运算放大器ppt介绍

1、第二章第二章 运算放大器运算放大器概述概述实际运放的电压传输特性实际运放的电压传输特性( (了解了解) )：设：电源电压设：电源电压V VCCCC= =10V10V。 运放的运放的A AVOVO=10=104 4UUi i1mV1mV时，运放处于线性区。时，运放处于线性区。A AVOVO越大，线性区越小，越大，线性区越小，当当A AVOVO时，线性区时，线性区00概述概述1.1.理想运算放大器：理想运算放大器：开环电压放大倍数开环电压放大倍数 A AV0V0=差摸输入电阻差摸输入电阻 R Ridid=输出电阻输出电阻 R R0 0=0=0第二章第二章 运算放大器运算放大器为了扩大运放的线性区，

2、给运放电路引入负反馈：为了扩大运放的线性区，给运放电路引入负反馈：理想运放工作在线性区条件理想运放工作在线性区条件 电路中有负反馈！电路中有负反馈！运放工作在线性区分析方法运放工作在线性区分析方法虚短（虚短（U UP P=U=UN N）虚断（虚断（i iP P=i=iN N=0=0）2. 2. 线性区线性区1.1.理想运算放大器：理想运算放大器：第二章第二章 运算放大器运算放大器3. 3. 非线性区（正、负饱和输出状态）非线性区（正、负饱和输出状态）运放工作在非线性区的条件：运放工作在非线性区的条件：电路开环工作或引入正反馈！电路开环工作或引入正反馈！运放工作在非线性区的分析方法在第九章讨论运

3、放工作在非线性区的分析方法在第九章讨论2. 2. 线性区线性区1. 1. 理想运算放大器：理想运算放大器：第二章第二章 运算放大器运算放大器2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路三种基本组态三种基本组态vIvO- -+RfR1AvNvPR21.反相比例运算电路反相比例运算电路0P= =vfON1NIRvvRvv = = I1fOvRRv = =输出与输入反相输出与输入反相虚短虚短虚断虚断PN= = vv平衡电阻平衡电阻R Rf f=R=R1 1特例特例R R2 2反号器反号器Vo=-ViVo=-VivIvO- -+RfR1AvNvPR2 三种基本组态三种基本组态1.反相比例运算电路反相比例运

4、算电路例例1. R1. R1 1=10k=10k , R , Rf f=20k=20k , , V Vi i =-1V=-1V。求。求: :V Vo o AV= -（Rf / R1）= -20/10= -2Vo= AV Vi=(-2)(-1)=2V特点： 反相端虚地，故共模输入可视为0，对运放共模抑制比要求低 输出电阻小，带负载能力强 要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差。 如果要求放大倍数100，R1=100K，Rf=10M2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路vIvO- -+RfR1AvNvPIPvv = =2.同相比例运算电路同相比例运算电路fON1N0RvvRv = = I1

5、fO)1(vRRv = =输出与输入同相输出与输入同相vIvO- -+AvNvP虚短虚短虚断虚断特例特例PNvv= =R R1 1= Vo=ViVo=Vi电压跟随器电压跟随器2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路vIvO- -+RfR1AvNvP2.同相比例运算电路同相比例运算电路例例2. R1=10k , Rf=20k , , Vi =-1V=-1V。求。求: :Av=1+ =1+20/10=3RfR1Vo= Av Vi=(3)(-1)= -3V特点： 输入电阻高，输出电阻小，带负载能力强（P30 图2.3.3） V-=V+=Vi，所以共模输入等于输入信号，对运放的共模 抑制比要求高2.3

6、 基本线性运放电路基本线性运放电路_+RfR1R2vi2voR3vi13.差分式放大电路差分式放大电路虚短虚短虚断虚断PNvv= =fON1Ni1RvvRvv=3P2Pi20RvRvv=i11fi23231f1O)(vRRvRRRRRRv=2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路_+RfR1R2vi2voR3vi13.差分式放大电路差分式放大电路叠加定理叠加定理特例特例减法器减法器当当,231fRRRR= =则则)(i1i21fOvvRRv=若继续有若继续有,1fRR = =则则i1i2Ovvv=Vi1单独单独Vi2单独单独i11fi23231f1O)(vRRvRRRRRRv=2.3 基本线性

