第二章運(yùn)算放大器ppt課件

1、 本章引見集成運(yùn)放內(nèi)部主要構(gòu)造、理想運(yùn)放本章引見集成運(yùn)放內(nèi)部主要構(gòu)造、理想運(yùn)放和電路模型。用線性電路實際分析由運(yùn)放和電阻、和電路模型。用線性電路實際分析由運(yùn)放和電阻、電容等元件構(gòu)成的簡單運(yùn)用電路。包括同相比例、電容等元件構(gòu)成的簡單運(yùn)用電路。包括同相比例、反相比例放大、加法、減法、微分、積分及儀用反相比例放大、加法、減法、微分、積分及儀用放大器等。放大器等。2.1集成運(yùn)算放大器內(nèi)部組成單元：內(nèi)部組成單元：同相端同相端反相端反相端電路符號電路符號運(yùn)算放大器電路模型運(yùn)算放大器電路模型輸入電阻很高，開環(huán)增益很大。輸入電阻很高，開環(huán)增益很大。運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性-Vom=V-+Vom=V+o正飽和負(fù)

2、飽和vo=Av0(vP-vN)(vP-vN)/mV2.2理想運(yùn)算放大器一、理想運(yùn)放的特性1、開環(huán)電壓增益 Aod=2、差模輸入電阻 rid=3、輸入偏置電流 IB1=IB2=04、輸出電阻 r0=05、共模抑制比 CMRR=6、頻帶寬度 BW=7、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流以及它們的漂移均為零+理想運(yùn)放電路模型理想運(yùn)放電路模型正向飽和區(qū)UOHUOL負(fù)向飽和區(qū)UoOU理想運(yùn)放開環(huán)傳輸特性理想運(yùn)放開環(huán)傳輸特性二、兩條重要的法那么二、兩條重要的法那么1、理想運(yùn)放的兩輸入端之間的電壓差為零理想運(yùn)放的兩輸入端之間的電壓差為零兩輸兩輸入端短路入端短路2、 理想運(yùn)放的兩輸入端不取電流兩輸入端之間開路 Ui=

3、0， 而 ri= 0oVoOiUAUU即兩差動輸入端相當(dāng)于短路，但短路中又無電流流過。即兩差動輸入端相當(dāng)于短路，但短路中又無電流流過。0iiirUI+2.3根本線性運(yùn)放電路根本線性運(yùn)放電路 線性區(qū)在線性區(qū)，它的輸出信號和輸入信號滿足如下的關(guān)系 Uo=AodU+-U-通常，集成運(yùn)放的Aod很大，為了使其任務(wù)在線性區(qū)，大都引入深度負(fù)反響，以減小運(yùn)放的凈輸入，保證輸出電壓不超出線性范圍。特點:1運(yùn)放的同相輸入端與反相輸入端的電位相等，即U+=U-。2理想運(yùn)放的輸入電流等于零。集成運(yùn)放的任務(wù)區(qū)分為線性區(qū)和集成運(yùn)放的任務(wù)區(qū)分為線性區(qū)和非線性區(qū)非線性區(qū) 根本運(yùn)算電路根本運(yùn)算電路 加法電路加法電路 微分電路

4、和積分電路微分電路和積分電路 儀用放大器儀用放大器 減法電路減法電路闡明：闡明：1、對模擬量進(jìn)展運(yùn)算時，要求輸出信號反映輸入信號對模擬量進(jìn)展運(yùn)算時，要求輸出信號反映輸入信號的某種運(yùn)算結(jié)果。的某種運(yùn)算結(jié)果。2、集成運(yùn)放必需任務(wù)在線性區(qū)。、集成運(yùn)放必需任務(wù)在線性區(qū)。 同相比例放大電路同相比例放大電路 反相比例放大電路反相比例放大電路1.同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路由于 ， 所以0IiiUURIU由于 ，所以0I11RUIIifififffoURRURRRRIRIU111111引入負(fù)反響虛短虛短虛斷虛斷假設(shè)上圖中的假設(shè)上圖中的R1=或或Rf=0,那么那么Uo=Ui,此時此時,該電該電路構(gòu)成電壓跟

