集成运算放大电路1课件

章集成运算放大电路4、掌握电流源电路的组成、工作原理及其应用。、掌握电流源电路的组成、工作原理及其应用。了解集成运放的组成原则。了解集成运放的组成原则。5、掌握、掌握差分放大器差分放大器的电路组成、工作原理、工程的电路组成、工作原理、工程估算以及性能特点，并熟悉其应用场合。估算以及性能特点，并熟悉其应用场合。学习要求学习要求1、熟悉集成运放电路的组成原理。掌握线性工作、熟悉集成运放电路的组成原理。掌握线性工作时，理想运放的两条重要法则：时，理想运放的两条重要法则：v-v+，i 02、掌握反相放大器和同相放大器的电路结构和、掌握反相放大器和同相放大器的电路结构和性能特点。性能特点。3、熟练运用、熟练运用“虚开路虚开路(ii=0)”和和“虚短路虚短路(v+=v)”分分析各种运算电路。析各种运算电路。2.1 集成运放的应用基本运算电路集成运放的应用基本运算电路国内符号国内符号国际符号国际符号运放符号：运放符号：vivo+VOM-VOM线性放大区线性放大区运放传输特性：运放传输特性：vN vP vovNvP vo运算放大器的电路模型 开环电压放大倍数高(104-107)；输入电阻高（约几百K）；输出电阻低（约几百）；漂移小、可靠性高、体积小、重量轻、价格低。Avo(vp-vN)VpvNvorirov1v2运放线性应用的条件运放的传输特性运放的传输特性vo=f(vi)0vi(mV)vo(V)+-vi1vi2vo A AV+V-在图示运放电路中，有在图示运放电路中，有 vo=Avo(vi2-vi1)=Avdvid 设电源电压为设电源电压为12V，则运放最大输出电压则运放最大输出电压 VOM=10V 设运放设运放Avo=105，则其传输特性如图所示，则其传输特性如图所示-0.10.1-1010线性区线性区非线性区非线性区非线性区非线性区 结论结论：运放在开环状态下线性运放在开环状态下线性区很窄，只能工作在非线性区。区很窄，只能工作在非线性区。理想运放理想运放则无线性则无线性区区如何使运放如何使运放工作在线性工作在线性区呢区呢？降低电压降低电压放大倍数放大倍数如何降低如何降低电压放大电压放大倍数呢倍数呢？引入负反馈引入负反馈 结论结论：运放工作在线性区的条运放工作在线性区的条件是在电路中件是在电路中加入负反馈加入负反馈。理想运放的条件理想运放的条件虚短路虚短路放大倍数与负载无关。分析多放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。可以分别对每个运放进行。虚开路虚开路运放工作在线性区的特点运放工作在线性区的特点集成运放理想化条件集成运放理想化条件集成运放理想化条件下分析法则集成运放理想化条件下分析法则虚短路虚短路虚开路虚开路放大倍数与负载无关，放大倍数与负载无关，可以分开分析。可以分开分析。vPvo_+vNiP信号的放大、运算信号的放大、运算有源滤波电路有源滤波电路运放线运放线性应用性应用2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路vN=vP=vi_+RfR1RPvivo结构特点：结构特点：信号从同相端信号从同相端输入。输入。2.3.1 同相放大电路（同相放大电路（1）2.共模输入电压为共模输入电压为vi，因此对运放的共模抑制比要求高。，因此对运放的共模抑制比要求高。1.输入电阻大，输入电阻大，输出电阻小，可认为是输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。，因此带负载能力强。性能特点：性能特点：iN=iP=0_+vivo输入电阻大，输出电阻小，在电路中常作为阻输入电阻大，输出电阻小，在电路中常作为阻抗变换器或缓冲器。作用与分离元件的射极输出器抗变换器或缓冲器。作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。相同，但是电压跟随性能好。结构特点：结构特点：输出电压全输出电压全部引到反相输入端，信部引到反相输入端，信号从同相端输入。号从同相端输入。电压电压跟随器是同相比例运算跟随器是同相比例运算放大器的特例。放大器的特例。