7、运放电路基本线性运放电路(VS VK ) /R1 = (VK 0) /R2 + (VK VN) /R3 KR1R2R3Rf(VK VN ) /R3 = (VN VO) /Rf PNvv= =VO =-2.5VsP0v= =2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路例1：求电路的电压放大倍数Avf例例2：求电路的电压放大倍数：求电路的电压放大倍数AvfA1R1R8R2voR3R4viR7R6R5A2A3v+3vo3v+1ovRRRv4343=35631=vRRvo37881ovRRRv=887655443RRRRRRRRRvvAiovf2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路VN1VN2(VN1

8、VN2 ) = (V3 V4) *(R1 /(2*R2 +R1) VO= -V3*(R3 / R4)+V4*(R4 / (R3+R4 )*(R4/R3 +1) 2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路运算电路运算电路1NS1-RvvfON-Rvv= =根据根据虚短虚短、虚断虚断得：得：2S2f1S1fO-vRRvRRv=f21RRR= = =若若PN= = vv2NS2-Rvv R2RfR1vS2vS1iIvONP+则有则有2S1SO-vvv = = = 0Pv4. 加法电路加法电路叠加定理叠加定理反相放大器派生反相放大器派生同相放大器派生？同相放大器派生？2.3 基本线性运放电路基本线性运放

9、电路例:设计一加减运算电路设计一加减运算电路，使 Vo=2Vi1+5Vi2-10Vi3解：用双运放实现如果选Rf1= Rf2 =100K，且R4= 100K则：R1= 50K R2= 20K R5= 10K平衡电阻 R3= R1/ R2/ Rf1= 12.5KR6= R4/ R5/ Rf2= 8.3KVi2-+A1Rf1R3Vo1R2Vi1R1-+A2Rf2R6VoR4Vi3R52.3 基本线性运放电路基本线性运放电路 T T型网络反相比例运算电路型网络反相比例运算电路IIOuRRuRRRu1f142=21ii =IMuRRu12=IMuRRRRui31233=33ii=124iii又又442

10、2RiRi=Ou43121)(RiiRi=4312121)(RuRRRRuRRuuIIIO=当当R3=时时IIouRRRRuRRRu3142142=1i021RuRuMI=1i1. 1. 积分电路积分电路式中，负号表示式中，负号表示vO与与vS在相位上是相反的。在相位上是相反的。“虚短虚短”“虚断虚断”PN= = vv设电容器设电容器C的初始电压为零，则的初始电压为零，则 = =tvRCvd1SO（积分运算）（积分运算）d (vN= =RvSCd t- vN- vO)P= = 0v2.4 2.4 基本线性运放电路基本线性运放电路应用举例：应用举例：tVS0tVo0 = =tvRCvd1SO输入

11、方波，输出是三角波。输入方波，输出是三角波。2.4 基本线性运放电路基本线性运放电路2.4 基本运算电路基本运算电路了解了解了解了解2.4 基本线性运放电路基本线性运放电路P39 例例2.4.3R=10KC=5nF已知：已知： vc (0)=0 画输出电压波形。例画输出电压波形。例2.4.3)(510VttRCvdtvRCvstso=vo (t1)=8V)t (vdtvRC1v1ottso1=8)(1=ttRCvs8)(1.01=ttvo (t2)=0V4.微分运算电路微分运算电路RViOR=tVCdtdqiCCdd=CRii =dtiCVCC1NPVV=0=NPii0=RiVRO=RiC=t

12、VRCCdd=tVRCVIodd=ICVV=t0uotuisin=若输入：若输入：则：则：)90sin(cos=tRCtRCuotVRCVIodd=应用举例：应用举例：输入方波，输出是尖顶波输入方波，输出是尖顶波应用举例应用举例2：输入正弦波输入正弦波输出余弦波输出余弦波滞后滞后90 uit0tuRCuIodd=实用微分运算电路实用微分运算电路 (与习题与习题P51 2.4.12大致相同大致相同)限制输入电流限制输入电流限制输出电压限制输出电压补偿电容，提高稳定性补偿电容，提高稳定性逆函数型微分运算电路21ii =NPuu=0=NPii221RVRVOI=dtCRO3O2VV1011=NPVV

