武汉理工大学模电运放电信学习教案

1、会计学1武汉理工大学模电运放电信武汉理工大学模电运放电信(dinxn)第一页，共68页。9.1.1 理想运放理想运放(yn fn)参数参数（b）国内外常用）国内外常用(chn yn)符号符号 9.1 概述概述(i sh)（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

2、越大越好的参数为，越小越好的参数为，越小越好的参数为0 0。第1页/共68页第二页，共68页。9.1.2 运放的线性工作运放的线性工作(gngzu)状态状态-虚短和虚虚短和虚断断又又 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(fnx)过程。过程。 vPvN ，即：，即：虚短虚短； vOAvo(vPvN) 而，而， -VCC vO VCC ） 开环电压开环电压(diny)增益增益: Avo=, 第2页/共68页第三页，共68页。1）运算放大器为理想）运算放大器

3、为理想(lxing)运放：运放：Aod、 rid 等均为等均为，ro等均等均为为0。满足满足(mnz)：uNuP，虚短；，虚短；iNiP0，虚断，虚断3）电路构成）电路构成(guchng)：引入电压负反馈：引入电压负反馈。无源网络无源网络2 2） 工作于线性放大区工作于线性放大区: : 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）滤波电路：）滤波电路：低通、高通、带通等；低通、高通、带通等；描述方法：描述方法：运分析传递函数运分析传递函数:)()()(iosVsVsA 线性应用：线性应用：（1）运算电路：

4、）运算电路：加、减、乘、加、减、乘、除、积分、微分、对数、指数等；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：利用）分析方法：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 运放的线性工作状态运放的线性工作状态-虚短和虚断虚短和虚断第3页/共68页第四页，共68页。9.1.3 运算放大器的非线性工作运算放大器的非线性工作(gngzu)状状态态 一般一般(ybn)，在线性工作区，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,通信通信

5、系统，如收音机等。系统，如收音机等。9.3.1 基本概念基本概念第26页/共68页第二十七页，共68页。2) 有源滤波有源滤波(lb)电路的电路的分类分类(4) 带阻（带阻（BEF）(陷波陷波)(Band-Elimination Filter)电路电路(dinl)构成：构成：低通低通1高通高通2vivo1vo是否是否(sh fu)可由低通和高通串接而可由低通和高通串接而成？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

6、 =VOLVPVN即即viVT-时，时， vO = VOH回差电压回差电压(diny)为：为： TVVVTT v i v i 上 升 时 与上 升 时 与 V T +V T + 比 较比 较(bjio)(bjio)，vIvI下降时与下降时与VT-VT-比较比较(bjio)(bjio)。viVT+ 时，时， vO =VOLViR1VoVREFR2A9.4.3 迟滞电压比较器迟滞电压比较器第48页/共68页第四十九页，共68页。212211212)(RRRVRRRVRRRVVVVoiioiP 同相输入迟滞电压比较器同相输入迟滞电压比较器ViR1VoVREFR2A 同相输入迟滞电压同相输入迟滞电压(

7、diny)比较器比较器（1）电路）电路(dinl)的组成：的组成： 引入正反馈电路引入正反馈电路(dinl)，输入信号，输入信号从正相端输入。从正相端输入。（2）门限电压的计算：）门限电压的计算：令令VP=VN, 得到得到(d do)上门限电压为上门限电压为：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

8、：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uIURL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，第54页/共68页第五十五页，共68页。1）单门限：单运放开环，只有）单门限：单运放开环，只有(zhyu)一个阈值，输入电压单调变一个阈值，输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。化使输出电压只跃变一次。 三种比较三种比较(

9、bjio)器总结器总结2）迟滞）迟滞(双门限双门限)：单运放正反馈，有二个阈值；输入电压的变化方向不：单运放正反馈，有二个阈值；输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，上升时阈值为上门同，阈值电压也不同，上升时阈值为上门(shng mn)限值，下降时阈值限值，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变一次。具有滞回特性为下门限值；输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。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出电压跃输入电压单调变化使输出电压跃变二次。变二次。第55页/共68页第五十六页，共68页。基本基本(jbn)构成构成

10、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电路进行充电或放电路进行充电或放电，电容上电压的升高或降低，又作为比较器控制电，电容上电压的升高或降低，又作为比较器控制Uo状态翻转的信状态翻转的信号号(xnho)，Uo的跳变又进而控制了电容上的电压是充电或放电，如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波。此循环，可在比较器的输出端得到方波或矩形波。 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第56页/共68页第五十七页，共68页。R2R

11、1 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，状态状态(zhungti)翻转，翻转，Uo从从+UZ-UZ，C放电，放电，UC减小，当减小，当UcUTL，状态状态(zhungti)翻转，翻转，Uo从从-UZ+UZ，然后周而复始，然后周而复始，Uo为方为方波。波。设设Uc(o)0, Uo=+UZ, 212UURRRoP UTH、UTL工作工作(gngzu)原理原理 9.4.5 方波发生器方波发生器第57页/共68页第五十八页，共68页。占空比可调电路占空比可调电路(dinl)(dinl)为了为了(wi le)占空比调节范围大，占空比调节范围大，R3应

