第三版模電第7章課件

1、第三版模電第7章第三版模電第7章一、 什么是理想運放開環(huán)差模電壓增益 Aod = 差模輸入電阻 Rid = 輸出電阻 ro = 0共模抑制比 KCMR = 輸入失調電壓 UIo 及其溫漂 輸入失調電流 IIo 及其溫漂 輸入偏置電流 IIB =0- 3dB 帶寬 fH = 等等。所謂理想運放,就是將集成運放的各項技術指標理想化：下頁上頁首頁為零為零一、 什么是理想運放開環(huán)差模電壓增益 Aod = 所謂理下頁上頁實際的集成運放不可能達到上述理想化的技術指標。但一般情況下，在分析集成運放的應用電路時，將實際的集成運放視為理想運放帶來的誤差，在工程上是允許的。在分析運放應用電路的工作原理和輸入輸出關

2、系時，運用理想運放的概念，有利于抓住事物的本質，忽略次要因素，簡化分析的過程。首頁下頁上頁實際的集成運放不可能達到上述理想化的技術指標。首頁下頁上頁在各種不同的應用電路中，集成運放的工作范圍可能有兩種情況：工作在線性區(qū)或工作在非線性區(qū)。當工作在線性區(qū)時，集成運放的輸出電壓與其兩個輸入端的電壓之間存在著線性放大關系，即Aod+-u+u-i+i-uO集成運放的電壓和電流當工作在非線性區(qū)時，集成運放的輸出、輸入信號之間將不滿足關系式：首頁下頁上頁在各種不同的應用電路中，集成運放的工作范圍可能有兩種i+ = i- = 0u+ = u-二、理想運放工作在線性區(qū)時的特點1. 理想運放的差模輸入電壓等于零。

3、2. 理想運放的輸入電流等于零。uO = Aod （ u+ - u- ） Aod+-u+u-i+i-uO集成運放的電壓和電流虛短虛斷下頁上頁首頁i+ = i- = 0u+ = u-二、理想運放工作在線性三、理想運放工作在非線性區(qū)時的特點uo Aod （ u+ - u- ） uo = + Uopp 當 u+ u- uo = - Uopp 當 u+ u- 1. 理想運放輸出電壓uo的值只有兩種可能：2. 理想運放的輸入電流等于零。i+ = i- 虛斷不再存在虛短現(xiàn)象下頁上頁首頁三、理想運放工作在非線性區(qū)時的特點uo Aod （ uiI = iFu+ = u- = 0u+u-i+i-iFiIui -

4、 u-R1u- - uORF=ui R1 - uORF=ui RFR1uO =例7.1.1 下圖中運放為理想運放，列出輸入、輸出關系式。上頁Aod+-uOuiRFR1R首頁iI = iFu+ = u- = 0u+u-i+i-iFiI第二節(jié) 比例運算電路反相比例運算電路同相比例運算電路差分比例運算電路下頁總目錄第二節(jié) 比例運算電路反相比例運算電路同相比例運算電路差分比這種現(xiàn)象稱為“ 虛地”u- = u+ = 0一、 反相比例運算電路為保持參數(shù)對稱： R2 = R1 / RF1. 電路組成RFuOi-i+-AR1R2uIu-u+u+ = 0下頁上頁首頁這種現(xiàn)象稱為“ 虛地”u- = u+ = 0一

5、、 反相比例運u- = u+ = 0uOAuf = uI=RFR1輸入電阻Rif = R1 uI - u-u- - uOR1RF =由 iI = iF RFuOi-i+-AR1R2uIu-u+2. 工作原理下頁上頁首頁仿真u- = u+ = 0uOAuf = uI=RFR1輸入電結論：電路是深度電壓并聯(lián)負反饋電路，理想情況下， 反相輸入端 “ 虛地”，共模輸入電壓低。 | Auf | 可大于 1、等于 1 或小于 1 。3. 電路的輸入電阻不高，輸出電阻很低。2. 實現(xiàn)了反相比例運算 。 |Auf| 取決于電阻 RF 和 R1 之比。 uO 與 uI 反相，下頁上頁首頁結論：電路是深度電壓并聯(lián)

6、負反饋電路，理想情況下， | Auui = u+i- = i+ = 0二、同相比例運算電路i-i+R2 = R1 / RFAuf = uOuI=1 + RFR1Rif = ( 1 + AodF ) RidR1R1 + RFu- =u0R1R1 + RFu0= uIF =uFuOR1R1 + RF=下頁上頁AR1RFR2uOuI+-u+u-同相比例運算電路同相比例運算電路的比例系數(shù)總是大于或等于1。首頁ui = u+i- = i+ = 0二、同相比例運算電路i-當RF = 0或R1 = 時，比例系數(shù)等于1，此時電路為：+-AuOuI電壓跟隨器Auf =uOuI= 1下頁上頁u+ = uIu- =

