运算放大器的应用.ppt

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1、1模拟电子技术2.1 2.1 集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性 集成运放有二个输入端：集成运放有二个输入端：同相输入端和反相输入同相输入端和反相输入端端。同相和反相是指输入电压和输出电压的关系。同相和反相是指输入电压和输出电压的关系。如图所示：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模拟电子技术2.1 2.1 集成运放的电压传输特性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)（

2、V vO V）注意输入输出的相位关系3模拟电子技术电压传输特性 2.1 2.1 集成运放的电压传集成运放的电压传7天连锁酒店会员输输特性特性线性区很窄。UOM饱和电压Aud开环放大倍数集成电路线性放大，必须引入负反馈集成电路线性放大，必须引入负反馈4模拟电子技术2.2 2.2 理想集成运放理想集成运放理想运放的性能指标理想运放的性能指标 开环差模增益开环差模增益Aud=共模抑制比共模抑制比KCMR=差模输入电阻差模输入电阻rid=输出电阻输出电阻rO=0 集成运放均为理想运放。集成运放均为理想运放。http:/-无特殊要求时均无特殊要求时均可将集成运放当作理想运放。可将集成运放当作理想运放。5

3、模拟电子技术2.3 2.3 基本运算电路基本运算电路 集成运放的应用首先是能构成各种运算电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，路，名字由此而来。在运算电路中，引入深度负反馈，引入深度负反馈，利用不同的利用不同的反馈网络实实现各种数学运算；现各种数学运算；运放可以看成是理想的运放。运放可以看成是理想的运放。利用利用“虚断虚断”和和“虚短虚短”的方法进行判断。的方法进行判断。一、比例运算电路一、比例运算电路二、加减运算电路及其它二、加减运算电路及其它（加法器）加法器）三、积分和微分运算电路三、积分和微分运算电路6模拟电子技术2.3 2.3 比比例运算电路例运算电路

4、作用：作用：将信号按比例放大。将信号按比例放大。类型：类型：同相比例放大和反相比例放大。同相比例放大和反相比例放大。方法：方法：引入深度负反馈。这样输出电压与运放引入深度负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。反馈系数有关。7模拟电子技术 同相同相比比例运算电路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模拟电子技术同相比例电路的特点：同相比例电路的特点：2.共模输入电压为共模输入电压为ui，7天连锁酒店会员因此对运因此对运放的共模抑制比要求高。放的共模抑制比要求高。3.输出电阻

5、小，可认为是输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。，因此带负载能力强。1.一般输入电阻大。一般输入电阻大。同相同相比比例运算电路例运算电路9模拟电子技术 电压跟随器电压跟随器 如果同相比例电路的反馈系数为如果同相比例电路的反馈系数为1，如图所示，则：，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。出电阻小。电压跟随性能好。电压跟随性能好。10模拟电子技术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v

6、ovn vp vs11模拟电子技术 反向反向比比例运算电路例运算电路 图中图中 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”12模拟电子技术反相比例电路的特点：反相比例电路的特点：1.共模输入电压为共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比，因此对运放的共模抑制比要求低。要求低。3.输出电阻小，可认为是输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。，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。输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。反向反向比比例运算电路例运算电路13模拟电子技术 例例1、上述比例电路，要求、上述比例电路，要求Ri=51K，Au=-100

7、，求求Rf。电阻数值太大，精度不高，又不稳定。解：要求 Ri=51K，即R=51K，反向反向比比例运算电路例运算电路14模拟电子技术 例例2、T型网络型网络反相比例电路，要求反相比例电路，要求Ri=51K，Au=-100，求求R4。电阻数值较小。解：反向反向比比例运算电路例运算电路15模拟电子技术2.4 2.4 加减运算电路及其它应用加减运算电路及其它应用作用：作用：将若干个输入信号之和或之差按比将若干个输入信号之和或之差按比例放大。例放大。类型：类型：同相求和和反相求和。同相求和和反相求和。方法：方法：引引7天酒店会员入这样输出电压与运放的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

8、反开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。馈系数有关。16模拟电子技术2.4.3 2.4.3 加法运算电路加法运算电路还可以用叠加法来求解：还可以用叠加法来求解：反相求和反相求和17模拟电子技术2.4.3 2.4.3 加法运算电路加法运算电路（2）同相求和）同相求和如图所示：如图所示：18模拟电子技术2.4.3 2.4.3 加法运算电路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模拟电子技术2.4.3 2.4.3 加法运算电路加法运算电路20模拟电子技术2.4.3 2.4.3 减法运算电路减法运算电路电路如图所示：电路如图所示：我们可以用叠加

