运算放大电路解析ppt课件

,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,清华大学 华成英 hchya,*,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,清华大学 华成英 hchya,*,第,2,章 运算放大电路,集成运算放大器,理想运算放大器,同相输入和反向输入放大电路的其他应用,模拟乘法器,第2章 运算放大电路 集成运算放大器,电子系统简介,传感器接收器,隔离、滤波放大、阻抗变换,运算、转换、比较,功率放大,A/D,转换,电子信息系统的供电电源,电子系统简介传感器接收器隔离、滤波放大、阻抗变换运算、转换、,2.1,集成电路运算放大器,1.,集成电路运算放大器的内部组成单元,图,2.1.1,集成运算放大器的内部结构框图,2.1 集成电路运算放大器1. 集成电路运算放大器的内部组,1.,集成电路运算放大器的内部组成单元,图,2.1.2,运算放大器的代表符号,（,a,）国家标准规定的符号 （,b,）国内外常用符号,2.1,集成电路运算放大器,1. 集成电路运算放大器的内部组成单元图2.1.2 运算放,2.,运算放大器的电路模型,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,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,2. 运算放大器的电路模型图2.1.3 运算放大器的电路模,2.,运算放大器的电路模型,当,A,v,o,(,v,P,v,N,),V,时,v,O,V,当,A,v,o,(,v,P,v,N,),V,-,时,v,O,V,-,电压传输特性,v,O,f,(,v,P,v,N,),线性范围内,v,O,A,v,o,(,v,P,v,N,),A,v,o,斜率,2. 运算放大器的电路模型当Avo(vPvN) V 时,2.2,理想运算放大器,1.,v,o,的饱和极限值等于运放的电源电压,V,和,V,2.,运放的开环电压增益很高 若（,v,P,v,N,）,0,则,v,O,= +,V,om,=,V,若（,v,P,v,N,）,0,则,v,O,= ,V,om,=,V,3.,若,V,v,O,R,3,时，,（,1,）试证明,V,s,(,R,3,R,1,/,R,2,),I,m,解（,1,）根据虚断有,I,i,=0,所以,I,2,=,I,s,=,V,s,/,R,1,例,2.3.3,直流毫伏表电路,（,2,）,R,1,R,2,150k,，,R,3,1k,，输入信号电压,V,s,100mV,时，通过毫伏表的最大电流,I,m(max),？,又,根据虚短有,V,p,=,V,n,=0,R,2,和,R,3,相当于并联，所以,I,2,R,2,=,R,3,(,I,2,-,I,m,),所以,当,R,2,R,3,时，,V,s,(,R,3,R,1,/,R,2,),I,m,（,2,）代入数据计算即可,当R2 R3时，解（1）根据虚断有 Ii =0所以,2.4,同相输入和反相输入放大电路的其他应用,2.4.1,求差电路,2.4.2,仪用放大器,2.4.3,求和电路,2.4.4,积分电路和微分电路,2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用2.4.1,2.4.1,求差电路,从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。,当,则,若继续有,则,根据,虚短,、,虚断,和,N,、,P,点的,KCL,得：,2.4.1 求差电路 从结构上看，它是反相输入和同相,2.4.1,求差电路,从放大器角度看,时，,增益为,（该电路也称为差分电路或减法电路）,2.4.1 求差电路从放大器角度看时，增益为（该电路也称为,2.4.1,求差电路,一种高输入电阻的差分电路,2.4.1 求差电路一种高输入电阻的差分电路,2.4.2,仪用放大器,2.4.2 仪用放大器,2.4.3,求和电路,根据,虚短,、,虚断,和,N,点的,KCL,得：,若,则有,（该电路也称为加法电路）,2.4.3 求和电路 根据虚短、虚断和N点的KCL得,同相求和,设,R,1,R,2,R,3,R,4,R,R,f,利用叠加原理求解：,令,u,I2,=,u,I3,=0,，求,u,I1,单独作用时的输出电压,在求解运算电路时，应选择合适的方法，使运算结果简单明了，易于计算。