7、 uO由于虛短，即u+ = u- ，故uO = uI這種電路又稱為電壓跟隨器。首頁仿真當RF = 0或R1 = 時，比例系數(shù)等于1，+-AuOu結論：電路是一個深度的電壓串聯(lián)負反饋電路。 “虛短”, 不“虛地”，共模輸入電壓高。2. 實現(xiàn)了同相比例運算, Auf 只與 RF 和 R1 有關， uO 與 ui 同相，Auf 大于 1 或等于 1。3. 輸入電阻高，輸出電阻低。下頁上頁首頁結論：電路是一個深度的電壓串聯(lián)負反饋電路。下頁上頁首頁三、差分比例運算電路 R1 = R1、RF = RFu- =RFR1 + RFR1R1 + RF uOuI +u+ =RFR1 + RFuIuI + uIRF

8、R1 + RFRFR1 + RFR1R1 + RFu0 =利用疊加定理得：RFiIiF+-AR1RFuOuIuIR1u-u+下頁上頁首頁三、差分比例運算電路 R1 = R1、RF = RFu-ui u -u- uORFR1=iI = iFAuf = =R1uOui uiRF差模輸入電阻：Rif = 2R1RFiIiF+-AR1RFuOuIuIR1u-u+下頁上頁首頁ui u -u- uORFR1=iI = iFAuf結論：實現(xiàn)差分比例運算（減法運算），Auf 決定于電阻 RF 和 R1 之比，與集成運放內部參數(shù)無關。2. 共模輸入電壓高， “虛短”，但不 “虛地”。3. 輸入電阻不高，輸出電阻

9、低， 元件對稱性要求高。下頁上頁首頁結論：下頁上頁首頁例7.2.1（1）求: 電壓放大倍數(shù) Au ；（2）已知A1、A2 的 Aod和 Rid , 求電路的輸入電阻Ri 。 uO三運放數(shù)據(jù)放大器原理圖R5+-A3R4R6uI+R3-AA2uO2-A1uO1+R2+-R7R1電路如圖所示：下頁上頁首頁設R1=1k設R2=R3=1k，設R4=R5=2k，設R6=R7=100k。已知A1、A2的開環(huán)放大倍數(shù)Aod=105 ，差模輸入電阻Rid=2M。例7.2.1（1）求: 電壓放大倍數(shù) Au ；（2）已A1、A2組成同相比例電路，A3組成差分比例電路。若R2 = R3則uO1 = - uO2uI21

10、21-uIR12R12uOR5+-A3R4R6+R3-AA2uO2-A1uO1+R2R7先分析電路下頁上頁電路可等效為：首頁A1、A2組成同相比例電路，A3組成差分比例電路。若R2 =解：（1）uI1 =R1/2uO1R1/2 + R2 uO1 =( 1 +R12R2) uI1uo1-A+R2ui1R1/2A1、A2的工作情況分析ui1下頁上頁首頁解：uI1 =R1/2uO1R1/2 + R2 uO1 =( 同理 =(1 +R12R2) uI2(1 +R12R3uO2 =) uI2(1 +R12R2(uI1 - uI2)uO1 - uO2 =)uO1 - uO2uI= 1 + R12R2則第一

11、級的電壓放大倍數(shù)為：(1 +R12R2) uI=下頁上頁首頁 同理 =(1 +R12R2) uI2(1 +R12R3uuO1 - uO2uO=R6R4uO1 u+u+ uOR4R6=R4 + R6u+ = R4R6uO1+R4 + R6uOu- = R4 + R6R6uO2則第二級的電壓放大倍數(shù)為：uOR5+-A3R4R6uO2uO1R7下頁上頁首頁uO1 - uO2uO=R6R4uO1 u+u+ u因此，該數(shù)據(jù)放大器總的電壓放大倍數(shù)為：uIuOAu=R6R4（1 + ）R12R2= - 100=uO1 - uO2uOuO1 - uO2uiuO1 - uO2uO=R6R4uO1 - uO2ui

12、= 1 + R12R2下頁上頁首頁因此，該數(shù)據(jù)放大器總的電壓放大倍數(shù)為：uIuOAu=R6R故數(shù)據(jù)放大器的輸入電阻為：Ri = 2 ( 1+ Aod ) Rid R1R1+2R2Ri= 2 ( 1 + AodF ) Rid R1/2R1/ 2+ R2R1R1 + 2R2= 2 ( 1+ 10 5 ) 2 M22+21A1 、A2 的輸入電阻之和，因參數(shù)對稱,F =（2） 由圖可見，數(shù)據(jù)放大器的差模輸入電阻等于= 2105 Muo1-A+R2ui1R1/2ui1下頁上頁首頁故數(shù)據(jù)放大器的輸入電阻為：Ri = 2 ( 1+ 例7.2.2 設 A 為理想運放:列出Auf和 Rif的表達式。(2) R

