运算放大器的应用.ppt

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1、第2章运算放大器的应用,1-2,2.1 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。,1-3,2.1 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 Avo的105（很高）,输入电阻 ri 106（很大）,输出电阻 ro 100（很小）,vOAvo(vPvN)（V vO V）,注意输入输出的相位关系,1-4,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。,UO

2、M饱和电压Aud开环放大倍数,集成电路线性放大，必须引入负反馈,1-5,2.2 理想集成运放,理想运放的性能指标 开环差模增益Aud=共模抑制比KCMR=差模输入电阻rid=输出电阻rO=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。,1-6,2.3 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,1-7,2.3 比例运算电路,作用：将信号按

3、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。,1-8,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。,1-9,同相比例电路的特点：,2.共模输入电压为ui，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,1-10,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：,uO=uI,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

4、入电阻大，输出电阻小。电压跟随性能好。,1-11,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,ip0，vpvs,根据虚短和虚断有,vovn vp vs,1-12,反向比例运算电路,图中 R=R/Rf,输出与输入成比例，且相位相反。因此叫反相比例电路。,“虚地”,1-13,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,1-14,例1、上述比例电路，要求Ri=51K，Au=-100，求Rf。,电阻数值太大，精度不高，又不稳定

5、。,解：要求 Ri=51K，即R=51K，,反向比例运算电路,1-15,例2、T型网络反相比例电路，要求Ri=51K，Au=-100，求R4。,电阻数值较小。,解：,反向比例运算电路,1-16,2.4 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。,1-17,2.4.3 加法运算电路,还可以用叠加法来求解：,反相求和,1-18,2.4.3 加法运算电路,（2）同相求和如图所示：,1-19,2.4.3 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

6、路。输入电阻较小。但电阻易匹配。,1-20,2.4.3 加法运算电路,1-21,2.4.3 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,1-22,2.4.3 减法运算电路,再让同相输入端的各信号作用，R1/R2/Rf=R3/R4/R5，则：,1-23,2.4.1 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,1-24,5.5.2.3 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,1-25,5.5.2.3 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,1-26,5.5

7、.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。,1-27,5.5.2.4 微积分运算电路积分运算,充放电物理过程,1-28,5.5.2.4 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。,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。,1-29,5.5.2.4 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

8、积分，经过一定的时间后输出饱和。,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TM，才能不饱和。正确变换三角波。,1-30,例1 在图（a）所示电路中，已知输入电压uI的波形如图（b）所示，当t0时uO0。试画出输出电压uO的波形,1-31,若t0时uO0，则t5ms时 uO10055103V2.5V。当t15mS时 uO100(5)10103（2.5）V2.5V。,1-32,5.5.2.5 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：,1-33,5.5.2.5

9、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。,1-34,例2、电路如图所示，C1=C2=C，试求出uO与ui的运算关系式。,1-35,解：对于节点N：i1=iC1,对于节点P：,C1=C2,1-36,因此：,1-37,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。,