运算放大器的应用

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,1-,*,模拟电子技术,第2章,运算放大器的应用,1,2.1,集成运放的电压传输特性,集成运放有二个输入端：,同相输入端和反相输入端,。同相和反相是指输入电压和输出电压的关系。如图所示：,从外部看，,运放就是一个差模信号增益高、共模信号抑制能力强、输入电阻高、负载能力强的双入单出放大电路,。,2,2.1,集成运放的电压传输特性,图,2.1.3,运算放大器的电路模型,通常：,开环电压增益,A,v,o,的,10,5,（很高）,输入电阻,r,i,10,6,（很大）,输出电阻,r,o,100,（很小）,v,O,A,v,o,(,v,P,v,N,),（,V,v,O,V,）,注意输入输出的相位关系,3,电压传输特性,2.1,集成运放的电压传,7,天连锁酒店会员,输特性,线性区很窄。,U,OM,饱和电压,A,ud,开环放大倍数,集成电路线性放大，必须引入负反馈,4,2.2,理想集成运放,理想运放的性能指标,开环差模增益,A,ud,=,共模抑制比,K,CMR,=,差模输入电阻,r,id,=,输出电阻,r,O,=0,集成运放均为理想运放。,http:/,-无特殊要求时均可将集成运放当作理想运放。,5,2.3,基本运算电路,集成运放的应用首先是能构成各种运算电路，名字由此而来。在运算电路中，,引入深度负反馈，,利用不同的,反馈网络,实现各种数学运算；,运放可以看成是理想的运放。,利用“虚断”和“虚短”的方法进行判断。,一、比例运算电路,二、加减运算电路及其它,（,加法器）,三、积分和微分运算电路,6,2.3,比,例运算电路,作用：,将信号按比例放大。,类型：,同相比例放大和反相比例放大。,方法：,引入深度负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。,7,同相,比,例运算电路,输出与输入成比例，且相位相同,，故叫同相比例电路。,同相比例电路要求运放的共模抑制比高。,8,同相比例电路的特点：,2.共模输入电压为,u,i,，,7,天连锁酒店会员,因此对运放的共模抑制比要求高。,3.输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。,1.一般输入电阻大。,同相,比,例运算电路,9,电压跟随器,如果同相比例电路的反馈系数为1，如图所示，则：,u,O,=,u,I,输出与输入相等，且相位相同，故叫,电压跟随器,。,此电路是同相比例运算的特殊情况，输入电阻大，输出电阻小。,电压跟随性能好。,10,电压跟随器的作用,无电压跟随器时,负载上得到的电压,http:/,电压跟随器时,i,p,0,，,v,p,v,s,根据虚短和虚断有,v,o,v,n,v,p,v,s,11,反向,比,例运算电路,图中,R,=,R,/,R,f,输出与输入成比例，且相位相反,。因此叫反相比例电路。,“虚地”,12,反相比例电路的特点：,1.共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低。,3.输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。,2.输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。,反向,比,例运算电路,13,例1、上述比例电路，要求,R,i,=51K,，,A,u,=-100，,求,R,f,。,电阻数值太大，精度不高，又不稳定。,解：要求,R,i,=51K,，,即,R,=51K,，,反向,比,例运算电路,14,例2、,T,型网络,反相比例电路，要求,R,i,=51K,，,A,u,=-100，,求,R,4,。,电阻数值较小。,解：,反向,比,例运算电路,15,2.4 加减运算电路及其它应用,作用：,将若干个输入信号之和或之差按比例放大。,类型：,同相求和和反相求和。,方法：,引,7,天酒店会员,入这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。,16,2.4.3 加法运算电路,还可以用叠加法来求解：,反相求和,17,2.4.3 加法运算电路,（2）同相求和,如图所示：,18,2.4.3 加法运算电路,输出与输入成比例，且相位相同,，故叫同相比例电路。,输入电阻较小。但电阻易匹配。,19,2.4.3 加法运算电路,20,2.4.3 减法运算电路,电路如图所示：,我们可以用叠加定理先让反相输入端的各信号作用：,（3）加减运算,21,2.4.3 减法运算电路,再让同相输入端的各信号作用，,R,1,/,R,2,/,R,f,=,R,3,/,R,4,/,R,5,，,则：,22,2.4.1 求差电路（差分放大电路）,解出：,单运放的加减运算电路的特例：差动放大器,23,5.5.2.3 减法运算电路-双运放加减运算,利用加法器和反相比例器组成的加减运算电路,24,5.5.2.3 加减运算电路-双运放加减运算,利用加法器和反相比例器组成的加减运算电路,25,5.5.2.4 微积分运算电路,积,分运算,微分电路与积分电路是矩形脉冲激励下的,RC,电路。若选取不同的时间常数，可构成输出电压波形与输入电压波形之间的特定（微分或积分）的关系。,基本积分电路的构成原理,把反相比例电路中的反馈电阻换成电容就构成了积分电路。,26,5.5.2.4 微积分运算电路,积,分运算,充放电物理过程,27,5.5.2.4 微积分运算电路,积,分运算,方波响应：,输入方波，输出是三角波。,t,u,i,0,t,u,o,0,注意：只有当积分电路的时间常数,=,RC,比,充电至饱和的时间,大很多时，才能实现积分。它可把方波变成三角波。,28,5.5.2.4 微积分运算电路,积,分运算,（2）反相积分：,如果,u,i,=,直流电压,输出将反相积分，经过一定的时间后输出饱和。,t,u,i,0,t,u,o,0,-,U,om,T,M,积分时间,求积到饱和值的时间：,当,RC=,输入脉冲宽度，,输入电压和输出电压幅度相等。,当,RC,要大于,T,M，,才能不饱和。正确变换三角波。,29,例1 在图,（,a,）,所示电路中，已知输入电压,u,I,的波形如图（,b,）,所示，当,t,0,时,u,O,0,。,试画出输出电压,u,O,的波形,30,若,t,0,时,u,O,0,，,则,t,5ms,时,u,O,100,5,5,10,3,V,2.5V,。,当,t,15mS,时,u,O,100,(,5),10,10,3,（,2.5,）,V,2.5V,。,31,5.5.2.5 基本运算电路微分运算,将积分电路中的电阻和电容的位置互换，并选取比较小的时间常数,RC,，,就得到了微分电路。,利用虚地和虚断概念：,32,5.5.2.5 基本运算电路微分运算,（1）方波响应,可用于快速提取,Ui,的变化信息。,33,例2、电路如图所示，,C,1,=,C,2,=,C,，,试求出,u,O,与,u,i,的运算关系式。,34,解：对于节点,N：,i,1,=,i,C1,对于节点,P：,C1=C2,35,因此：,36,小结,1电路中常用的负反馈有四种组态：电压串联负反馈，电压并联负反馈，电流串联负反馈和电流并联负反馈。可以通过输出短路法和瞬时极性法等方法判断电路反馈类型。包括5种反馈类型。,2负反馈电路的四种不同组态可以统一用方框图加以表示，其闭环增益的表达式为：,3负反馈可以全面改善放大电路的性能，包括：提高放大倍数的稳定性，减小非线性失真，扩展频带，改变输入、输出电阻等。变化1+,AF,倍。,在深负反馈条件下，可用 和“虚短”“虚断”法和符号判断估算电路的闭环增益。（包括4种反馈组态的电路分析方法）,4运算放大器在加入负反馈的条件下，可广泛用于线性电路的运算。分析方法以,“虚短”“虚断”法,为核心的3种基本电路分析，外加叠加法，涉及的问题类型较多。,37,