13、1= 2M , R4 =1k , R2= R3 = 470k , 估算 Auf 和 Rif 的數(shù)值。uO+-AR1R3R5uIi1i2i3T形反饋網絡電路i4R4R2MRF(3) 若采用虛線所示的反相比例運算電路，為了得到 同樣的 Auf 和 Rif 值， R1 、 R2 和 RF 應為多大？(4) 由以上結果，小結 T 形反饋網絡電路的特點。下頁上頁首頁例7.2.2 設 A 為理想運放:uO+-AR1R3R5uO = - i2R2 + ( i2 + i4) R3代入 uO 的表達式可得uM = - i2R2 = - i4R4R2R4i2則 i4 =解：uI = i1R1= i2R1uO =

14、- (i2R2 + i3R3 ) , 其中 i3 = i2+ i4R4R2R3 = - i2 ( R2 + R3 + )i1 = i2 uO+-AR1R3R5uIi1i2i3i4R4R2M下頁上頁首頁uO = - i2R2 + ( i2 + i4) R3 則T 形反饋網絡電路的電壓放大倍數(shù)為：Auf =uOuIR1R2 + R3 +R4R2R3 可見，此電路的輸出電壓與輸入電壓之間同樣存在反相比例運算關系。由于反向輸入端 “虛地” , 電路的輸入電阻為： Rif = R1(2) 將給定參數(shù)值分別代入上式：= Rif = 2 MAuf = - 110. 9下頁上頁首頁 則T 形反饋網絡電路的電壓

15、放大倍數(shù)為：Auf =u(3) 若要求Rif = 2 M ，則 R1 = Rif = 2 MR5 = R1 / RFRF = |Auf | R1Auf = -RFR1= - 110. 9= 221. 8 M= ( 110. 9 2 ) M= 1. 98 M2 221. 82 + 221. 8= ( ) MR5uO+-AR1uIi1RF下頁上頁首頁(3) 若要求Rif = 2 M ，則 R1 = (4) 由分析和計算的結果可知 ， 本 T 形反饋網絡的特點是， 在電路中電阻的阻值不至太高的情況下， 可同時獲得較高的電壓放大倍數(shù)和較高的輸入電阻。下頁上頁首頁(4) 由分析和計算的結果可知 ，下頁上

16、頁首頁第三節(jié) 求和電路 反相輸入求和電路同相輸入求和電路下頁總目錄第三節(jié) 求和電路 反相輸入求和電路同相輸入求和電路下頁總目+-AR2RFRuOuI2uI3R3R1uI1為使兩輸入端對地電阻平衡, R 應為 ： R= R1 / R2 / R3 / RF一、 反相輸入求和電路下頁1. 電路結構上頁首頁+-AR2RFRuOuI2uI3R3R1uI1為使兩輸入端又因 “虛地”，則uI1R1+uI2R2uI3R3uoRF=+由于“虛斷”， i1 + i2 + i3 = iF uO = ( uI1RFR1 + + ) uI2R2uI3R3RFRFi1i3iFi2若電路中電阻的阻值滿足 R1 = R2 =

17、 R3 = R uO = ( uI1RFR+ + ) uI2uI3則下頁上頁+-AR2RFRuOuI2uI3R3R1uI12. 工作原理首頁仿真又因 “虛地”，則uI1R1+uI2R2uI3R3uoRF=優(yōu)點： 調節(jié)靈活方便；共模電壓很小；實際工作中應用廣泛。電路實質：利用 “虛地” 和 “虛斷”，通過各路輸入電 流相加來實現(xiàn)輸入電壓的相加。下頁上頁i1i3iFi2+-AR2RFRuOuI2uI3R3R1uI1首頁優(yōu)點： 電路實質：利用 “虛地” 和 “虛斷”，下頁上頁i 例7.3.1 假設一個控制系統(tǒng)中，要求其輸出、輸入電壓之間的關系為 uO = - 3uI1- 10uI2 - 0.53uI

18、3 。現(xiàn)采用上圖所示的求和電路，試選擇電路中的參數(shù)以滿足以上關系。下頁上頁i1i3iFi2+-AR2RFRuOuI2uI3R3R1uI1首頁 例7.3.1 假設一個控制系統(tǒng)中，要求其輸出、輸入電 uO = ( uI1RFR1 + + ) uI2R2uI3R3RFRF uO = - 3uI1- - 10uI20.53uI3取 RF = 20 kRFR1R2RFR3RF= 3= 10= 0.53R= R1 / R2 / R3 / RFR1 = 6.67 kR2 = 2 kR3 = 37.74 kR = 1.38 k下頁上頁+-AR2RFRuOuI2uI3R3R1uI1解：首頁 uO = ( uI1

