模電26第七章集成運放基本電路ppt課件

1、7.3 7.3 理想運算放大器理想運算放大器 7.3.1 理想運放的概念理想運放的概念 1理想運放的技術參數(shù)應滿足以下條件理想運放的技術參數(shù)應滿足以下條件 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益 Aod= Aod=差模輸入電阻差模輸入電阻 Rid= Rid=輸出電阻輸出電阻 Rod=0Rod=0輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 UIO=0UIO=0輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流 IIO=0IIO=0輸入失調(diào)電壓溫漂輸入失調(diào)電壓溫漂 UIO=0 UIO=0輸入失調(diào)電流溫漂輸入失調(diào)電流溫漂 IIO=0 IIO=0共模抑制比共模抑制比 KCMR= KCMR=輸入偏置電流輸入偏置電流 IIB=0IIB=0開環(huán)帶寬開環(huán)帶寬

2、 KCMR= KCMR=7.3.2 理想運放的等效模型和分析方法理想運放的等效模型和分析方法 7.3.2 理想運放的等效模型和分析方法理想運放的等效模型和分析方法 1理想運放等效模型：理想運放等效模型： (1) “零子：端零子：端子間電壓為零，子間電壓為零，流過電流為零的流過電流為零的二端電路元件。二端電路元件。 0 i0 u (2) “極子：端子極子：端子間電壓為某一常數(shù)，間電壓為某一常數(shù)，流過電流為恣意值流過電流為恣意值的二端電路元件。的二端電路元件。 “零子的電路符號零子的電路符號任任意意值值 icu “極子的電路符號極子的電路符號uoci “極子相當極子相當于理想電壓于理想電壓源源(3

3、) 理想運算放大器的等效模型理想運算放大器的等效模型 理想運算放大器的開環(huán)電壓增益理想運算放大器的開環(huán)電壓增益Aod= Aod= uuouiu odoidAuu 0 uuuid uu虛短虛短差模輸入電阻差模輸入電阻 Rid= Rid=idididRui iidi+i- iiiid00 ii虛斷虛斷：理想運放輸出為有限值：理想運放輸出為有限值uo uo 0 IIuu理想運放輸入端可看作理想運放輸入端可看作“零子零子II II：理想運放輸出電阻：理想運放輸出電阻 Rod=0Rod=0相當于理想電壓源相當于理想電壓源輸出端相當于輸出端相當于“極子極子i-運放電路簡化分析的要點運放電路簡化分析的要點

4、輸出端相當于理想電壓源輸出端相當于理想電壓源0 ii虛斷虛斷 uu虛短虛短idoduAuuouidu R7.3.3運放構成的兩種根本負反響電路運放構成的兩種根本負反響電路1反相放大器反相放大器uoRfuuiii+ifi-ui平衡電阻平衡電阻R=Rf / R1何種反響？何種反響？電壓并聯(lián)深度負反響電壓并聯(lián)深度負反響電路性能分析：電路性能分析： 電路構造：電路構造： 由虛斷：由虛斷：由虛短：由虛短：0 iiffiiiii foiRuuRuu 10 ii0 u uu0 u00ifouRRu1 R1“虛地虛地0 uu“虛地是反相放大器的特點虛地是反相放大器的特點ifouRRu1 反相比例運算放大器反相

5、比例運算放大器完成比例運算完成比例運算Rif輸入電阻輸入電阻iiifiuR 11RiRiii 1RRuuAfiouf 電壓增益電壓增益R1ui2同相放大器同相放大器 電路構造：電路構造： uoRfuui1i+ifi-R平衡電阻平衡電阻R=Rf / R1何種反響？何種反響？電壓串聯(lián)深度負反響電壓串聯(lián)深度負反響電路性能分析：電路性能分析： 由虛斷：由虛斷：0 ii由虛短：由虛短：iuuu fii 1foRuuRu 1iffouRRuRRu 1111電壓增益電壓增益11RRuuAfiouf P249710輸入電阻輸入電阻iiifiuR 0iu輸出電阻輸出電阻0 ofR電壓串聯(lián)深度負反響電壓串聯(lián)深度負

6、反響 uRRufo11R1uiuoRfuuRififouRRuRRRu 1111iouu 電壓跟隨器電壓跟隨器7.3.4運放的誤差分析運放的誤差分析uRfuoidoduAr idR1iuuiiifi-實踐運放實踐運放Aod， ridRuoRfuuiii+ifi-uiR1idodouAu uu0 uAuodorididrui fiiii 1Ruuiii idrui fofRuui foidiRuuruRuu 1odoAuu idodffodidodffodffioufrARRRArARRRARRRRuuA 1111111111RRuuAfiouf 理想運放反理想運放反相放大器相放大器相對誤差相對

