第7章运算放大器

1、uoroAoduiduidri1. 运算放大器的低频等效电路运算放大器的低频等效电路7.1 集成运放应用基础集成运放应用基础 u u+ uo 由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的的理想运放理想运放。理想运放的条件：理想运放的条件： 0A ir0ro )uu(Au0o uu0Ii 放大倍数与负载无关，放大倍数与负载无关，可以分开分析。可以分开分析。虚短路虚短路虚开路虚开路共模抑制比共模抑制比CMRR=2.理想运算放大器理想运算放大器线性区：线性区：uo = Auo(

2、(u+ u)非线性区：非线性区：u+ u 时，时， uo = +UoH u+u-时时, uO+UOH当当u+ u 时，时， uo = + UoH u+0时：时：i11FouRRu ui0 时时, Uo=UOH(正向饱和正向饱和)当当 uiUR 时时, Uo=UOH(正向饱和正向饱和)当当 uiUR 时时, Uo=UOL(负向饱和负向饱和) 同相比较器同相比较器传输特性传输特性反相比较器反相比较器+uoURuiuIURUOHuOUOLO传输特性传输特性当当 uiUR 时时, Uo=UOL(负向饱和负向饱和)uIUROuO UOHO UOLw tw t具有输入保护和输出限幅的比较器具有输入保护和输

3、出限幅的比较器 uIuO(a)VD1URR2VDzR1RpVD2uIuO(b)VD2VD1URR2VDzR1RpVD38.9.3 迟滞比较器迟滞比较器(滞回滞回)1、下行的迟滞比较器、下行的迟滞比较器(反相输入反相输入)分析：分析：1、因为有正反馈，、因为有正反馈，所以输出饱和。所以输出饱和。2、当、当uo正饱和时：正饱和时：HoHRUURRRU2113、当、当uo负饱和时：负饱和时：LOLRUURRRU211比较电压比较电压UR由原由原来的输出决定来的输出决定+uoRR2R1uiUR传输特性传输特性U+HU+LU+H-U+L称为回称为回差差小于回差的干扰不会引起跳转小于回差的干扰不会引起跳转

4、下限阈值下限阈值上限阈值上限阈值uoui0UoH-UoLHoHRUURRRU211LoLRUURRRU211+uoRR2R1uiURtuiU+HU+LtuoUoH-UoL输入正弦波的情况输入正弦波的情况U+HU+Luoui0UoH-UoLRoHHURRRURRRU212211RoLLURRRURRRU212211加上参考电压后的上下限加上参考电压后的上下限(反相输入反相输入)+uoRR2R1uiUR当当uo=+UoH当当uo=-UoL传输曲线传输曲线uoui0U+HU+L+uoRR2R1uiURRoHHURRRURRRU212211RoLLURRRURRRU212211当当uiU+H +UoH

5、-UoL当当uiU+L -UoL+UoH(a) 同相滞回比较器R1R2R3uIURuO(b) 反相滞回比较器R1R2R3URuIuOiORuRRRuRRRuUu323322 2、上行的迟滞比较器、上行的迟滞比较器(同相输入同相输入)u+u-=UR uo=+UoHu+u-=UR uo=-UoLORiuRRURRu32321 设设 uo=+UoH , uiu+u-=UR时，时， 使使uo=-UoL，所对应的所对应的uI值就是下值就是下限阈值限阈值, 即即 ORiuRRURRu32321 OHRTLURRURRU32321OLRTHURRURRU32321+uoRR2R1uiuR设设 uo=-UoL

6、 , uiu+u-=UR时，时， 使使uo=+UoH，所对应的所对应的uI值就是值就是上限阈值上限阈值, 即即 IU+HU+Lui0UoH-UoL同相同相滞回比较器的传输特性滞回比较器的传输特性*8.10 集成运放其它应用集成运放其它应用8.10.1电压源、电流源与电压、电流的测量电压源、电流源与电压、电流的测量1、电压源：、电压源： 要求输出电阻小要求输出电阻小电路电路组成组成反向比例放大器反向比例放大器同相比例放大器同相比例放大器_+ + R2R1RPUoUs反向比例放大器组成的电压源反向比例放大器组成的电压源电路特点电路特点1、同相比例放大器组成的电压源的输出、同相比例放大器组成的电压源

