP3R10UCC(15V)R9U-4U+4R11UO4UO3滞回比较器滞回比较器设设RP=RP3/RP3,则：则：RP3RP3UR调节调节RP3可改变可改变UR，从而调节，从而调节U+4,达到调节控温范围的目达到调节控温范围的目的。的。R9R12的阻值由控温要的阻值由控温要求确定。求确定。A4第4章UO4R15R1310 kR14 10 kUCC(15V)R16T1DEKT2R17加热器加热器FUFU反相器反相器 光电光电耦合器耦合器UO5 当当UO5为低电平时，为低电平时，T1和和T2导通，继电器线圈通电，其导通，继电器线圈通电，其触点闭合，加热器通电加热，使被监控点的温度上升；反触点闭合，加热器通电加热，使被监控点的温度上升；反之，则温度下降。之，则温度下降。A5第4章 被控点的温度较低时，被控点的温度较低时，RT大，大，UT、UO1小，小，UO2、UO3小，使得小，使得U-4U+4H,A4输出输出负饱和电压（此时负饱和电压（此时U+4=U+4L),UO5输出高电平，输出高电平，加热器停止加热，温度下降。降至下限值则重新加热器停止加热，温度下降。降至下限值则重新加热。加热。电位器RP1、RP2的作用决定了输出电压按温度标定的比例关系，即如何使得电压表直接指示温度值。第4章注意：注意：通过电位器RP3的调节，使控制温度范围可调。