集成运算放大器的线性应用电路

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第4章集成运算放大器的线性应用电路,4.3 求和运算电路,4.5 对数和指数运算电路,第四章 集成运算放大器的线性应用电路,4.1 运算放大器线性应用电路的特点,4.2 比例运算电路,4.4 积分和微分运算电路,本章,主要讲述理想集成运放的特点、基本运算电路。,重点掌握理想集成运放的特点及“虚短”、“虚断”的概念，并能应用这两个基本概念分析基本运算电路；,内容简介,满足下列参数指标的运算放大器可以视为理想运算放大器。,1.开环差模电压放大倍数,A,v,d,=,，实际上,A,v,d,80dB即可。,一、理想运放的性能指标,2.差模输入电阻,R,id,=,，实际上,R,id,比输入端外电路的电阻大23个量级即可。,3.输出电阻,R,o,=0，实际上,R,o,比输入端外电路的电阻小12个量级即可。,5.带宽足够宽，上限截止频率,f,H,=,。,4.共模抑制比足够大，KCMR=,。,实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器都可以视为理想的。只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指标明显下降即可。,6.失调电压、失调电流和温漂均为零，且无任何内部噪声。,实际集成运放的特性很接近理想集成运放，我们仅仅在进行误差分析时，才考虑理想化后造成的影响，一般工程计算其影响可以忽略。,集成运放的电压传输特性,在线性区：,u,O,A,od,(,u,P,u,N,)，,A,od,是开环差模放大倍数。,由于,A,od,高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压(,u,P,u,N,)的数值仅为几十一百多V。当其大于此值时，集成运放的输出不是,U,OM,就是,U,OM,，即集成运放工作在非线性区。,（2）理想集成运放工作于线性区,理想运放工作于线性区：,“虚短”：,运放的同相输入端和反相输入端的电位“无穷”接近，好象短路一样，但却不是真正的短路。,“虚断”：,运放的同相输入端和反相输入端的电流趋于0，好象断路一样，但却不是真正的断路。,理想运放工作于线性区，因其放大倍数趋于无穷大，所以在输入端只要加一个非无穷小的电压，其输出就会超出其线性工作区，因此，,只有电路引入负反馈，才能使其工作于线性区。,（3）理想集成运放工作于非线性区,电路中没有引入负反馈或引入的是正反馈，理想运放工作于非线性区。,因其放大倍数趋于无穷大，所以输出电压只有两种可能：,4.2 基本运算电路,比例运算电路,积分微分运算电路,对数指数运算电路,加减运算电路,比例运算电路：,将输入信号按比例放大的电路。,分类：,按输入信号加入不同的输入端分,反向比例电路,同相比例电路,差动比例电路,比例放大电路是集成运算放大电路的三种主要放大形式,(1)反相比例运算放大器,_,+,+,R,F,R,1,R,u,i,u,o,i,I,i,F,i,-,i,+,虚地点,i,I,=i,F,+,i,-,=,i,F,i,-,=0,i,+,=0,u,+,=0,u,=,u,+,=0,平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):R=R,1,/R,F,F,电压放大倍数:,反相比例运算放大器,输入电阻,R,i,=R,1,输入电阻,(小),:,u,o,_,+,+,R,F,R,1,R,P,u,i,i,I,i,F,i,-,i,+,反馈电阻,运算放大器输入端无共模信号,运算电路输入电阻较小,_,+,+,R,F,R,1,R,u,i,u,o,i,I,i,F,i,-,i,+,例题1.,R,1,=10k,R,F,=20k,u,i,=-1V。求:,u,o,，R应为多大？