7、的输出大于输入。大于输入。2、反相比例放大器组成的电压源输出可、反相比例放大器组成的电压源输出可以小于输入。以小于输入。3、同相比例放大器的输入电阻大，从信、同相比例放大器的输入电阻大，从信号源取得的电流小。号源取得的电流小。2、电流源：、电流源： 要求输出电阻大，要有电流要求输出电阻大，要有电流负反馈。负反馈。_+ + R2R1RPUsRFRLFIL_+ + R2R1RPUsRFRLFILs12FURRU S1F2FF2FFLURRRRUR/RUI 负载负载悬地！悬地！R1R1+AR2R2uoUsRLIL负载接地的电流源负载接地的电流源1SLRUI 自己推导自己推导3、电压、电流与电阻的测量

8、：、电压、电流与电阻的测量：指针式万用表的缺点：指针式万用表的缺点：（1）不能测量微小电压；）不能测量微小电压；（2）Rg不是不是0或或 ，因此引起误差，因此引起误差；（3）作交流测量时，表盘刻度是非线性的，）作交流测量时，表盘刻度是非线性的，影响精度。影响精度。同相输入的电流源可以作为电压表同相输入的电流源可以作为电压表_+ + RFRGUxFIG输入电阻大，相输入电阻大，相当于电压表的内当于电压表的内阻是无穷。阻是无穷。IG正比于正比于UX_+ + RFRGUxFIGFXGRUI 选用：选用：IG=100 A，RF=10 ，则：，则：UX=IGRG=1mV此电路的优点此电路的优点1、能测量

9、较小的电压；、能测量较小的电压；2、输入电阻高，对被测电路影响小；、输入电阻高，对被测电路影响小；3、与、与RG无关，表头的互换性好；无关，表头的互换性好；4、RF小，可以做得较精密。小，可以做得较精密。电压表扩大量程电压表扩大量程_+ + RFRGFIG1mV电压表电压表R1R2R31mV10mV100mV分压电阻的计算分压电阻的计算取取R1=100kmV1mV10RRR211 mV1mV100RRRR3211 解出：解出：R2=900k, R3=1MR1R2R31mV10mV100mV电流表电流表_+ + RFRGFIG1mV电压表电压表100 10 A10 100 A1 1mAIRR=R

10、FIg=1mV+ R电阻表电阻表_+ + RFRGFIGSXXXURRRU R UsRXUXUX=UF=IGRF (1).半波整流电路半波整流电路+-uiDRL+-uo在普通的二极管线性在普通的二极管线性 检波检波电路中，由于硅二极管的正电路中，由于硅二极管的正向导通电压不小于向导通电压不小于0.5V，当当Ui小于小于1V时，时，UO 误差很大。误差很大。 并且，二极管作为一个半导体元件，它很容并且，二极管作为一个半导体元件，它很容易受到温度的影响，它还具有非线性特性，所易受到温度的影响，它还具有非线性特性，所有这些先天不足，都是形成检波误差的根源。有这些先天不足，都是形成检波误差的根源。若把

11、普通二极管置于运算放大器的反馈回路若把普通二极管置于运算放大器的反馈回路中，就能大大削弱这些影响，提高电路的精度。中，就能大大削弱这些影响，提高电路的精度。8.10.2 精密整流电路精密整流电路tuio工作原理：工作原理：ui 0 时时,uo1 0 , D2 导通导通,D1 截止截止,uo = 0 ; ui 0,D2 截止截止,D1 导通，此时导通，此时:tuooi1FouRRu +uiuoR1RFR2D1D2Auo1显然，只要运放的输显然，只要运放的输出电压大于二极管的出电压大于二极管的正向电压，正向电压，D1 和和 D2 中中总有一个导通总有一个导通，另一，另一个截止，这个电路就个截止，这

12、个电路就能正常整流。能正常整流。 这个电路所要求的最小输入电压峰值为：这个电路所要求的最小输入电压峰值为：UD/Au UD 为二极管的正向电压为二极管的正向电压Au=RF/R1+uiuoR1RFR2D1D2Auo1思考题：思考题：如果我们希望获得正半波如果我们希望获得正半波性的输入信号，怎么办？性的输入信号，怎么办？二极管反向二极管反向+uiuoR1RFR2D1D2(2).全波整流电路全波整流电路在半波整流电路的基础上，加一级加法运算放在半波整流电路的基础上，加一级加法运算放大器，就组成了简单的绝对值电路：大器，就组成了简单的绝对值电路：+uiuoR1RF1R21D1D2+R11RF2R22R12A1A2u1左图中左图中A1 构成半波整流构成半波整流电路，在电路，在 R1 RF1 的条的条件下，有：件下，有：0( 当当 ui 0 )- ui