5、隨器路構(gòu)成電壓跟隨器,分別如圖分別如圖(a)、(b)所示。圖所示。圖(a)中中,Rf具有限流維護(hù)作用具有限流維護(hù)作用,R=Rf,以滿足平衡條件以滿足平衡條件 圖 電壓跟隨器通常作為阻抗變換器或緩沖器 2.反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路ifffoURRRIU11RRUUAfiouf利用利用“虛地和虛地和“虛斷的概念虛斷的概念一、求差減法電路二、儀用放大器三、同相反相輸入求和電路四、微分電路和積分電路2.4同相輸入和反相輸入放大電路的其它運(yùn)用同相輸入和反相輸入放大電路的其它運(yùn)用一、一、減法電路減法電路1、利用反置信號求和以實現(xiàn)減法運(yùn)算、利用反置信號求和以實現(xiàn)減法運(yùn)算第一級為反相比例放大電路第一級

6、為反相比例放大電路第二級為反相加法器第二級為反相加法器2、相減器(差動放大器)相減器的輸出電壓與兩個輸入信號之差成正比。相減器的輸出電壓與兩個輸入信號之差成正比。這在許多場所得到運(yùn)用。要實現(xiàn)相減，必需將信這在許多場所得到運(yùn)用。要實現(xiàn)相減，必需將信號分別送入運(yùn)算放大器的同相端和反相端。號分別送入運(yùn)算放大器的同相端和反相端。)(,)(1 (2113432121314241321iioiiooouuRRuRRRRuRRuRRRRRuuu)(1 ()1 (142413131iouRRRRRURRu2132iouRRuR3ui2uoui1R1R2R4R3ui2uo2R1R2R4uR3i1uo1R1R4R

7、2(分解)令令ui2=0,令令ui1=0,二、儀用放大器二、儀用放大器)21 (123421RRRRvvvAoV)(21 (22112111243vvRRvRRRvvR)(21 ()(2112344334vvRRRRvvRRvo三、三、反相輸入求和電路反相輸入求和電路在在反相比例運(yùn)算電路的根底上，添加一個輸入支反相比例運(yùn)算電路的根底上，添加一個輸入支路，就構(gòu)成了反相輸入求和電路，見圖路，就構(gòu)成了反相輸入求和電路，見圖-2。此時兩個。此時兩個輸入信號電壓產(chǎn)生的電流都流向輸入信號電壓產(chǎn)生的電流都流向Rf。所以輸出是兩輸。所以輸出是兩輸入信號的比例和。入信號的比例和。)()()(i22fi11ff2

8、i21i1f2ii1ovRRvRRRRvRvRiiv相之和。時，輸出等于兩輸入反當(dāng)f21RRR圖圖-2反相求和運(yùn)算電路反相求和運(yùn)算電路)()(i2i1i22fi11fovvvRRvRRv同相輸入求和電路同相輸入求和電路 在同相比例運(yùn)算電路的根底上，添加一個輸入支路，就構(gòu)成了同相輸入求和電路，如圖-3所示。圖-3 同相求和運(yùn)算電路 因運(yùn)放具有虛因運(yùn)放具有虛斷的特性，對運(yùn)放斷的特性，對運(yùn)放同相輸入端的電位同相輸入端的電位可用疊加原理求得可用疊加原理求得:RRRRRRvRRRRRRRvRRRRRRRRRRvRRRRRvRRvf12i212221i1211f12i2121i12o) /() /() /