7、誤差idodffodidodffodArARRRArARRRA 1111111 idodffodrARRRA 111Aod， rid產(chǎn)生的相對誤差產(chǎn)生的相對誤差7.4 集成運算放大器的線性運用集成運算放大器的線性運用 7.4.1加法運算電路加法運算電路 反相加法運算電路反相加法運算電路 同相加法運算電路同相加法運算電路 差動加法運算電路差動加法運算電路 uuou1反相加法運算電路反相加法運算電路 Ruoii1i+ifi-u i1R1RfR2u i2R3u i3平衡電阻平衡電阻R=Rf / R1 / R2 / R3由虛斷：由虛斷：0 iiii2ii3fiiiiiii 32111Ruui 22Ru

8、ui 33Ruui foRuu 由虛短：由虛短： uu0 由虛地：由虛地：0000 332211ifififouRRuRRuRRu假設假設 R1 R2 R3 R 321iiifouuuRRu 反相加法運算電路優(yōu)點反相加法運算電路優(yōu)點 1改動改動R1 R2 R3可調(diào)相加比例參數(shù)可調(diào)相加比例參數(shù) 2由于疊加點為虛地，輸入信號之間由于疊加點為虛地，輸入信號之間滿足線性疊加定理，互不影響。滿足線性疊加定理，互不影響。2同相加法運算電路同相加法運算電路電路平衡電路平衡Rf / R= R / R1 / R2 / R3由虛斷：由虛斷：0 iiii3R2ui2R3ui3ii2R1u i1uoRfuui+ifi

9、-Rii1Rfii foRuuRu 1iR321Riiiiiii 11Ruui 22Ruui 33Ruui Ru 由虛短：由虛短： uu消除消除u+u+和和u-u-得得uouo和和uiui關關系式系式 3322111ipipipfouRRuRRuRRRRuRRRRRp /321假設假設 R1 R2 R3 32111iiifpouuuRRRRu ifouRRu 11Ru i1uoRfuui1i+ifi-R1同相加法運算電路缺陷同相加法運算電路缺陷 輸入信號之間相互影響輸入信號之間相互影響321/RRRRp i uRRufo11R1uiuoRfuui1i+ifi-RifouRRu 11 uRRuf

10、o11由虛斷：由虛斷：0 ii321Riiiiiii 11Ruui 22Ruui 33Ruui Ru 332211ipipipuRRuRRuRRuii3R2ui2R3ui3ii2R1u i1uoRfuui+ifi-Rii1RiiR 3322111ipipipfouRRuRRuRRRRuii3R2ui2R3ui3ii2R1u i1uoRfuui+ifi-Rii1RiRi 3322111ipipipfouRRuRRuRRRRu RRRRRRp/321 RRRRf/ 332211iiifouRRuRRuRRRRRufRfR R1 332211ifififouRRuRRuRRu7.4.2差動放大器差動

11、放大器u i2R2R1u i1uoRfuui+ifi-ii1Rii2平衡電阻平衡電阻 R / R2 =Rf / R1由虛斷：由虛斷：0 iiffiiiii foiRuuRuu 1RRRuui 22由虛短：由虛短： uu 111212iffiouRRRRRRRRuu 普通要求：普通要求：R = Rf R2 =R1Rf 121iifouuRRu 差模電壓增益差模電壓增益121RRuuuAfiiouf 112RRuuuAfiiouf u i2R2R1u i1uoRfuui+ifi-ii1Rii2 uRRufo11 11RRufo 22iuRRR 11ifuRR 111212iffiouRRRRRRR

12、Ruu R3R1u1uoRR/2RR/2u2R2R4 例例1求輸出電壓表達式求輸出電壓表達式uo2uo1同相放大器輸出同相放大器輸出1121uRRuo 同相放大器輸出同相放大器輸出2221uRRuo 差動放大器輸出差動放大器輸出 1121434212ooouRRRRRRRRuu 11221434212121uRRRRuRRRRRRRRuo 例例2求輸出電壓表達式求輸出電壓表達式RuoR2uui1i+i2i-uiR1R4R3i4i3由虛斷：由虛斷：0 ii221iiii 21RuuRuuMi 432iii 4320RuuRuRuuOMMM 由由“虛地虛地0 u 1342142RuRRRRuRRu

13、iio uoR4u i2R1R1u i1uui+i-R2R2R3R5 例例3求輸出電壓表達式求輸出電壓表達式i3ii1ii2由虛斷：由虛斷：0 ii331iiii uo12111RuuRuuoi 2122RRRuui 由虛短：由虛短： uu由反相放大器：由反相放大器：oouRRu431 213142iiouuRRRRu 例例4求輸出電壓表達式求輸出電壓表達式u i4Ruoii1i+ii4i-u i1R1R2u i2R3u i3ii2ii3KuXuYYXuo1R4由虛斷：由虛斷：0 ii4321iiiiiiii 由由“虛地虛地0 u41332211RuuRuuRuuRuuoiii 41ioouK