12、如何取值？应如何取值？ 正向充电正向充电(chng din)和反向充电和反向充电(chng din)时间常数可调，占空比时间常数可调，占空比就可调。就可调。9.4.5 方波发生器方波发生器第58页/共68页第五十九页，共68页。矩形波经过矩形波经过(jnggu)积分器积分器三角波三角波。两个两个RC环节环节实际电路将两个实际电路将两个RC 环节环节(hunji)合二为一合二为一ZUuO要取代要取代(qdi)uC，必须改变，必须改变输入端。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

13、整体，性能估算9.4.5 方波发生器方波发生器第59页/共68页第六十页，共68页。l锯齿锯齿(jch)(jch)波发生器波发生器T思考思考(sko)？R3大的大小大的大小对波形的影响？对波形的影响？使三角波电路的正、反向使三角波电路的正、反向(fn xin)积分时积分时间常数不同间常数不同锯齿波电路。锯齿波电路。第60页/共68页第六十一页，共68页。9.5 集成运算放大器应用集成运算放大器应用(yngyng)中应注意的中应注意的问题问题P280：1）集成运算）集成运算(yn sun)放大器器件的选用放大器器件的选用2）集成运算）集成运算(yn sun)放大器器件的测试放大器器件的测试3）集

14、成运算）集成运算(yn sun)放大器器件的调零放大器器件的调零4）集成运算）集成运算(yn sun)放大器器件的保护：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）输出保护第61页/共68页第六十二页，共68页。 O1vS111fvRR 第 一 级 反 相 比 例第 一 级 反 相 比 例(bl)第二级反相加法第二级反相加法 OvS222fvRR O122fvRR 例：利用反相信例：利用反相信(xingxn)号求和以实现减法运算号求和以实现减法运算 Ov即即S111f22fvRRRR S222fvRR 当 时22f11f RRRR ，得得

15、2S1SOvvv （减法（减法(jinf)运算运算）例题例题第62页/共68页第六十三页，共68页。图图1R1RRfvovi1vi2例例2-1：如图电路是由理想：如图电路是由理想(lxing)集成运算放大器构成的放大电路试集成运算放大器构成的放大电路试写出写出VO与与Vi或或Vi1，Vi2及及Vi3之间关系式。之间关系式。 解：方法解：方法(fngf)一：根据一：根据“两虚两虚“列列KCL方方程程图一：图一：vvP P=v=vN N，i ii i=0, v=0, vP P=v=vi1i1,i,iR1R1=i=iRfRf, ,图图2R4R9R7R6vi1vi2R2R8vo1vo2R1R5R3vo

16、vi3R10f1io12i1iRvvRvv 1f2i1f1ioR/Rv)R/R1(vv 11i1of2if1iRvRvRvRv 例题例题(lt)第63页/共68页第六十四页，共68页。例例2-1：如图电路是由理想集成运算：如图电路是由理想集成运算(yn sun)放大器构成的放放大器构成的放大电路试写出大电路试写出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：方法一：根据解：方法一：根据(gnj)“两虚两虚“列列KCL方方程程图图2R4R9R7R6vi1vi2R2R8vo1vo2R1R5R3vovi3R10图二：图二：vP=vN，ii=0,

17、 vP1=vi1,iR1=iR2, vP2=vi2,iR5=iR6, vP3=vN321i1o11iRvvRv 62i2o52iRvvRv 82o3P33P1oRvvRvv 10oP393P3iRvvRvv 9103i3562i8121i83910oR/RVR)R/R1(VR)R/R1(VRR)R/R1(V 例题例题(lt)第64页/共68页第六十五页，共68页。例例2-1：如图电路是由理想集成运算：如图电路是由理想集成运算(yn sun)放大器构成的放放大器构成的放大电路试写出大电路试写出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2

18、R4R9R7R6vi1vi2R2R8vo1vo2R1R5R3vovi3R10解 ： 方 法 二 ： 熟 悉 基 本 运 算 单 元解 ： 方 法 二 ： 熟 悉 基 本 运 算 单 元(dnyun)电路，电路，结合结合(jih)(jih)叠加法直接写出单级关系叠加法直接写出单级关系式式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 例题例题第65页/共68页第六十六页，共68页。例例2-1：如图电路：如图电路(dinl)是由理想集成运算放大器构成的放大电路是由理想集成运算放大器构成的放大电路(dinl)试写出试写出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：方法二：熟悉解：方法二：熟悉(shx)基本运算单元电基本运算单元电路，路，结合结合(jih)(jih)叠加法直接写出单级关系叠加法直接写出单级关系