电压跟随器电压跟随器例例2.3.1+-+-VsR1VNRmIMVPIiI1i1=i2vo_+R2R1RPvii1i2结构特点：结构特点：信号从反相端输入。信号从反相端输入。2.3.2 反相放大电路（反相放大电路（1）虚虚地地Ri=R1为保证一定的输入电阻，当放大倍数大时，需增大为保证一定的输入电阻，当放大倍数大时，需增大R2，而大电阻的精度差，因此，而大电阻的精度差，因此，在放大倍数较大时，该在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。电路结构不再适用。RP=R1 /R2平衡电阻，使输入端对地平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。态时输入级的对称性。反相放大电路（反相放大电路（2）vo_+R2R1RPvii1i2输出电阻小、共模电压输出电阻小、共模电压为为 0 以及以及“虚地虚地”是反相是反相输入的特点。输入的特点。1.共模输入电压为共模输入电压为0，因，因此对运放的共模抑制比此对运放的共模抑制比要求低。要求低。2.输出电阻小，可认为是输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。，因此带负载能力强。3.输入电阻小，因此对输输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。入电流有一定的要求。4.在放大倍数较大时，该在放大倍数较大时，该电路结构不再适用电路结构不再适用。性能特点：性能特点：vo_+R2R1RPviR3R4i1i2i4i3M例：例：求求Av=?应用：用低值电阻实现高电压增益的反相比例运算应用：用低值电阻实现高电压增益的反相比例运算vo_+R2R1RPviR3R4i1i2i4i3M(2)该电路作为话筒的前置放大电路，若选该电路作为话筒的前置放大电路，若选R1=51k,R2=R3=390k,当当vo=-100vi时，计算时，计算R4的值；（的值；（3）直接用）直接用R2代替代替T形网络的电阻时，当形网络的电阻时，当R1=51k,Av=-100时，求时，求R2值。值。设计要求：Ri=1M ，AV =-100解：R1=Ri=1M 设计例题R2=R1=Ri=1M 取：R2 R3,R4(k)R4=99k R3=1k 作业：作业：2.3.2 2.3.52.4 2.4 同相输入和反相输入放大同相输入和反相输入放大电路的其他应用电路的其他应用 _+R2R1R1vi2voR2vi1解出：解出：差动放大器放大了两个信号的差，但是它的差动放大器放大了两个信号的差，但是它的输入电阻不高（输入电阻不高（=2R1）,这是由于反相输入这是由于反相输入造成的。造成的。2.4.1 求差电路求差电路例例2.4.1 求图所示电路的输出电压求图所示电路的输出电压vo2的表达式，并说明该电的表达式，并说明该电路的特点。路的特点。-R21+A1vi1vo1R1R2-R22+A2vo2R22vi2vNR2电路的输入电阻为无穷大。电路的输入电阻为无穷大。当R1=R21时2.4.2 仪用放大器仪用放大器 voR3R3R4R4R2R2R1_+_+_+iR1v3v1+-v2vR1=v1-v2A1A2A3v4vn3vP3调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。R2_+RfR1vi2voRPvi1i2iFi1实际应用时可适当增加或减实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不少输入端的个数，以适应不同的需要。同的需要。2.4.3 求和电路求和电路此电路如果以此电路如果以 v+为输入为输入，则输出为：则输出为：vP 与与 vi1 和和 vi2 的关系如何？的关系如何？注意：注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。响，不能单独调整。流入运放输入端的电流为流入运放输入端的电流为0（虚开路）（虚开路）-R3Rf+vi1voR1R2vi2同相求和运算同相求和运算-R3RF+vi1voR1R2vi2R左图也是同相求和运算左图也是同相求和运算电路，电路，如何求同相输入如何求同相输入端的电位？