武汉理工大学模电课件09运放电信

1、下页下页电子技术基础精品课程模拟电子技术基础20122022-3-14 9.1 概述概述 9.2 运算运算电路电路基本要求基本要求:1 掌握掌握“虚短虚短”和和“虚断虚断”下下，分析基本线性运算电路，分析基本线性运算电路的分析求解的分析求解2 了解滤波器的分类、应用了解滤波器的分类、应用3 掌握电压比较器的工作原理及电路分析掌握电压比较器的工作原理及电路分析作业作业P258:1(8.2.1)、2(2.2)、4(2.4)、7(2.7）8d(2.8d)、13(2.12)，22(8.6.2)、23(6.3)、25(6.5) 9.3 有源滤波器有源滤波器 9.4 电压比较器电压比较器 9.5 集成运算

2、放大器集成运算放大器应用应用中应注意问题中应注意问题下页下页电子技术基础精品课程模拟电子技术基础20122022-3-149.1.1 理想理想运放运放参数参数（b）国内外常用符号）国内外常用符号 9.1 概述概述（a）国标符号）国标符号AA 开环电压增益开环电压增益: Avo=, =, （105 很高）很高） 输入电阻输入电阻: Ri = = , , （106 很大）很大） 输出电阻输出电阻: ro =0=0 （100 很小）很小） 开环带宽开环带宽BW= = , , （实际中很少实际中很少） KCMR= = 。vP=vN ，vO0，失调电压为零；，失调电压为零； 越大越好的参数为越大越好的参

3、数为，越小越好的参数为，越小越好的参数为0 0。下页下页电子技术基础精品课程模拟电子技术基础20122022-3-149.1.2 运放的运放的线性工作状态线性工作状态-虚短和虚断虚短和虚断又又 Ri = = , , （106 很大）很大） ii 0 0 ，即：，即：虚断虚断 利用利用“虚短虚短”和和“虚断虚断”，可以简化运算放大器电路的分析，可以简化运算放大器电路的分析过程。过程。 vPvN ，即：，即：虚短虚短； vOAvo(vPvN) 而，而， -VCC vO VCC ） 开环电压增益开环电压增益: Avo=, =, 下页下页电子技术基础精品课程模拟电子技术基础20122022-3-141

4、）运算放大器为理想运放：）运算放大器为理想运放：Aod、 rid 等均等均为为，ro等均为等均为0。满足：满足：uNuP，虚短；虚短；iNiP0，虚断，虚断3）电路电路构成构成：引入电压负反馈。引入电压负反馈。无源网络无源网络2 2） 工作于工作于线性线性放大放大区区: : u uO OA Aodod( (u uP P u uN N) )线性应用时运算放大电路的工作条件线性应用时运算放大电路的工作条件（2）滤波滤波电路：电路：低通、高通、带通低通、高通、带通等等；描述方法：描述方法：运运分析传递函数分析传递函数:)()()(iosVsVsA 线性应用：线性应用：（1）运算电路：）运算电路：加、

5、减、加、减、乘、除、积分、微分、对数、指数等乘、除、积分、微分、对数、指数等；描述方法：描述方法：运算关系式运算关系式 uOf (uI)（3）分析方法：）分析方法：利用利用“虚短虚短”和和“虚断虚断”列相关节点电流方程列相关节点电流方程。9.1.2 运放的运放的线性工作状态线性工作状态-虚短和虚断虚短和虚断下页下页电子技术基础精品课程模拟电子技术基础20122022-3-149.1.3 运算放大器的运算放大器的非线性工作状态非线性工作状态 一般，在线性工作区，一般，在线性工作区， |vP-vN| uN时，时， uOUOM uP2应用：应用：让已知频率的信号通过让已知频率的信号通过,通信系统，如

6、收音机等。通信系统，如收音机等。9.3.1 基本概念基本概念下页下页电子技术基础精品课程模拟电子技术基础20122022-3-142) 有源滤波电路的有源滤波电路的分类分类(4) 带阻带阻（BEF）(陷波陷波)(Band-Elimination Filter)电路构成：电路构成：低通低通1高通高通2vivo1vo是否可由低通和高通串接而成？是否可由低通和高通串接而成？怎么构成？怎么构成？1UN即即 vi0 时，时， vOmax = +VCCUPUN 即即vi VN即即viVREF 时，时， vOmax = +VCCVPVN即即viVN， VOH VPVP即即viVT+ 时，时， vO =VOL