,A,uf,=-（R,F,/R,1,）=-20/10=-2,u,o,=A,uf,u,i,=(-2)(-1)=2V,R=R,1,/R,F,=10/20=6.7 k,(2)同相比例运算放大器,u,-,=u,+,=u,i,i,+,=0,i,-,=0,_,+,+,R,F,R,1,R,u,i,u,o,i,F,i,1,A,uf,=1+,R,F,R,1,i,F,=,i,1,R=R,1,/R,F,同相比例运算放大器,输入电阻：,_,+,+,R,F,R,f,R,P,u,i,u,o,运算放大器输入端有共模信号,运算电路输入电阻很大,R,i,=,输入电阻,(大),:,_,+,+,R,F,R,f,R,P,u,i,u,o,A,uf,=1+,R,F,R,f,当R,F,=0时,A,uf,=1,u,o,=u,i,(3)电压跟随器,此电路输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。,_,+,+,R,F,R,1,R,u,i,u,o,i,F,i,1,例题2.,R,1,=10k,R,F,=20k,u,i,=-1V。求:,u,o,，R应为多大？,u,o,=A,uf,u,i,=(3)(-1)=-3V,R=R,1,/R,F,=10/20=6.7 k,A,uf,=1+=1+20/10=3,R,F,R,1,(4)差动放大器,_,+,+,R,F,R,1,R,1,u,i1,u,o,R,F,u,i2,i,+,=0,i,-,=0,u,i1,R,F,R,1,+,R,F,u,+,=,u,-,=,u,+,u,-,=,u,o,R,1,+u,i2,R,F,R,1,+,R,F,u,o,R,1,+u,i2,R,F,R,1,+,R,F,u,i1,R,F,R,1,+,R,F,=,例题3.,R,1,=10k,R,2,=20k,u,i 1,=-1V，,u,i 2,=1V。求:,u,o,u,o,_,+,+,R,2,R,1,R,1,R,2,u,i1,_,+,+,u,i2,_,+,+,R,2,R,1,R,P,u,o,=(u,o2,-u,o1,),=(20/10)3-(-1),=8V,R,2,R,1,u,o1,=u,i1,=-1V,u,o2,=u,i2,(1+R,2,/R,1,)=3V,(5)反相求和运算：,_,+,+,R,F,R,1,R,2,u,i2,u,o,R,u,i1,i,1,i,2,i,F,虚地,u,o,=-(,u,i1,R,1,R,F,+,u,i2,R,2,R,F,),若,R,1,=,R,2,=,R,u,o,=-,(u,i1,R,R,F,+,u,i2,),取R,=R,1,/R,2,/R,F,u,o,_,+,+,R,F,R,1,R,u,i,i,+,=0,i,-,=0,i,1,+,i,2,=,i,F,u,i1,R,1,=,u,i2,R,2,+,-u,o,R,F,(6)同相求和运算：,A,uf,=,R,F,R,1,1+,u,o,=,A,uf,u,+,=()(+),R,F,R,1,1+,R,2,R,1,+,R,2,u,i1,R,1,R,1,+,R,2,u,i2,取R,1,/R,2,=R,F,/R,当R,1,=R,2,时,u,o,=()(,u,i1,+,u,i2,),R,F,R,1,1+,1,2,R,R,F,+,+,u,i1,u,o,R,1,R,2,u,i2,-,u,+,_,+,+,R,F,R,1,R,u,i,u,o,单运放的加减运算电路,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。,R,2,_,+,+,R,5,R,1,u,i,2,u,o,u,i,1,R,4,u,i,4,u,i,3,R,3,R,6,R,2,_,+,+,R,5,R,1,u,i,2,u,o,u,i,1,R,4,u,i,4,u,i,3,R,3,R,6,虚短路,虚开路,虚开路,例4：,设计一个加减运算电路，,R,F,=240k,，,使,u,o,=10,u,i,1,+8,u,i,2,-20,u,i,3,解,:,(1)画电路。,系数为负的信号从反相端输入，系数为正的信号从同相端输入。,-,R,3,R,F,+,+,u,i,1,u,o,R,2,R,1,u,i,2,R,4,u,i,3,(2)求各电阻值。,-,R,3,R,F,+,+,u,i,1,u,o,R,2,R,1,u,i,2,R,4,u,i,3,u,o,=10,u,i,1,+8,u,i,2,-20,u,i,3,优点：,元件少，成本低。