端的电位？提示：提示：1.虚开路：流入同相端的虚开路：流入同相端的电流为电流为0。2.节点电位法求节点电位法求v+。例例R2_+R5R1vi2vovi1R4vi4vi3R3R6虚短路虚短路虚开路虚开路虚开路虚开路单运放的加减运算电路单运放的加减运算电路优点：优点：元件少，成本低。元件少，成本低。缺点：缺点：要求要求R1/R2/R5=R3/R4/R6。阻值的调整计算不。阻值的调整计算不方便。方便。改进：改进：采用双运放电路。采用双运放电路。单运放的加减运算电路单运放的加减运算电路-RF1+vi1vo1R1vi2R2R3-RF2+voR4vi3R5R6双运放的加减运算电路双运放的加减运算电路例：例：设计一个加减运算电路，设计一个加减运算电路，RF=240k，使使vo=10vi1+8vi2-20vi3解解:(1)画电路。画电路。系数为负的信系数为负的信号从反相端输号从反相端输入，系数为正入，系数为正的信号从同相的信号从同相端输入。端输入。-R3RF+vi1voR2R1vi2R4vi3运放加减电路设计（运放加减电路设计（1）(2)求各电阻值。求各电阻值。-R3RF+vi1voR2R1vi2R4vi3vo=10vi1+8vi2-20vi3运放加减电路设计（运放加减电路设计（1）例：例：A/D变换器要求其输入电压的幅度为变换器要求其输入电压的幅度为0 +5V，现，现有信号变化范围为有信号变化范围为-5V+5V。试设计一电平抬高。试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为电路，将其变化范围变为0+5V。+5V-5V+5V+2.5V电平抬高电路电平抬高电路A/D计算机计算机vivovo=0.5vi+2.5 V运放加减电路设计（运放加减电路设计（2）vo=0.5vi+2.5=0.5(vi+5)V_+10k 20k+5V5k vi20k vo1vo_+20k 20k 10k 运放加减电路设计（运放加减电路设计（2）求电压增益表达式解：A1、A2为电压跟随器，所以对A3利用虚短、虚断有 A4为反相比例解得：加减电路分析加减电路分析1(1)求求vO 表达式表达式(2)说明说明A1,A2各构成什么各构成什么功能电路。功能电路。集成运放均是理想的集成运放均是理想的 解:第一级A1同相比例第二级A2差分电路具有高输入电阻的减法电路加减电路分析加减电路分析2例：例：由三运放放大器组成的温度测量电路。由三运放放大器组成的温度测量电路。R Rt t ：热敏电阻：热敏电阻集成化集成化:仪表放大器仪表放大器voR1R1R2R2RRRWE=+5VRRRRtvi_+_+_+Rt=f(TC)voR1R1R2R2RRRWE=+5VRRRRtvi_+_+_+i1iFtvi0tvo0输入方波，输出是三角波。输入方波，输出是三角波。vi-+RR2Cvo1、积分电路、积分电路应用举例应用举例2.4.4 微分电路与积分电路微分电路与积分电路vi-+RR2Cvotvi0tvo0V-VomTM积分时限积分时限例例.如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。向积分，经过一定的时间后输出饱和。思考：思考：如果输入是正弦波，输出波形怎样如果输入是正弦波，输出波形怎样?vN=vP=0vit0t0vov i+voRR2i1iFC若输入：若输入：则：则：2、微分电路、微分电路其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法与除法运算电路等，由于课时的限制，不作为讲与除法运算电路等，由于课时的限制，不作为讲授内容。授内容。1.在电子开关中用于延迟。在电子开关中用于延迟。2.波形变换。例：将方波变为三角波。波形变换。例：将方波变为三角波。3.A/D转换中，将电压量变为时间量。转换中，将电压量变为时间量。4.移相。移相。积分电路的主要用途：积分电路的主要用途：微分电路与积分电路微分电路与积分电路4作业：作业：2.4.7 2.4.9 2.4.14