16集成运算放大器

1、1第第1616章章 集成运算放大器集成运算放大器16.1 16.1 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍16.2 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用16.3 16.3 运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用216.1 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器的简单介绍1. 运放的电压传输特性：运放的电压传输特性：设：电源电压设：电源电压VCC=10V。 运放的运放的Aod=104Ui1mV时，运放处于线性区。时，运放处于线性区。Aod越大，线性区越小，越大，线性区越小，当当Aod 时，线性区时，线性区0VVuuA+io+0uo

2、ui+10V-10V+Uom-Uom-1mV+1mV线性区线性区非线性区非线性区非线性区非线性区+10V-10V+Uom-Uom0uoui32.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 Aod=差摸输入电阻差摸输入电阻 Rid=输出电阻输出电阻 Ro=0为了扩大运放的线性区，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的条件：理想运放工作在线性区的条件： 电路中有负反馈！电路中有负反馈！运放工作在线性区的分析方法：运放工作在线性区的分析方法：虚短（虚短（u+=u-）虚断（虚断（ii+=ii-=0）3. 线性区线性区(放大区放大区

3、)uu+A+RiiRuu+ffoi1144. 非线性区（正、负饱和状态）非线性区（正、负饱和状态）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下一章讨论运放工作在非线性区的分析方法在下一章讨论VVuuA+io+10V-10V+Uom-Uom0uoui516.2.1 比例运算电路比例运算电路一一. 反相比例运算反相比例运算虚地点虚地点i1=if （虚断）（虚断）因为有负反馈，因为有负反馈，利用虚短和虚断利用虚短和虚断u+ =0 u=u+=0（虚地）（虚地）反馈方式：反馈方式：电压并联负反馈电压并联负反馈uu

4、+A+RiiRuu+ffoi11电压放大倍数电压放大倍数:1fioRRuuAfo1iRuRu 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号运算方面的应用6例题例题1. R1=10k , Rf=20k , , ui =-1V=-1V。求。求: :uo 、Ri。说明说明R0的作用，的作用， R0应为多大？应为多大？特点：特点：共模输入电压共模输入电压=0（u=u+=0）缺点：缺点：输入电阻小（输入电阻小（ Ri=R1） R0为平衡电阻为平衡电阻(使输使输入端对地的静态电阻入端对地的静态电阻相等相等):R0=R1/Rfuu+A+RiiRuu+ffoi110R210201fuRRAV2)

5、1)(2(iuouAu1iRR 7采用采用T型反馈网络的反相比例电路型反馈网络的反相比例电路目的：在高比例系数时，避免目的：在高比例系数时，避免R1阻阻值太小，使输入电阻太小。值太小，使输入电阻太小。112Ruiii 3322RiRi 又又1322323RuRRiRRii 44220RiRiu )/1(342142RRRRRRAu 分析：分析：u+=u-=0（虚短）（虚短） i1=i2 （虚断）（虚断）uu+A+oi1R2R4RR31ii24ii343221)(RiiRRui 4132121)(RRuRRRuRRuiii 8二二. 同相比例运算电路同相比例运算电路u-= u+= uii1=if

6、 （虚断）虚断）平衡电阻平衡电阻R=Rf/R1foi1i0RuuRu 因为有负反馈，因为有负反馈，利用虚短和虚断利用虚短和虚断反馈方式：反馈方式：电压串联负反馈电压串联负反馈uu+A+ouu+fiRf1iR1Ri特点：特点：输入电阻高输入电阻高缺点：缺点：共模输入电压共模输入电压0（u=u+=ui）电压放大倍数电压放大倍数:1fio1RRuuA9Au=1三三.电压跟随器电压跟随器此电路是同相比此电路是同相比例运算的特殊情况，例运算的特殊情况，输入电阻大，输出输入电阻大，输出电阻小。电阻小。在电路中在电路中作用与分立元件的作用与分立元件的射极输出器相同，射极输出器相同，但是电压跟随性能但是电压跟

7、随性能好。好。uuo+uA+uiui=u+= u-= uo因为有负反馈，因为有负反馈，利用虚短和虚断：利用虚短和虚断：101. 反相加法器：反相加法器：若若R1 =R2 =R, 平衡电阻平衡电阻R0= R1/ R2/Rf0 uui1 + i2= if16.2.2 加法运算电路加法运算电路uuu0u2RAfofRi2+i+i2uR+i1Ri11虚地虚地fo2i21i1RuRuRu )(i22fi11fouRRuRRu )(i2i1fouuRRu 112. 同相求和运算：同相求和运算：当当R1 = R2 = Rf = R时时, uuuuRi1RRf+i1A+ofiu+i2R12uu+A+ouu+f

8、ifRRRii112i2111i212)()(uRRRuRRRu of21i1i21212(1)()()uRRRuAuuuRRRRR 2ioi1uuu 同相比例运算同相比例运算: uRRu)1(fo1216.2.3 减法运算电路减法运算电路1、利用加法器和反相比例器、利用加法器和反相比例器)(OA2fi11fuRRuRRuo i11fi22fi22fi11f)(uRRuRRuRRuRRuo uuu0fuuRi1RRoiA+1+R2fAR+uu+Ri2uO A/2R13叠加原理叠加原理2、差动减法器、差动减法器 ui1作用作用i11fuRRuo ui2作用作用i22331f)1(uRRRRRuo