,缺点：,要求,R,1,/,R,2,/,R,5,=,R,3,/,R,4,/,R,6,。阻值的调整计算不方便。,单运放的加减运算电路,改进：,采用双运放电路。,双运放的加减运算电路,-,R,F,1,+,+,u,i,1,u,o,1,R,1,u,i,2,R,2,R,3,-,R,F,2,+,+,u,o,R,4,u,i,3,R,5,R,6,(7)反相积分运算,i,1,i,C,u,i,-,+,+,R,R,C,u,o,u,c,u,c,=-,u,o,i,+,=0,i,-,=0,i,C,=C,du,c,dt,-C,du,o,dt,u,i,R,=,u,-,=u,+,=0,1)输入为阶跃信号时的输出电压波形？,2)输入为方波时的输出电压波形？,3)输入为正弦波时的输出电压波形？,波形变换,移相,线性积分,应用举例：,(8)微分运算：,u,-,=u,+,=0,u,i,+,+,u,o,R,R,i,C,i,R,C,i,-,=0,t,u,i,0,t,u,o,0,例5：,求u,o,。,u,i,+,+,u,o,R,R,2,i,C,i,R,C,90,(9)对数运算电路,(10)指数运算电路,以上两个电路温漂很严重，实际电路都有温度补偿电路,指数运算电路相当反对数运算电路。,运算电路要求,1.熟记前8种基本运算电路的电路图及放大倍数公式。,2.以上基本运算电路级联后输出的计算。,3.会用,i,-,=0,i,+,=0,u,+,=u,-,分析给定运算电路的 放大倍数。,数据放大器（三运放电路）,+,+,A1,-,+,A2,R,R,R,W,u,i1,u,i2,u,o1,u,o2,a,b,+,R,1,R,1,-,+,A3,R,2,R,2,u,o,+,+,+,A1,_,+,A2,R,R,R,W,u,i1,u,i2,u,o1,u,o2,a,b,+,三运放电路(续),i,1-,i,2-,i,+,=0,i,-,=0,u,-,=u,+,R、R,W,、R三个电阻可视为串联,三运放电路(续),u,o,R,1,R,1,+,+,A3,R,2,R,2,u,o1,u,o2,+,+,A1,_,+,A2,R,R,R,W,u,i1,u,i2,u,o1,u,o2,a,b,+,u,o,=,三运放电路是差动放大器，放大倍数可调。,由于输入均在同相端，此电路的输入电阻高。,三运放电路的特点,例6:由三运放放大器组成的温度测量电路,u,o,R,1,R,1,+,+,A3,R,2,R,2,+,+,A1,_,+,A2,R,R,R,W,+,U=+5V,R,R,R,Rt,u,i,u,i,=,Rt-R,2(Rt+R),U,Rt 热敏电阻,u,o,=,u,i,=,Rt-R,2(Rt+R),U,Rt=f(TC),集成化:仪表放大器,例7.求电压放大倍数A,u,=u,o,/u,i,。,i,+,=0,i,-,=0,u,-,=u,+,=0,_,+,+,R,F,R,1,R,P,u,i,u,o,i,1,i,F,i,-,i,+,R,2,R,3,i,2,i,3,u,F,i,1,=i,F,=i,2,+i,3,u,i,R,1,-u,F,R,F,=,=,-u,F,R,F,u,F,-u,o,R,2,u,F,R,3,+,u,o,=-,u,i,R,1,R,F,+R,2,+,R,F,R,2,R,3,R,1,R,F,+R,2,+,R,F,R,2,R,3,A,u,=,R,P,=R,1,/(R,F,+R,2,/R,3,),例8.A/D变换器要求其输入电压的幅度为0+5V，现有信号变化范围为-5V+5V。试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为0+5V。,+5V,-5V,+5V,+2.5V,电平抬高电路,A/D,计算机,u,i,u,o,u,o,=(u,i,/2)+2.5 V,例8,(续),u,o,=(u,i,/2)+2.5 V,=,(u,i,+5)/2,_,+,+,10k,20k,+5V,5k,u,i,20k,u,o1,u,o,_,+,+,20k,20k,10k,u,o1,=-(10/20)(u,i,+5)