运算放大器.ppt

1、2.1 集成电路运算放大器,2.3 基本线性运放电路,2.4 同相输入和反向输入放大电路的其他应用,第2章 运算放大器,2.2 理想运算放大器,集成运算放大器：高增益、直接耦合、高输入电阻和低输出电 阻的多级放大电路。,2.1 集成电路运算放大器,集成运放的结构：,Av1,Av2,Av3=1,vo1=Av1(vP-vN),vo2=Av1Av2 (vP-vN),vo=Avo (vP-vN),vP,vN,vo1,vo2,1. 集成电路运算放大器组成,集成运放的结构：,（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。 （2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入

2、电阻。 （3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。,共发射极放大电路构成，获得较高的电压放大倍数。,互补对称电路构成，减小输出电阻，提高电路的带负载能力。,恒流源构成，为各级电路提供稳定、合适的偏置电流，决定各级的静态工作点。,A741集成运算放大器的芯片实物外形图,空脚,正电源端,输出端,调零端,调零端,反相输入端,同相输入端,负电源端,外部接线图,集成运算放大器外形：,集成运放的电路图符号,集成运算放大器代表符号：,国际符号：,国内符号：,2. 集成电路运算放大器电路模型,运放的电压传输特性：,设Aod=104,Aod越大，线性区越小， 当Aod 时，线性区0

3、,非线性区 vPuN, ,负向饱和，vO=-Vom 非线性区 vPuN,正向饱和， vO=+Vom vi1mV时，运放处于线性区。,ri 106,ro 100 ,Avo=104107 Avo=80DB140DB,3. ri ,iN=0 ,iP=0,4.ro 0,5.Auo ,2.2 理想运算放大器,1.+Vom=V+， -Vom=V-,2. vNuP,负向饱和，vo=-Vom。 vNuP,正向饱和，vo=+Vom。,运放工作在线性区的条件： 电路中引入负反馈,运放工作在线性区的分析方法： 虚短（u+=u-） 虚断（ii+=ii-=0）,深度负反馈,利用虚短和虚断分析电路,2.3 基本线性运放电

4、路,1.电压反馈：稳定输出电压,vP,vO,一.同相放大电路,2.运放工作在线性区的分析方法： 虚短：v+=v- ，（ vP=vN ） 虚断：ii+=ii-=0 ，（ iP=iN=0 ）,在同相放大电路中，两输入端电压大小相等，相位相同。,3.同相放大电路计算,电压串联负反馈,(1) Av利用虚短和虚断得,(2)输入电阻,(3)输出电阻,4.电压跟随器,(1) Av利用虚短和虚断得,(2)输入电阻,(3)输出电阻,电压跟随器作用：阻抗变换或缓冲器。,电路不从信号源吸取电流，负载变化时，输出电压不变。,二.反相放大电路,1.确定运放状态, 判定反馈组态；,2.技术指标,(1)Av,电压并联负反馈

5、,虚短,虚断,(2)输入电阻,(3)输出电阻,当,则,若继续有,则,根据虚短、虚断和N、P点的KCL得：,2.4 同相输入和反向输入放大电路的其他应用,一.求差电路,(2)输入电阻,i2,i1,当R1=R2，R3=Rf时， 利用虚短：vp=vn、 虚断： iI=0 i2=-i1,(3)输出电阻,例题：2.4.1,二.仪用放大器,由放大器组成的温度测量电路(集成化的仪表放大器）.,Rt ：热敏电阻,集成化:仪表放大器,1 放大倍数可变； 2 输入在同相端，输入电阻高。 3 很强的共模抑制能力和小的输出漂移电压，高的差模电压增益。,由放大器组成的温度测量电路。（集成化的仪表放大器）,根据虚短、虚断

6、和N点的KCL得：,若,则有,（加法运算）,输出再接一级反相电路,可得,特点：比例系数调节方便。,三.求和电路,根据虚短、虚断和N点的KCL得：,（加法运算）,缺点：比例系数调节不方便。,三.求和电路（同相）,2. 加法电路（同相）,根据虚短、虚断和N点的KCL得：,（加法运算）,缺点：比例系数调节不方便。,预备知识回顾：,四. 积分电路和微分电路,式中，负号表示vO与vS在相位上是相反的。,虚短,虚断,设电容器C的初始电压为零，则,（积分运算）,i1,i2,1. 积分电路,当vS为阶跃电压时，,例2.4.3 已知V+=+15V， V-=-15V， R=10K，C=10nF，电容C的初始电压v

7、c(0)=0，试对应输入电压画出输出电压vo的波形。,vO与 t 成线性关系,t= RC= vo=-vs t，vo=-vom 运放饱和，停止积分,1.为什么使用运放？ 是充电电流ic恒定，波形线形好。 2.电容并联电阻Rf作用: 防止低频时增益过大，饱和。 3.作用： 电子开关延迟、波形变换A/D中，将电压量变为时间量移相,当vS为矩形波,问题：积分电路中：,例2.4.3 已知V+=+15V， V-=-15V， R=10K，C=5nF，电容C的初始电压vc(0)=0，试对应输入电压画出输出电压vo的波形。,vO,vI/V,t1,t2,t=0,40,120,t/s,0,-10,5,40,120,

8、0,8,t/s,解：t=0时， vc(0)=0，,t=40s时，,t=120s时，,2. 微分电路,虚短,虚断,微分电路中： 1.输出信号幅度随频率增加而增加，因此对高频噪声特别敏感，以致输出噪声可能完全淹没微分信号。 3.作用：波形变换、微分运算、移相,2. 微分电路,算题方法、步骤 一般解题步骤： 利用“虚断(ii=0)”和“虚短(u+=u) ”列方程。 2. 一般找到一个节点，利用KCL列方程。 求出运算电路的输出电压或电压 放大倍数。 级联组合的解题步骤： 熟记单运放组成的基本运算电路及放大倍数公式。 级联组合或叠加法。 若是含有电容的微分、积分电路的运算： 1.用传递函数的概念，先将

9、电容或含有电容的支路用电抗表示； 2. 用一般解题步骤解出运算电路的输出电压或电压 放大倍数； 3.最后将表达式中S=d/dt, 1/S=dt替换，求微分和积分。,例：设计一个加减运算电路， RF=240k，使uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3,解:,(1) 画电路。,系数为负的信号从反相端输入，系数为正的信号从同相端输入。,练 习,叠加法：,uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3,uo1=10ui1+ 8ui2 uo1=- 20ui3,(2) 计算参数。,例：A/D变换器要求其输入电压的幅度为0 +5V，现有信号变化范围为-5V+5V。试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为0+5V。,电平抬高电路,A