19、RFR1 +二、同相輸入求和電路其中 R+=R1/ R2/ R3/ RuI1-u+R1 +uI2-u+R2uI3-u+R3u+R=+由于 “虛斷”，可得可解得 u+=R+R1+uI2R2uI3R3R+R+uI1+ i1 + i2 + i3 = i4下頁上頁RFuOuI2uI3uI1R1+-AR2RR3R1i1i3i4i2首頁二、同相輸入求和電路其中 R+=R1/ R2/ Ruo=( ) u-1+ RFR1 u-=R1+RFR1uo1+ RFR1R+R1 + + uI3 )uI2R2R3R+R+ uI1)(=1+ RFR1= ( ) u+下頁上頁RFuOuI2uI3uI1R1+-AR2RR3R1

20、i1i3i4i2首頁仿真uo=( ) u-1+ RFR1 例7.3.2 試用集成運放實現(xiàn)以下運算關系： uo = 0.2 ui1- + 10 ui21.3 ui3+-AR3RF1R1uO1uI3R1uI1+-AR4RF2R2uOuI2R2+-AR1RFRuOuI2R2uI3R3uI1解題參考：上頁首頁例7.3.2 試用集成運放實現(xiàn)以下運算關系： 第四節(jié) 積分和微分電路積分電路微分電路下頁總目錄第四節(jié) 積分和微分電路積分電路微分電路下頁總目錄電容伏安特性+-ARuCRuOuIiIiCC+-基本積分電路要求：R = RC1uC = iC dt一、積分電路iC = CduCdt積分時間常數(shù) = RC

21、下頁上頁1. 電路組成首頁電容伏安特性+-ARuCRuOuIiIiCC+-基本積分電uIR=duCdtC= -duOdtCuO = -RC1 uI dt+ UO(0)uO = -RC1 uI dt積分時注意初始條件由 “虛地”，uO = - uC由“虛斷”，iI = iC2.工作原理下頁上頁+-ARuCRuOuIiIiCC+-基本積分電路首頁uIR=duCdtC= -duOdtCuO = -RC1OuOtuIOt當 t t0 時, uI = 0 , 故 uO = 0; RCUIUit0t1uO = -RC1uI dt（1）波形變換當t0 UT時電路存在的問題：運算精度受溫度的影響很大。下頁上頁

22、首頁1. 用二極管組成的基本對數(shù)運算電路一、 對數(shù)電路+-A基本2. 用三極管組成的對數(shù)運算電路將雙極型三極管接成二極管的形式作為反饋支路，可以獲得較大的工作范圍。+-AVT下頁上頁首頁2. 用三極管組成的對數(shù)運算電路將雙極型三極管接成二極管的形+-A1+-A21N2N3. 集成對數(shù)運算電路下頁上頁首頁+-A1+-A21N2N3. 集成對數(shù)運算電路下頁上頁首頁二、指數(shù)電路+-A基本指數(shù)電路基本指數(shù)電路同樣具有運算結果受溫度影響嚴重等缺點，可以采用與對數(shù)電路類似的措施加以改進。下頁上頁首頁二、指數(shù)電路+-A基本指數(shù)電路基本指數(shù)電路同樣具有運算結果受 集成指數(shù)運算電路+-A1P+-A2E下頁上頁首

23、頁 集成指數(shù)運算電路+-A1P+-A2E下頁上頁首頁+-A1P+-A2E下頁上頁首頁+-A1P+-A2E下頁上頁首頁三、由對數(shù)及指數(shù)電路組成的乘除電路下頁上頁對數(shù)電路對數(shù)電路指數(shù)電路求和電路因此，利用對數(shù)電路、求和電路和指數(shù)電路，可以共同完成乘法運算。乘法電路的輸出電壓正比于其兩個輸入電壓的乘積，將上式取對數(shù)，成為再將上式求指數(shù)，可得首頁三、由對數(shù)及指數(shù)電路組成的乘除電路下頁上頁對數(shù)電路對數(shù)電路指下頁上頁對數(shù)電路對數(shù)電路指數(shù)電路減法電路除法電路的輸出電壓正比于其兩個輸入電壓相除所得的商，即將上式取對數(shù)，成為再將上式求指數(shù)，可得首頁下頁上頁對數(shù)電路對數(shù)電路指數(shù)電路減法除法電路的輸出電壓正比于四、模擬乘法器符號有兩個輸入端，