9、() /() /() /() /() /(RvRvRRRRRRRRvRRvRRv2i21i1fnpfffi22pi11po)()(由此可得出/ / fn21pRRRRRRR式中 vvRRRvRRRRRvRRv) /() /() /() /(12i2121i12vRRRvof而 , i2i1of21npvvvRRRRR時當(dāng)，一、一、 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路二、二、 微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路四、積分和微分運(yùn)算電路四、積分和微分運(yùn)算電路一、積分電路一、積分電路 COiCOCoUdtuRCUidtCuu11任務(wù)原理任務(wù)原理Ruii其中其中UCO是電容兩端電壓的初始值是電容兩端電壓的初始值0)3(10

10、05. 01016064Tdt用途用途 1 延遲：假設(shè)將積分電路的輸出作為電子開關(guān)的輸入。例如，設(shè)R=100，C=0.05F。在t=0時UCO=0。而u0經(jīng)過+6V時，電子開關(guān)動作，假設(shè)ui在t=0時，由0 -3V，那么 解得T=1ms 即延遲時間為1msuit-3VtuoT+6VuouiRPRCiiCuouiRPRCiiC用途用途 2將方波變?yōu)槿遣?uituotuouiRPRCiiC 用途3移相移相900iooURCjUtARCdttARCu即)cos(1)sin(1設(shè)輸入信號是正弦波，那么設(shè)輸入信號是正弦波，那么uo比比ui超前超前900，且這個相位差與頻率無關(guān)，但輸出電壓的幅，且這個相

11、位差與頻率無關(guān)，但輸出電壓的幅度隨頻率升高而下降。度隨頻率升高而下降。4在模數(shù)轉(zhuǎn)換器中將電壓量轉(zhuǎn)換為時間量在模數(shù)轉(zhuǎn)換器中將電壓量轉(zhuǎn)換為時間量sRCsARCjjUjUjAjuRCjjuRCjjuioiio1)(1)()()()(1)(/1)(復(fù)頻域的傳送函數(shù)為 積分器的傳輸函數(shù)為 根據(jù)反相比例放大器的運(yùn)算關(guān)系，積分電路的輸出電壓的頻域表達(dá)式為根據(jù)反相比例放大器的運(yùn)算關(guān)系，積分電路的輸出電壓的頻域表達(dá)式為ojRCjA90)(1)(傳輸函數(shù)的模 附加相移 二、微分電路二、微分電路 iiR任務(wù)原理因輸入端存在“虛地，故 而i為也流過R，故 電路存在的問題：電路存在的問題：1由于由于uo與與ui成正比，

12、成正比，uo對對ui的變化非常敏感，故抗干擾才干的變化非常敏感，故抗干擾才干差。差。2RC環(huán)節(jié)對于反響信號具有滯后作用，它和運(yùn)放電路的滯后環(huán)節(jié)對于反響信號具有滯后作用，它和運(yùn)放電路的滯后作用合在一同，能夠引起自激發(fā)振蕩。作用合在一同，能夠引起自激發(fā)振蕩。3當(dāng)當(dāng)ui發(fā)生突變時，發(fā)生突變時，uo過大，嚴(yán)重時將使電路不能正常任務(wù)過大，嚴(yán)重時將使電路不能正常任務(wù)。uouiRPRCdtduCiidtduRCiRuio改良措施：改良措施：限流限制uo相位補(bǔ)償方波發(fā)生器鋸齒波發(fā)生器*歸納與推行：歸納與推行：在以上的電路中，普通在以上的電路中，普通Z1、Zf為為R、L、C元件的組合。元件的組合。假設(shè)以拉氏變換方式表示假設(shè)以拉氏變換方式表示Z1(s)、Zf(s)，s為復(fù)頻率變量為復(fù)頻率變量那么，反相運(yùn)算電路的普通數(shù)學(xué)表達(dá)式：那么，反相運(yùn)算電路的普通數(shù)學(xué)表達(dá)式：)()()()(1sVsZsZsVifo因此，改動因此，改動Z1(s)、Zf(s)的方式，可實現(xiàn)不同的數(shù)學(xué)運(yùn)算。的方式，可實現(xiàn)不同的數(shù)學(xué)運(yùn)算。例：如圖運(yùn)算電路，其傳送函數(shù)