用含运算放大器的电阻电路.ppt

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1、4.1 运算放大器电路模型,反相输入端,u,u,同相输入端,信号传输方向,输出端,理想运放开环电压放大倍数,实际运放开环电压放大倍数,第4章,AO,1.电压传输特性,第4章,运算放大器的基本特性,UOM,UOM,uo=f(ui),其中 ui=u u,AO,2.运算放大器的理想特性,理想化的条件：,开环电压放大倍数 AO,;,差模输入电阻 ri,开环输出电阻 rO,共模抑制比 KCMRR,;,0;,;,u,u,o,u,AO,第4章,运算放大器的理想电压传输特性,UO+,理想运放,Uo+,U0-,Uim,Uim,实际运放,UO-,第4章,3.理想运算放大器的分析特点,理想运放,对于理想运放,+,i

2、-,ui,uO,+,_,i+,第4章,当u+u-时，u0=UO+,ii,uO,+,rid,+,输出电压u0只有两种可能：,当u+u-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u-不一定相等！,第4章,4.2 含运算放大器的电路分析,4.2.1 比例运算电路,4.2.2 加、减运算电路,4.2.3 积分、微分运算电路,第4章,4.2.1 比例运算电路,1、反相输入比例运算电路,u,i,u,o,i1,if,i,Rf,R1,R2,Rf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

3、,u,i,u,o,i1,if,i-,Rf,R1,R2,反相比例,当Rf=R1=R时,反相器,输入电阻低,反相比例器引入并联电压负反馈,输出电阻低,反相比例器的特点,第4章,if,2、同相输入比例运算电路,Rf,R1,R2,u,i1,if,同相比例运算电路,故有：,同相输入比例器,u,第4章,id,u+,u_,id 0,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。,输入电阻高,在理想运放的情况下，输入电阻：ri,输出电阻低,在理想运放的情况下，ro0,第4章,电压跟随器,当R1=或 Rf=0时,uo=ui,第4章,4.2.2 加、减 运算电路,1、加法运算电路,f,u,o,b,u

4、i1,ui3,ui2,i1,i2,i3,if,第4章,i-,即,u_,第4章,运算关系,第4章,第4章,2、减法运算电路,ui1,ui2,u,o,R1,R2,R3,ui2,ui1,Rf,当R1=Rf=R2=R3时,u0=ui2ui1,减法运算电路,第4章,R,11,u,i1,21,13,22,N2,N1,u,o,f1,u,R,R,R,R,R,R,i2,f2,第4章,R,1,i1,u,i,C,if,依据 u-=u+虚地,R2,i1=if，,第4章,*4.3.3 积分、微分 运算电路,输入为阶跃电压时积分器的输入输出波形,第4章,R,1,i1,u,i,C,R2,u,uO,i,C,uo,ui,2,f

5、,输入与输出的关系式为,若输入为方波,则输出波形为,第4章,应用举例：PID调节器,Cf,2,1,u,o,C1,f,依据虚断和虚短原则,if=i1+ic,第4章,*运算放大器在幅值比较方面的应用,1 开环工作的比较器,2 滞回比较器,第4章,1 开环工作的比较器,UOH,-UOL,UD,UR,UZ,UR,第4章,R1,R2,UOH,-UOL,t,t,UOH,UOL,0,0,0,ui,uo,uO,ui,uo,反相输入过零比较器,第4章,ui,UZ,UZ,R2,R3,R1,UR,Dz,UZ,0,ui,uo,uO,ui,第4章,因为 u+,=0,u-,=,ui-,UR,R1+R2,R2+,UR,设

6、u-,=0，则有：,ui,R2+UR R1=0,转折电压：,ui=,UR,R2,R1,R1,R2,R3,Rf,Dz,uO,ui,UZ,UZ,-UZ,UTL,UTH,0,ui,uo,第4章,2 滞回比较器,R1,R2,uO,ui,R3,Rf,Dz,UZ,t,UTH,UTL,0,t,UZ,-UZ,0,ui,uo,ui,第4章,R1,R2,uO,ui,R3,Rf,Dz,UZ,ui,UZ,-UZ,0,UTL,UTH,UR,第4章,uR,uO,4.3.1 应用举例（一）,D0D7依次表示二进制数字信号的低位到高位。输出电压为,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：,假设,若输入二

7、进制值为00100010（十进制为34），则输出模拟信号为,4.3.2 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。,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。,以自动控制温度在0100内变化为例。,第4章,温度传感器,跟随器（隔离，以避免后级的影响）,UCC(15V),V,R5,R4,RP1,RP2,R64.7 k,R710 k,R8 10 k,10 k,220 k,10

8、 k,UO1,UO2,UO3,反相加法器,跟随器（隔离）,温度为下限值时，UO1=UO1L0.97V,令UO2=UO2L=0,则应满足：,温度为上限值时，UO1=UO1H11.54V令UO2=UO2H=10V,则应满足：电压放大倍数,=,按温度标定后电压表可直接指示被监测温度,第4章,R12,RP3,R10,UCC(15V),R9,U-4,U+4,R11,UO4,UO3,滞回比较器,设RP=RP3/RP3,则：,RP3,RP3,UR,调节RP3可改变UR，从而调节U+4,达到调节控温范围的目的。R9R12的阻值由控温要求确定。,第4章,UO4,R15,R13,10 k,R14 10 k,UCC

9、(15V),R16,T1,D,E,K,T2,R17,加热器,FU,FU,反相器,光电耦合器,UO5,当UO5为低电平时，T1和T2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；反之，则温度下降。,第4章,被控点的温度较低时，RT大，UT、UO1小，UO2、UO3小，使得U-4U+4,A4输出正饱和电压（此时U+4=U+4H),UO5输出低电平，加热器加热，被控点升温。,第4章,整个电路的工作原理：,当温度升高至上限值，使得U-4U+4H,A4输出负饱和电压（此时U+4=U+4L),UO5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。,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。,本章结束,第4章,注意：,