7、VPVN即即viVT-时，时， vO = VOH回差电压为：回差电压为： TVVVTTvi上升时与上升时与VT+比较，比较，vI下下降时与降时与VT-比较。比较。viVT+ 时，时， vO =VOLViR1VoVREFR2A9.4.3 迟滞迟滞电压比较器电压比较器下页下页电子技术基础精品课程模拟电子技术基础20122022-3(RRRVRRRVRRRVVVVoiioiP 同相输入迟滞电压比较器同相输入迟滞电压比较器ViR1VoVREFR2A 同相输入迟滞电压比较器同相输入迟滞电压比较器（1）电路的组成：）电路的组成： 引入正反馈电路，输入信号从正相引入正反馈电路，输入

8、信号从正相端输入。端输入。（2）门限电压的计算：）门限电压的计算：令令VP=VN, 得到上门限电压为：得到上门限电压为：1212/)(RRVRRVVoLREFT 得到下门限电压为：得到下门限电压为：1212R/RV)RR(VVoHREFT VPVN=VREF， VOH VPVN即即viVT+ 时，时， vO =VOHVNVP即即viVT+时，时，vo=VOHvi到到viVT+时翻转，时翻转，vo=VOHvi到到viVT-时翻转，时翻转，vo=VOL过程分析：过程分析：viuN=uREF， uZ uPURH时，时，uO1= uO2= UOM，D1导通，导通，D2截止；截止； uO= UZ。当当u

9、IURL时，时，uO2= uO1= UOM，D2导通，导通，D1截止；截止； uO= UZ 。当当URLuI URH时，时， uO1= uO2= UOM，D1、D2均截止；均截止； uO= 0。将将vi变化区间分成三个，变化区间分成三个，下页下页电子技术基础精品课程模拟电子技术基础20122022-3-141）单门限：）单门限：单运放开环，只有一个阈值，单运放开环，只有一个阈值，输入电压单调变化输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。使输出电压只跃变一次。 三种比较器总结三种比较器总结2）迟滞）迟滞(双门限双门限)：单运放正反馈，有二个阈值；单运放正反馈，有二个阈值；输入电压的输入电压的变化方向

10、不同，阈值电压也不同，变化方向不同，阈值电压也不同，上升时阈值为上门限值，上升时阈值为上门限值，下降时阈值为下门限值；下降时阈值为下门限值；输入电压单调变化使输出电压只跃输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。变一次。具有滞回特性。具有滞回特性。2）窗口：双）窗口：双运放开环，有二个阈值；运放开环，有二个阈值；输入电压单调变化使输输入电压单调变化使输出电压跃变出电压跃变二二次。次。下页下页电子技术基础精品课程模拟电子技术基础20122022-3-14基本构成基本构成基本原理：基本原理： 通过迟滞比较器输出的正、负饱和电压对通过迟滞比较器输出的正、负饱和电压对RC电路进行充电路进行充电或放电，电容

11、上电压的升高或降低，又作为比较器控制电或放电，电容上电压的升高或降低，又作为比较器控制Uo状态翻转的信号，状态翻转的信号，Uo的跳变又进而控制了电容上的电压是充的跳变又进而控制了电容上的电压是充电或放电，如此循环，可在比较器的输出端得到方波或矩形电或放电，如此循环，可在比较器的输出端得到方波或矩形波。波。 迟滞比较器迟滞比较器RC充放电充放电定时电路定时电路积分电路积分电路Vo9.4.5 方波发生器方波发生器下页下页电子技术基础精品课程模拟电子技术基础20122022-3-14R2R1 Uo经经R对对C充电，充电，Uc，以指数规律趋向，以指数规律趋向+UZ，当当UcUTH，状态翻转，状态翻转，

12、Uo从从+UZ-UZ，C放电，放电，UC减小，减小，当当UcUTL，状态翻转，状态翻转，Uo从从-UZ+UZ，然后周而复始，然后周而复始，Uo为方波。为方波。设设Uc(o)0, Uo=+UZ, 212UURRRoP UTH、UTL工作原理工作原理 9.4.5 方波发生器方波发生器下页下页电子技术基础精品课程模拟电子技术基础20122022-3-14占空比可调电路占空比可调电路为了占空比调节范围大，为了占空比调节范围大，R3应如何取值？应如何取值？ 正向充电和反向充电时间常数可正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。调，占空比就可调。9.4.5 方波发生器方波发生器下页下页电子技术基础精品

13、课程模拟电子技术基础20122022-3-14矩形波经过矩形波经过积分积分器器三角波。三角波。两个两个RC环节环节实际电路将两个实际电路将两个RC 环节合二为一环节合二为一ZUuO要取代要取代uC，必须改变输入端。，必须改变输入端。集成运放应用电路的分析方法：集成运放应用电路的分析方法：化整为零（分块），分析功能（每块），统观整体，性能估算化整为零（分块），分析功能（每块），统观整体，性能估算9.4.5 方波发生器方波发生器下页下页电子技术基础精品课程模拟电子技术基础20122022-3-14l锯齿波发生锯齿波发生器器T思考？思考？R3大的大小对波大的大小对波形的影响形的影响？使三角波电路的正

