運算放大器介紹PPT學習教案

1、會計學1為了擴大運放的線性區(qū)，給運放電路引入負反饋：為了擴大運放的線性區(qū)，給運放電路引入負反饋：理想運放工作在線性區(qū)條件理想運放工作在線性區(qū)條件 電路中有負反饋！電路中有負反饋！運放工作在線性區(qū)分析方法運放工作在線性區(qū)分析方法虛短（虛短（U UP P=U=UN N）虛斷（虛斷（i iP P=i=iN N=0=0）2. 2. 線性區(qū)線性區(qū)1.1.理想運算放大器：理想運算放大器：第二章第二章 運算放大器運算放大器第1頁/共52頁3. 3. 非線性區(qū)（正、負飽和輸出狀態(tài)非線性區(qū)（正、負飽和輸出狀態(tài)）運放工作在非線性區(qū)的條件：運放工作在非線性區(qū)的條件：電路開環(huán)工作或引入正反饋！電路開環(huán)工作或引入正反饋

2、！運放工作在非線性區(qū)的分析方法在第九章討論運放工作在非線性區(qū)的分析方法在第九章討論2. 2. 線性區(qū)線性區(qū)1. 1. 理想運算放大器：理想運算放大器：第二章第二章 運算放大器運算放大器第2頁/共52頁2.3 基本線性運放電路基本線性運放電路三種基本組態(tài)三種基本組態(tài)vIvO- -+RfR1AvNvPR21.反相比例運算電路反相比例運算電路0P= =vfON1NIRvvRvv = = I1fOvRRv = =輸出與輸入反相輸出與輸入反相虛短虛短虛斷虛斷PN= = vv平衡電阻平衡電阻R Rf f=R=R1 1特例特例R R2 2反號器反號器Vo=-ViVo=-Vi第3頁/共52頁vIvO- -+R

3、fR1AvNvPR2 三種基本組態(tài)三種基本組態(tài)1.反相比例運算電路反相比例運算電路例例1. R1. R1 1=10k=10k , R , Rf f=20k=20k , , V Vi i =-1V=-1V。求。求: :V Vo o AV= -（Rf / R1）= -20/10= -2Vo= AV Vi=(-2)(-1)=2V特點： 反相端虛地，故共模輸入可視為0，對運放共模抑制比要求低 輸出電阻小，帶負載能力強 要求放大倍數(shù)較大時，反饋電阻阻值高，穩(wěn)定性差。 如果要求放大倍數(shù)100，R1=100K，Rf=10M2.3 基本線性運放電路基本線性運放電路第4頁/共52頁vIvO- -+RfR1AvN

4、vPIPvv = =2.同相比例運算電路同相比例運算電路fON1N0RvvRv = = I1fO)1(vRRv = =輸出與輸入同相輸出與輸入同相vIvO- -+AvNvP虛短虛短虛斷虛斷特例特例PNvv = =R R1 1= Vo=ViVo=Vi電壓跟隨器電壓跟隨器2.3 基本線性運放電路基本線性運放電路第5頁/共52頁vIvO- -+RfR1AvNvP2.同相比例運算電路同相比例運算電路例例2. R1=10k , Rf=20k , , Vi =-1V=-1V。求。求: :Av=1+ =1+20/10=3RfR1Vo= Av Vi=(3)(-1)= -3V特點： 輸入電阻高，輸出電阻小，帶負

5、載能力強（P30 圖2.3.3） V-=V+=Vi，所以共模輸入等于輸入信號，對運放的共模 抑制比要求高2.3 基本線性運放電路基本線性運放電路第6頁/共52頁_+RfR1R2vi2voR3vi13.差分式放大電路差分式放大電路虛短虛短虛斷虛斷PNvv = =fON1Ni1RvvRvv=3P2Pi20RvRvv=i11fi23231f1O)(vRRvRRRRRRv=2.3 基本線性運放電路基本線性運放電路第7頁/共52頁_+RfR1R2vi2voR3vi13.差分式放大電差分式放大電路路疊加定理疊加定理特例特例減法器減法器當當,231fRRRR= =則則)(i1i21fOvvRRv=若繼續(xù)有若

6、繼續(xù)有,1fRR = =則則i1i2Ovvv=Vi1單獨單獨Vi2單獨單獨i11fi23231f1O)(vRRvRRRRRRv=2.3 基本線性運放電路基本線性運放電路第8頁/共52頁(VS VK ) /R1 = (VK 0) /R2 + (VK VN) /R3 KR1R2R3Rf(VK VN ) /R3 = (VN VO) /Rf PNvv= =VO =-2.5VsP0v= =2.3 基本線性運放電路基本線性運放電路例1：求電路的電壓放大倍數(shù)Avf第9頁/共52頁A1R1R8R2voR3R4viR7R6R5A2A3v+3vo3v+1ovRRRv4343=35631=vRRvo37881ovR