,同理可得，,u,I2,、,u,I3,单独作用时的,u,O2,、,u,O3,，形式与,u,O1,相同，,u,O,=,u,O1,+,u,O2,+,u,O3,。,物理意义清楚，计算麻烦！,同相求和 设 R1 R2 R3 R4 R,同相求和,设,R,1,R,2,R,3,R,4,R,R,f,与反相求和运算电路的结果差一负号,必不可少吗？,同相求和 设 R1 R2 R3 R4 R,加减运算,利用求和运算电路的分析结果,设,R,1,R,2,R,f,R,3,R,4,R,5,若,R,1,R,2,R,f,R,3,R,4,R,5,，,u,O,?,实现了差分放大电路,加减运算 利用求和运算电路的分析结果设 R1 R2,2.4.4,积分电路和微分电路,1.,积分电路,式中，负号表示,v,O,与,v,I,在相位上是相反的。,根据,“,虚短,”,，得,根据,“,虚断,”,，得,因此,电容器被充电，其充电电流为,设电容器,C,的初始电压为零，则,（积分运算）,2.4.4 积分电路和微分电路1. 积分电路式中，负号表示,2.4.4,积分电路和微分电路,当,v,I,为阶跃电压时，有,v,O,与,t,成线性关系,1.,积分电路,2.4.4 积分电路和微分电路当vI为阶跃电压时，有vO与,移相,利用积分运算的基本关系实现不同的功能,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？,线性积分，延时,波形变换,移相利用积分运算的基本关系实现不同的功能1) 输入为阶跃信号,2.4.4,积分电路和微分电路,2.,微分电路,2.4.4 积分电路和微分电路2. 微分电路,为了克服集成运放的阻塞现象和自激振荡，实用电路应采取措施。,限制输入电流,限制输出电压幅值,滞后补偿,为了克服集成运放的阻塞现象和自激振荡，实用电路应采取,对输入电压的极性和幅值有何要求？,对数运算电路和指数运算电路,1.,对数运算,实用电路中常常采取措施消除,I,S,对运算关系的影响,利用,PN,结端电压与电流的关系,对输入电压的极性和幅值有何要求？对数运算电路和指数运算电路1,集成对数运算电路,集成对数运算电路,对输入电压的极性和幅值有何要求？,2.,指数运算电路,3.,乘法、除法运算电路,对输入电压的极性和幅值有何要求？2. 指数运算电路3. 乘法,模拟乘法器及其在运算电路中的应用,1.,模拟乘法器简介,1),变跨导型模拟乘法器的基本原理,实际电路需在多方面改进，如线性度、温度的影响、输入电压的极性等方面。,模拟乘法器及其在运算电路中的应用1. 模拟乘法器简介1),理想情况下，,r,i1,、,r,i2,、,f,H,为无穷大， 失调电压、电流及其温漂为0，,r,o,为0，,u,x,、,u,y,幅值变化时,k,值不变。,有单象限、两象限和四象限之分。,2),模拟乘法器的符号及等效电路,理想情况下，ri1、 ri2、fH为无穷大， 失调,2.,在运算电路中的基本应用,2),乘方运算,1),乘法运算,实际的模拟乘法器,k,常为,+0.1V,-1,或,0.1V,-1,。,若,k=,+0.1V,-1,，,u,I1,=,u,I2,=10V,，则,u,O,=10V,。,实现了对正弦波,电压的二倍频变换,2. 在运算电路中的基本应用2)乘方运算1)乘法运算,为使电路引入的是负反馈，,k,和,u,I2,的极性应如何？,2.,在运算电路中的基本应用,3),除法运算,运算电路中集成运放必须引入负反馈！,若集成运放的同相输入端与反相输入端互换，则,k,和,u,I2,的极性应如何？,为使电路引入的是负反馈，k和uI2的极性应如何？2.,为满足上式，电路中,u,I,、,u,O,、,k,的极性是什么？为什么？,3.,开方运算,若集成运放的负反馈通路中为某种运算电路，则整个电路实现其逆运算，如除法运算电路、开方运算电路。,如何实现开三次方运算电路？,若,u,O,0,，则有何变化？,为满足上式，电路中uI、 uO、k的极性是什么？为什么？3.,讨论一：求解图示各电路,讨论一：求解图示各电路,讨论二：求解图示各电路,1),标出集成运放的“”和“”；,2),求解,u,O,=,f,(,u,I,) = ?,已知,R,1,R,2,，求解,u,O,=,f,(,u,I,) = ?,二极管什么时候导通？什么时候截止？,+,_,+,_,讨论二：求解图示各电路1) 标出集成运放的“”和“”；已,