14、、反向积分时间常数使三角波电路的正、反向积分时间常数不同不同锯齿波电路。锯齿波电路。下页下页电子技术基础精品课程模拟电子技术基础20122022-3-149.5 集成运算放大器应用中应注意的问题集成运算放大器应用中应注意的问题P280：1）集成运算放大器器件的选用）集成运算放大器器件的选用2）集成运算放大器器件的测试）集成运算放大器器件的测试3）集成运算放大器器件的调零）集成运算放大器器件的调零4）集成运算放大器器件的保护：）集成运算放大器器件的保护： （1）电源极性保护；）电源极性保护；（2）输入保护；）输入保护；（3）输出保护）输出保护下页下页电子技术基础精品课程模拟电子技术基础20122

15、022-3-14 O1vS111fvRR 第一级反相比例第一级反相比例第二级反相加法第二级反相加法 OvS222fvRR O122fvRR 例：例：利用反相信号求和以实现减法运算利用反相信号求和以实现减法运算 Ov即即S111f22fvRRRR S222fvRR 当 时22f11f RRRR ，得得2S1SOvvv （减法运算）（减法运算）例题例题下页下页电子技术基础精品课程模拟电子技术基础20122022-3-14图图1R1RRfvovi1vi2例例2-1：如图电路是由理想集成运算放大器构成的放大电路试写如图电路是由理想集成运算放大器构成的放大电路试写出出VO与与Vi或或Vi1，Vi2及及V

16、i3之间关系式。之间关系式。 解：解：方法一：方法一：根据根据“两虚两虚“列列KCL方程方程图一：图一：vvP P=v=vN N，i ii i=0, v=0, vP P=v=vi1i1,i,iR1R1=i=iRfRf, ,图图2R4R9R7R6vi1vi2R2R8vo1vo2R1R5R3vovi3R10f1io12i1iRvvRvv 1f2i1f1ioR/Rv)R/R1(vv 11i1of2if1iRvRvRvRv 例题例题下页下页电子技术基础精品课程模拟电子技术基础20122022-3-14例例2-1：如图电路是由理想集成运算放大器构成的放大电路试写如图电路是由理想集成运算放大器构成的放大电

17、路试写出出VO与与Vi或或Vi1，Vi2及及Vi3之间关系式。之间关系式。 图图1RR1Rfvovi1vi2解：解：方法一：方法一：根据根据“两虚两虚“列列KCL方程方程图图2R4R9R7R6vi1vi2R2R8vo1vo2R1R5R3vovi3R10图二：图二：vP=vN，ii=0, vP1=vi1,iR1=iR2, vP2=vi2,iR5=iR6, vP3=vN321i1o11iRvvRv 62i2o52iRvvRv 82o3P33P1oRvvRvv 10oP393P3iRvvRvv 9103i3562i8121i83910oR/RVR)R/R1(VR)R/R1(VRR)R/R1(V 例题

18、例题下页下页电子技术基础精品课程模拟电子技术基础20122022-3-14例例2-1：如图电路是由理想集成运算放大器构成的放大电路试写如图电路是由理想集成运算放大器构成的放大电路试写出出VO与与Vi或或Vi1，Vi2及及Vi3之间关系式。之间关系式。 图图1RR1Rfvovi1vi2图图2R4R9R7R6vi1vi2R2R8vo1vo2R1R5R3vovi3R10解：解：方法二：方法二：熟悉基本运算单元电路，熟悉基本运算单元电路，结合叠加法直接写出单级关系式结合叠加法直接写出单级关系式121f,o2ivRRv0v 时时，1i1f, ,o2iv )RR1(v0v 时时，, ,o,oovvv 图一：图一：当当v vi1=0=0时，为反相比例运算；时，为反相比例运算； v vi2=0=0时，是同相比例运算时，是同相比例运算1f2i1f1ioR/Rv)R/R1(vv 例题例题下页下页电子技术基础精品课程模拟电子技术基础20122022-3-14例例2-1：如图电路是由理想集成运算放大器构成的放大电路试写如图电路是由理想集成运算放大器构成的放大电路试写出出VO与与Vi或或Vi1，Vi2及及Vi3之间关系式。之间关系式。 图图1RR1Rfvovi1vi2图图2R4R9R7R6vi1vi2R2R8vo1vo2R1R5R3vovi3R10解：解：方法二：方法二：熟悉基本运算单元电路，熟悉基本