14、uu 33221144RuRuRuKuRuiiiio 例例5試設計一個加減運算電路，試設計一個加減運算電路，使使uo=10ui1+8ui2-20ui3加減運算電路的設計步驟加減運算電路的設計步驟先根據(jù)函數(shù)關系畫出電路，然后計算參數(shù)先根據(jù)函數(shù)關系畫出電路，然后計算參數(shù)R3u i3ii3i+uoRfifi-RR1u i1ii1R2u i2ii2解解(1) 畫出電路畫出電路(2) 計算電阻計算電阻平衡電阻平衡電阻R / R1 / R2 =Rf / R3332211ifififouRRuRRuRRu 取取Rf =240k101 RRf82 RRf203 RRf普通取普通取Rf =幾幾k 至至1M kR

15、241 kR302 kR123 kR80作業(yè)：作業(yè)：P268 7.2 7.3 7.4P269 7.67.4.3積分器積分器1反相積分器反相積分器RuoRfuuiii+iCi-uiR平衡電阻平衡電阻R=RuC dtiCuCC1由虛斷：由虛斷：0 iiCCiiiii CiiRuu 由由“虛地虛地0 u dtiCuuCo1 dttuRCuio1實現(xiàn)模擬信號的積分運算，實現(xiàn)模擬信號的積分運算，還可實現(xiàn)延時、移相、波形還可實現(xiàn)延時、移相、波形變換作用變換作用RuoRfuuiii+iCi-uiRuCRuoRfuuiii+i-uiR反相放大器輸出反相放大器輸出ifouRRu1 suZZsuifo1 ssuR

16、Csuio1 sC1R dttussuii dttui)( dttuRCsuio 1當當s=j0時，時，uo(s) uo(s) VCC阻塞失真阻塞失真Auf(s) tRuoZ2uuiii+i-uiZ12實踐運用的積分器實踐運用的積分器Ruouuiii+i-uiRuCRf反相比例放反相比例放大器輸出大器輸出iouZZu12 ifouRsCRu1/ iffouCsRRRRu 當當s=j0時，時，Auf (s) -Rf /R CsRRRRsAffuf 防止阻塞失真防止阻塞失真當當sRf RCR時時 sRCsususAiouf1 sRCsusuio dttuRCtuio 1RuoRfuuiii+ifi

17、-uiR7 .4.4 微分器微分器實現(xiàn)模擬信號的微分運算，還可實現(xiàn)移相、波形變實現(xiàn)模擬信號的微分運算，還可實現(xiàn)移相、波形變換作用換作用uCiC1反相微分器反相微分器平衡電阻平衡電阻R=Rf由虛斷：由虛斷：0 iiffCiiii foCRuui dtduCiCC CiidtuudC 由由“虛地虛地0 u dttduCRuifo ifouZZu1 RuoZfuuiii+i-uiZ1反相放大器輸出反相放大器輸出 suZZsuifo1 sC1fR sCsuRsuifo dttdui)(iCuCRuoRfuui+ifi-uitdtduCRuifo CfR2實踐運用的微分器實踐運用的微分器R限制輸入電流，

18、降低高頻噪聲限制輸入電流，降低高頻噪聲1/ CiC 高頻噪聲高頻噪聲Cf相位補償，抑制自激振蕩相位補償，抑制自激振蕩7 .4.5 對數(shù)和指數(shù)運算電路對數(shù)和指數(shù)運算電路RuoRfuuiii+ifi-uiRiD由虛斷：由虛斷：0 iiDDiiiii RuuiiiDi 由于由于PN PN 結(jié)電壓與電結(jié)電壓與電流之間的關系流之間的關系 TBETBEVVsVVsDeIeIi 1ToTDUuusUusDeIeIi 由由“虛地虛地0 uToUusieIRu 00siToRIuUuln TDoUuuu icu BEToTBEUuusUusCeIeIi Ruui siToRIuUuln 根本對數(shù)運算電路的缺陷根本對數(shù)運算電路的缺陷1由于由于UT和和IS是溫度的是溫度的函數(shù)，因此運算精度受溫度函數(shù)，因此運算精度受溫度的影響。的影響。2UDuuoUT在在小信號時誤差大。小信號時誤差大。3只在一只在一定范圍內(nèi)滿足定范圍內(nèi)滿足ToUuusDeIi 1 對數(shù)運算電路對數(shù)運算電路Riii+i-