7、RRv=887655443RRRRRRRRRvvAiovf2.3 基本線性運放電路基本線性運放電路第10頁/共52頁VN1VN2(VN1 VN2 ) = (V3 V4) *(R1 /(2*R2 +R1) VO= -V3*(R3 / R4)+V4*(R4 / (R3+R4 )*(R4/R3 +1) 2.3 基本線性運放電路基本線性運放電路第11頁/共52頁運算電路運算電路1NS1-RvvfON-Rvv= =根據(jù)根據(jù)虛短虛短、虛斷虛斷得：得：2S2f1S1fO-vRRvRRv=f21RRR= = =若若PN= = vv2NS2-Rvv R2RfR1vS2vS1iIvONP+則有則有2S1SO-vv

8、v = = = 0Pv4. 加法電路加法電路疊加定理疊加定理反相放大器派反相放大器派生生同相放大器派生？同相放大器派生？2.3 基本線性運放電路基本線性運放電路第12頁/共52頁設(shè)計一加減運算電路，使 Vo=2Vi1+5Vi2-10Vi3解：用雙運放實現(xiàn)如果選Rf1= Rf2 =100K，且R4= 100K則：R1= 50K R2= 20K R5= 10K平衡電阻 R3= R1/ R2/ Rf1= 12.5K R6= R4/ R5/ Rf2= 8.3KVi2-+A1Rf1R3Vo1R2Vi1R1-+A2Rf2R6VoR4Vi3R52.3 基本線性運放電路基本線性運放電路第13頁/共52頁 T

9、T型網(wǎng)絡(luò)反相比例運算電路型網(wǎng)絡(luò)反相比例運算電路IIOuRRuRRRu1f142=21ii =IMuRRu12=IMuRRRRui31233=33ii=124iii又又4422RiRi=Ou43121)(RiiRi=4312121)(RuRRRRuRRuuIIIO=當當R3=時時IIouRRRRuRRRu3142142=1i021RuRuMI=1i第14頁/共52頁1. 1. 積分電路積分電路式中，負號表示式中，負號表示vO與與vS在相位上是相反的。在相位上是相反的?！?虛 短虛 短”“ 虛 斷虛 斷”PN= = vv設(shè)電容器設(shè)電容器C的初始電壓為零，則的初始電壓為零，則 = =tvRCvd1S

10、O（積分運算）（積分運算）d (vN= =RvSCd t- vN- vO)P= = 0v2.4 2.4 基本線性運放電路基本線性運放電路第15頁/共52頁應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：tVS0tVo0 = =tvRCvd1SO輸入方波，輸出是三角波。輸入方波，輸出是三角波。2.4 基本線性運放電路基本線性運放電路第16頁/共52頁2.4 基本運算電路基本運算電路了解了解第17頁/共52頁了解了解2.4 基本線性運放電路基本線性運放電路P39 例例2.4.3第18頁/共52頁R=10KC=5nF已知：已知： vc (0)=0 畫輸出電壓波形。例畫輸出電壓波形。例2.4.3)(510VttRCvdtvRCv

11、stso=vo (t1)=8V)t (vdtvRC1v1ottso1=8)(1=ttRCvs8)(1.01=ttvo (t2)=0V第19頁/共52頁4.微分運算電路微分運算電路RViOR=tVCdtdqiCCdd=CRii =dtiCVCC1NPVV =0=NPii0=RiVRO=RiC=tVRCCdd=tVRCVIodd=ICVV =第20頁/共52頁t0uotuisin=若輸入：若輸入：則：則：)90sin(cos=tRCtRCuotVRCVIodd=應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：輸入方波，輸出是尖頂波輸入方波，輸出是尖頂波應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例2：輸入正弦波輸入正弦波輸出余弦波輸出余弦波滯后滯后90

12、uit0第21頁/共52頁tuRCuIodd=實用微分運算電路實用微分運算電路 (與習題與習題P51 2.4.12大致相同大致相同)限制輸入電流限制輸入電流限制輸出電壓限制輸出電壓補償電容，提高穩(wěn)定性補償電容，提高穩(wěn)定性第22頁/共52頁21ii =NPuu=0=NPii221RVRVOI=dtCRO3O2VV1011=NPVVIOVRRV122=IVRR12=dtCRO3V1=dtRCRROI132VVdtdRCRRI132OVV=利用積分運算電路來實現(xiàn)微分運算電路利用積分運算電路來實現(xiàn)微分運算電路第23頁/共52頁11Cii =dtuudCRuONN=dtduCdtduCON=Rudtdu

13、CdtduCNNO=22Cii =dtduCRuuPPI=RudtduCRuPPI=PNuu=RudtduCIO=dtuRCuIO1同相積分運算電路同相積分運算電路第24頁/共52頁FCiii=110=NPuudtduCiIC11=11RuiI=dtduCRuRRRiuIIFR121222=22CROuuu=dtCF2C2iu1=dtRudtduCCII1121=dtuCRuCCII21211dtduCRuRRuIIO1212=dtuCRuCCII21211第25頁/共52頁2.4 基本運算電路基本運算電路其中，其中，IES 是發(fā)射結(jié)反向飽和電流，是發(fā)射結(jié)反向飽和電流，vO是是vS的對數(shù)運算。