9、定理先让反相输入端的各信号作用：（3）加减运算）加减运算21模拟电子技术2.4.3 2.4.3 减法运算电路减法运算电路再让同相输入端的各信号作用，再让同相输入端的各信号作用，R1/R2/Rf=R3/R4/R5，则：则：22模拟电子技术2.4.1 2.4.1 求差电路（差分放大电路）求差电路（差分放大电路）解出：解出：单运放的加减运算电路的特例：差动放大器单运放的加减运算电路的特例：差动放大器23模拟电子技术5.5.2.3 5.5.2.3 减法运算电路减法运算电路-双运放加减运算双运放加减运算利用加法器和反相比例器组成的利用加法器和反相比例器组成的加减运算电路加减运算电路24模拟电子技术5.5

10、.2.3 5.5.2.3 加减运算电路加减运算电路-双运放加减运算双运放加减运算利用加法器和反相比例器组成的利用加法器和反相比例器组成的加减运算电路加减运算电路25模拟电子技术5.5.2.4 5.5.2.4 微积分运算电路微积分运算电路积积分运算分运算 微分电路与积分电路是矩形脉冲激励下的微分电路与积分电路是矩形脉冲激励下的微分电路与积分电路是矩形脉冲激励下的微分电路与积分电路是矩形脉冲激励下的 RC RC RC RC 电路。电路。电路。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若选取不同的时间常数，可构成输出电压波形与输入电若选取不同的时间常数，可构成输出电压波形与输入电若选取不

11、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。压波形之间的特定（微分或积分）的关系。压波形之间的特定（微分或积分）的关系。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。分电路。26模拟电子技术5.5.2.4 5.5.2.4 微积分运算电路微积分运算电路积积分运算分运算充放电物理过程27模拟电子技术5.5.2.4 5.5.2.4 微积分运算电路微积分运算电路积积分运算分运算方波响应：方波响应：输入方波，输出是三角波。输入方波，输出是

12、三角波。tui0tuo0注意：只有当积分电路的时间注意：只有当积分电路的时间常数常数=RC比比充电至饱和的时充电至饱和的时间间大很多时，才能实现积分。大很多时，才能实现积分。它可把方波变成三角波。它可把方波变成三角波。28模拟电子技术5.5.2.4 5.5.2.4 微积分运算电路微积分运算电路积积分运算分运算（2）反相积分：）反相积分：如果如果u i=直流电压直流电压,输出将反相积分，输出将反相积分，经过一定的时间后输出饱和。经过一定的时间后输出饱和。tui0tuo0-UomTM积分时间积分时间求积到饱和值的时间：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

13、于TM，才能不饱和。正确变换三角波。29模拟电子技术 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 30模拟电子技术若t0时uO0，则t5ms时 uO10055103V2.5V。当t15mS时 uO100(5)10103（2.5）V2.5V。31模拟电子技术5.5.2.5 5.5.2.5 基本运算电路基本运算电路微分运算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的时间常数RC，就得到了微分电路。就得到了微分电路。利用虚地和虚断概念：32模拟电子技术5.5.2.5

14、 5.5.2.5 基本运算电路基本运算电路微分运算微分运算（1）方波响应）方波响应可用于快速提取Ui的变化信息。33模拟电子技术例例2、电路如图所示，、电路如图所示，C1=C2=C，试求出试求出uO与与ui的运算的运算关系式。关系式。34模拟电子技术解：对于节点解：对于节点N：i1=iC1对于节点P：C1=C235模拟电子技术因此：36模拟电子技术小结小结1电电路路中中常常用用的的负负反反馈馈有有四四种种组组态态：电电压压串串联联负负反反馈馈，电电压压并并联联负负反反馈馈，电电流流串串联联负负反反馈馈和和电电流流并并联联负负反反馈馈。可可以以通通过过输输出出短短路路法法和和瞬瞬时时极极性性法法

15、等等方法判断电路反馈类型。包括方法判断电路反馈类型。包括5种反馈类型。种反馈类型。2负负反反馈馈电电路路的的四四种种不不同同组组态态可可以以统统一一用用方方框框图图加加以以表表示示，其其闭闭环环增增益益的表达式为：的表达式为：3负负反反馈馈可可以以全全面面改改善善放放大大电电路路的的性性能能，包包括括：提提高高放放大大倍倍数数的的稳稳定定性性，减小非线性失真，扩展频带，改变输入、输出电阻等。变化减小非线性失真，扩展频带，改变输入、输出电阻等。变化1+AF倍。倍。在在深深负负反反馈馈条条件件下下，可可用用 和和“虚虚短短”“虚虚断断”法法和和符符号号判判断断估算电路的闭环增益。（包括估算电路的闭环增益。（包括4种反馈组态的电路分析方法）种反馈组态的电路分析方法）4运运算算放放大大器器在在加加入入负负反反馈馈的的条条件件下下，可可广广泛泛用用于于线线性性电电路路的的运运算算。分分析析方方法法以以“虚虚短短”“虚虚断断”法法为为核核心心的的3种种基基本本电电路路分分析析，外外加加叠叠加加法法，涉及的问题类型较多。涉及的问题类型较多。37