9、 综合：综合：i22331fi11f)1(uRRRRRuRRuo 231fRRRR 若若uuui1+f+R3uAuRoR1+R2i2uuuu3Rf+i1+12RRoARuuuR+ufA+o1RR2i2R+3uuui1+f+R3uAuRoR1+R2i2)(i1i21fuuRRuo则有：则有：14Ruii 虚虚地地tiCuud1CCO 16.2.4 积分电路积分电路tuRCd1i uu+oiiAC+iR1RCuC15反相积分器：反相积分器：如果如果u i=直流电压直流电压,输出将反相积分，经输出将反相积分，经过一定的时间后输出饱和。过一定的时间后输出饱和。tui0tuo0-UomTM积分时间积分时

10、间设设Uom=15V,ui=+3V, R=10k ,C=1 FtuRCud1io tuRCi1 求积到饱和值的时间：求积到饱和值的时间：MiOM1TuRCU s05. 0iOMM uRCUT16练习练习: : 画出在给定输入波形画出在给定输入波形作用下积分器的输出波形。作用下积分器的输出波形。R=10K,C=100uFR=10K,C=100uFuu+oiA+iR1RCiCCutui0212345tuo0-2-4-6)0(d1)1(iooutuRCu tuRCi1 17应用举例：应用举例：输入方波，输出是三角波。输入方波，输出是三角波。tui0tuo0uu+oiA+iR1RCiCCu1816.2

11、.5 微分电路：微分电路：u-= u+= 0Riu OdtduCiiC Cii dtduRCuio uuo1CRAi+R+iiC19)90sin( tRC tRCuo cos tui0tuo0tsinui 例：例：,求求uo。dtduRCuio 90uuo1CRAi+R+iiC205、在图（、在图（a）所示电路中，已知输入电压）所示电路中，已知输入电压uI的波形的波形如图（如图（b）所示，当）所示，当t0时时uO0。试画出输出电压。试画出输出电压uO的波形。的波形。21若若t0时时uO0，则，则t5ms时时uO10055103V2.5V。当当t15mS时时uO100(5)10103（2.5）V

12、2.5V。22因此输出波形如图所示因此输出波形如图所示236 6、电路如图、电路如图, ,由理想运放组成求和积分器由理想运放组成求和积分器, ,相应两相应两个输入信号波形如图。设运放最大输入电压个输入信号波形如图。设运放最大输入电压Vom=Vom=10V,10V,写出输出关系式写出输出关系式o=f(o=f(i1,i1,i2)i2)，并画出输出波形。并画出输出波形。 241. 1. 运放工作在非线性状态运放工作在非线性状态电路开环或引入正反馈。电路开环或引入正反馈。2. 2. 运放工作在非线性状态的分析方法：运放工作在非线性状态的分析方法： 若若U+U- 则则UO=+UOM； 若若U+U- 则则

13、UO=-UOM。 虚断（运放输入端电流虚断（运放输入端电流=0） 注意：此时不能用虚短！注意：此时不能用虚短！uuu-+ui+OA+uoui0+UOM-UOM16.3.3 16.3.3 比较器比较器25uoui0+UOM-UOM1. 过零比较器过零比较器: （门限电平（门限电平=0）uoui0+UOM-UOM一一. .单门限电压比较器单门限电压比较器uuu-+ui+OA+uu-u+iOu+A26tuituo+Uom-Uom例题：利用电压比例题：利用电压比较器将正弦波变为较器将正弦波变为方波。方波。uuu-+ui+OA+272. 单门限比较器（与参考电压比较）单门限比较器（与参考电压比较）uou

14、i0+Uom-UomUREFUREF为参考电压为参考电压当当ui UREF时时 , uo = +Uom当当ui UREF时时 , uo = -Uom 运放处于运放处于开环状态开环状态uuU+i-uuAOREF28uoui0+Uom-UomUREF当当ui UREF时时 , uo = -Uom 若若ui从反相端输入从反相端输入uuu-+ui+OA+UREF29uoui0+UZ-UZ（1）用稳压管稳定输出电压）用稳压管稳定输出电压忽略了忽略了UD3. 限幅电路限幅电路使输出电压为一稳定的确定值使输出电压为一稳定的确定值uuZ+O+-AuZ+DuRi当当ui 0时时 , uo = +UZ当当ui 0

15、时时 , uo = -UZ当当ui 0时时 , uo = +UZ 31二二. 迟滞比较器迟滞比较器1.工作原理工作原理两个门限电压。两个门限电压。特点特点:电路中使用正反馈电路中使用正反馈运放工作在非线性区。运放工作在非线性区。（1）当）当uo =+UZ时，时，（2）当）当uo =-UZ时，时，REFZURRRURRRUu2ff2f2T REFZURRRURRRUuf2ff22T UT+称上门限电压称上门限电压UT-称下门限电压称下门限电压UT+- UT-称为回差电压称为回差电压uuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R232迟滞比较器的电压传输特性：迟滞比较器的电压传输特性：uoui0+UZ-UZUT+UT-设设ui , 当当ui = UT+时时, uo从从+UZ -UZuuuA+R-Zu+DO+fuRZiREFR1R233例题：例题：R