13、IOVRRV122=IVRR12=dtCRO3V1=dtRCRROI132VVdtdRCRRI132OVV=利用积分运算电路来实现微分运算电路利用积分运算电路来实现微分运算电路同相积分运算电路11Cii =dtuudCRuONN=dtduCdtduCON=RudtduCdtduCNNO=22Cii =dtduCRuuPPI=RudtduCRuPPI=PNuu =RudtduCIO=dtuRCuIO1同相积分运算电路同相积分运算电路调节器电路FCiii=110=NPuudtduCiIC11=11RuiI=dtduCRuRRRiuIIFR121222=22CROuuu=dtCF2C2iu1=dtR

14、udtduCCII1121=dtuCRuCCII21211dtduCRuRRuIIO1212=dtuCRuCCII212112.4 基本运算电路基本运算电路其中，其中，IES 是发射结反向饱和电流，是发射结反向饱和电流，vO是是vS的对数运算。的对数运算。)1e (TBEESEC = = VvIiiBJT的发射结有的发射结有BEOvv = =利用虚短和虚断，电路有利用虚短和虚断，电路有vSTiCRiNvO+P当当 时，时，V7 . 0BET vVTBEeESECVvIii RviiSC= = =TBEeESECVvIii ESTSTOlnlnIVRvVv = =3. 对数运算电路对数运算电路利

15、用利用PN结的指数特性实现对数运算结的指数特性实现对数运算2.4 基本运算电路基本运算电路vO是是vS的反对数运算（指数运算）的反对数运算（指数运算）4. 反对数运算电路反对数运算电路BESvv = =利用虚短和虚断，电路有利用虚短和虚断，电路有要求要求V7 . 0BEST = = vvVTSeESOVvIv = =RivFO = =TBEeESEFVvIii vSvORiFTiE+2.4 基本运算电路基本运算电路5. 乘法电路乘法电路根据两数相乘的对数等于两数的对数之和根据两数相乘的对数等于两数的对数之和 ，2.4 基本运算电路基本运算电路设计思考题讨论设计思考题讨论1、vo= -10vS1

16、Ri=10K2、vo= 2 vS1 5 vS22s2f1s3fovRRvRRv=P3fov)RR1(v=)v(RRRvRRRvS2211S1212P=vo= 2 vS1 5 vS21414222)1 (sfsfovRRRRRvRRv=3、vo= 6vS1 5 vS2 3 vS31s41432f2s2f3s3fovRRR)R/RR1 (vRRvRRv=Ebe26mV)+(1IrXELOmV26vIRvXELvImV26R=YXOvKvv =对于差放有：对于差放有：XbeL =OvrRvey3CERv212II= 1.基本原理基本原理2.5 模拟乘法器电路模拟乘法器电路P2952.5 模拟乘法器电

17、路模拟乘法器电路YXO=vKvv2、模拟乘法器符号K为比例因子，一般为正。为比例因子，一般为正。 3、乘法运算2.5 模拟乘法器电路模拟乘法器电路4、乘方和立方运算 2.5 模拟乘法器电路模拟乘法器电路5、除法运算根据虚端虚断有：根据虚端虚断有： Vo与与vx1、vx2之商成比例，实现了除法运算之商成比例，实现了除法运算只有当只有当vx2为正极性时，才能保证运放处于负反馈状态为正极性时，才能保证运放处于负反馈状态vx1则可正可负则可正可负-+OxvKvv22=2.5 模拟乘法器电路模拟乘法器电路6、开平方运算电路 根据虚端虚断有：根据虚端虚断有： 只有当只有当vX为负值时才能开平方为负值时才能

18、开平方 图中的二极管即为保证这一点而接入的图中的二极管即为保证这一点而接入的 2O2Z1XKvvRvRvZ=3X212O2O21X3O2OO1O22OO1=vKRRvRvRvvKvKvvKvv=2.5 模拟乘法器电路模拟乘法器电路7、开立方运算电路 根据虚端虚断有：根据虚端虚断有： 当当vX为正值时，为正值时，vO为负值为负值 当当v vX X为负值时，为负值时，v vO O为正值。为正值。 本章小结本章小结1集成运放可以构成加法、减法、积分、微分、对数和集成运放可以构成加法、减法、积分、微分、对数和反对数等多种运算电路。在这些电路中，均存在深度负反对数等多种运算电路。在这些电路中，均存在深度负反馈。因此，运放工作在线性放大状态。这时可以使用反馈。因此，运放工作在线性放大状态。这时可以使用理想运放模型对电路进行分析，理想运放模型对电路进行分析，“虚短虚短”和和“虚断虚断”的的概念是电路分析的有