14、的對數(shù)運算。)1e (TBEESEC = = VvIiiBJT的發(fā)射結(jié)有的發(fā)射結(jié)有BEOvv = =利用虛短和虛斷，電路有利用虛短和虛斷，電路有vSTiCRiNvO+P當當 時，時，V7 . 0BET vVTBEeESECVvIii RviiSC= = =TBEeESECVvIii ESTSTOlnlnIVRvVv = =3. 對數(shù)運算電路對數(shù)運算電路利用利用PN結(jié)的指數(shù)特性實現(xiàn)對數(shù)運算結(jié)的指數(shù)特性實現(xiàn)對數(shù)運算第26頁/共52頁2.4 基本運算電路基本運算電路vO是是vS的反對數(shù)運算（指數(shù)運算）的反對數(shù)運算（指數(shù)運算）4. 反對數(shù)運算電路反對數(shù)運算電路BESvv = =利用虛短和虛斷，電路有利

15、用虛短和虛斷，電路有要求要求V7 . 0BEST = =vvVTSeESOVvIv = =RivFO = =TBEeESEFVvIii vSvORiFTiE+第27頁/共52頁2.4 基本運算電路基本運算電路5. 乘法電路乘法電路根據(jù)兩數(shù)相乘的對數(shù)等于兩數(shù)的對數(shù)之和根據(jù)兩數(shù)相乘的對數(shù)等于兩數(shù)的對數(shù)之和 ，第28頁/共52頁2.4 基本運算電路基本運算電路第29頁/共52頁設(shè)計思考題討論設(shè)計思考題討論1、vo= -10vS1Ri=10K第30頁/共52頁2、vo= 2 vS1 5 vS22s2f1s3fovRRvRRv=P3fov)RR1(v=)v(RRRvRRRvS2211S1212P=第31

16、頁/共52頁vo= 2 vS1 5 vS21414222)1 (sfsfovRRRRRvRRv=第32頁/共52頁3、vo= 6vS1 5 vS2 3 vS31s41432f2s2f3s3fovRRR)R/RR1 (vRRvRRv=第33頁/共52頁Ebe26mV)+(1IrXELOmV26vIRvXELvImV26R=YXOvKvv =對于差放有：對于差放有：XbeL =OvrRvey3CERv212II= 1.基本原理基本原理2.5 模擬乘法器電路模擬乘法器電路P295第34頁/共52頁2.5 模擬乘法器電路模擬乘法器電路YXO=vKvv2、模擬乘法器符號K為比例因子，一般為正。為比例因子

17、，一般為正。 3、乘法運算第35頁/共52頁2.5 模擬乘法器電路模擬乘法器電路4、乘方和立方運算 第36頁/共52頁2.5 模擬乘法器電路模擬乘法器電路5、除法運算根據(jù)虛端虛斷有：根據(jù)虛端虛斷有： Vo與與vx1、vx2之商成比例，實現(xiàn)了除法運算之商成比例，實現(xiàn)了除法運算只有當只有當vx2為正極性時，才能保證運放處于負反饋狀態(tài)為正極性時，才能保證運放處于負反饋狀態(tài)vx1則可正可負則可正可負-+OxvKvv22=第37頁/共52頁2.5 模擬乘法器電路模擬乘法器電路6、開平方運算電路 根據(jù)虛端虛斷有：根據(jù)虛端虛斷有： 只有當只有當vX為負值時才能開平方為負值時才能開平方 圖中的二極管即為保證這

18、一點而接入的圖中的二極管即為保證這一點而接入的 2O2Z1XKvvRvRvZ=第38頁/共52頁3X212O2O21X3O2OO1O22OO1=vKRRvRvRvvKvKvvKvv=2.5 模擬乘法器電路模擬乘法器電路7、開立方運算電路 根據(jù)虛端虛斷有：根據(jù)虛端虛斷有： 當當vX為正值時，為正值時，vO為負值為負值 當當v vX X為負值時，為負值時，v vO O為正值。為正值。 第39頁/共52頁 本章小結(jié)本章小結(jié)1集成運放可以構(gòu)成加法、減法、積分、微分、對數(shù)集成運放可以構(gòu)成加法、減法、積分、微分、對數(shù)和反對數(shù)等多種運算電路。在這些電路中，均存在深度和反對數(shù)等多種運算電路。在這些電路中，均存在深度負反饋。因此，運放工作在線性放大狀態(tài)。這時可以使負反饋。因此，運放工作在線性放大狀態(tài)。這時可以使用理想運放模型對電路進行分析，用理想運放模型對電路進行分析，“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”的概念是電路分析的有力工具。的概念是電路分析的有力工具。2對于精度要求高的運放電路，需要考慮實際運放參對于精度要求高的運放電路，需要考慮實際運放參數(shù)的影響。由于運放的開環(huán)電壓增益、輸入電阻、輸出數(shù)的影響。由于運放的開