運算放大器的分類原理及應(yīng)用課件

1、運算放大器的分類原理及應(yīng)用課件運算放大器的分類原理及應(yīng)用課件1、集成運算放大器的轉(zhuǎn)移特性:u-u+uouou- - u+0線性工作范圍正飽和負(fù)飽和輸入差模電壓的線性工作范圍很小（一般僅十幾毫伏），所以常將特性理想化2、運放線性工作的保障:兩輸入端的電壓必須非常接近，才能保障運放工作在線性范圍內(nèi)，否則，運放將進(jìn)入飽和狀態(tài)。運放應(yīng)用電路中，負(fù)反饋是判斷是否線性應(yīng)用的主要電路標(biāo)志。集成運算放大器的線性應(yīng)用1、集成運算放大器的轉(zhuǎn)移特性:u-u+uouou- - u線性應(yīng)用運放電路的一般分析方法求輸出電壓的方法可分步驟進(jìn)行：1、利用i+=0，由電路求出同相輸入端電壓u+ ； 2、利用u+=u-，確定反相

2、輸入端電壓u-=u+ ； 3、利用已知電壓u-，由A電路求出電流i1 ； 4、利用i-=0，求出電流 if =i1 ； 5、由電路F的特性和u-確定輸出電壓：uo=u-F(if ) ；6*、檢驗輸出電壓是否在線性范圍內(nèi)。線性應(yīng)用運放電路的一般分析方法求輸出電壓的方法可分步驟進(jìn)行：一、理想運放模型：理想運放具有如下性能：1、開環(huán)電壓增益AUd ;2、輸入電阻Rid ;3、輸出電阻Ro=0;4、頻帶寬度BW ;5、共模抑制比CMRR ;6、失調(diào)、漂移和內(nèi)部噪聲為零 ;對功能電路非常重要運放的主要特點根據(jù)以上特點推出理想運放線性應(yīng)用時的重要特性一、理想運放模型：理想運放具有如下性能：1、開環(huán)電壓增益

3、二、線性應(yīng)用情況下理想運算放大器具有如下特征：1、u+=u-(虛短)2、 i+=i-=0 (虛斷)3、輸出端呈電壓源特性：同相和反向輸入端電流近似為零；兩輸入端電壓近似相等；Ui=U+=U-= Uo / AU Ui= Uo / AU 0 ; Ui= Ii Ri 0 ; Ii 0 ;UoU-U+I+I-AU(U+-U- )+-二、線性應(yīng)用情況下理想運算放大器具有如下特征：1、u+=u-反相比例運算同相比例運算一、比例運算電路三、積分微分電路四、對數(shù)指數(shù)電路基本反相積分基本反相微分對數(shù)電路二、加、減法運算電路反相加法運算同相加法運算減法運算第二節(jié) 基本運算電路指數(shù)電路反相比例運算同相比例運算一、比

4、例運算電路三、積分微分電路四、UiR1RpRfUoI1If(1)、I+=0 U+0V (2)、U-=U+=0V(虛地)(3)、I1=Ui /R1(4)、I-=0，If =I1= Ui /R1(5)、Rp=R1/Rf1.電路2.分析3.構(gòu)成要求（R +=R -）（一）、反相比例運算電路結(jié)論：(1).閉環(huán)增益AUf只取決于Rf和R1 ； (2).負(fù)號表示Ui與Uo反相； UiR1RpRfUoI1If(1)、I+=0 U（二）、同相比例運算電路UiR1RfUoI1IfR2R2=R1/Rf(1)、I+=0 (2)、 (3)、 (4)、I-=0，If =I1( 5)、1.電路3.構(gòu)成要求2.分析（R +

5、=R -）結(jié)論：閉環(huán)增益AUf只取決于Rf和R1 ； 而與運放本身無關(guān)。 （二）、同相比例運算電路UiR1RfUoI1IfR2R2=同相比例運算電路（特例）電路：UiRf =0UoR1 =R2當(dāng) Rf =0 ; R1 = 時：上式中的電壓增益為：是一個理想的電壓跟隨器。同相比例運算電路（特例）電路：UiRf =0UoR1 =（一）、 反相加法電路在反相比例電路的基礎(chǔ)上加一輸入支路，構(gòu)成反相加法電路。兩輸入電壓產(chǎn)生的電流都流向Rf 。所以輸出是兩輸入信號的比例和。圖07.01 反相求和運算電路 Rp（一）、 反相加法電路在反相比例電路的基礎(chǔ)上加一輸入支路，構(gòu)（二） 同相加法電路在同相比例運算電路

6、的基礎(chǔ)上，增加一個輸入支路，就構(gòu)成了同相輸入求和電路，如圖所示。圖07.02 同相加法電路 因運放具有虛斷的特性；對運放同相輸入端的電位可用疊加原理。求得：（二） 同相加法電路在同相比例運算電路的基礎(chǔ)上，增加一個輸入結(jié)論：(1).同相加法器的輸出電壓與輸入電壓U1 Un之和成正比。 (2).缺點：調(diào)節(jié)某一支路的Rn會影響比例放大倍數(shù) 。 (3).優(yōu)點：輸入阻抗高。結(jié)論：(1).同相加法器的輸出電壓與輸入電壓U1 Un之和二、 減法電路減法器為同、反相放大器的組合，利用疊加原理求解：圖07.02 減法電路 1.只考慮U1作用時：2.只考慮U2作用時：同相端輸入電壓為： P 二、 減法電路減法器為

7、同、反相放大器的組合，利用疊加原理求解3.總輸出電壓為：3.總輸出電壓為：三、 積分電路積分運算電路的分析方法與加法電路類似，反相積分運算電路如圖所示：圖12.05 積分運算電路i(t)= if (t)i(t)= ui (t)/R1.利用運放虛地的概念：2.電容兩端的電壓：三、 積分電路積分運算電路的分析方法與加法電路類似，反相積分四、 微分電路微分運算電路如圖所示: 圖 07.07 微分電路反映了輸入輸出的微分關(guān)系。四、 微分電路微分運算電路如圖所示: 圖 07.07 微分電五、 對數(shù)電路 圖 07.09 對數(shù)運算電路對數(shù)運算電路見圖12.08。圖中二極管可用三極管發(fā)射接代替。五、 對數(shù)電路

8、 圖 07.09 對數(shù)運算電路對數(shù)運算電路見圖六、 指數(shù)運算電路 指數(shù)運算電路如圖07.10所示。指數(shù)運算電路相當(dāng)反對數(shù)運算電路。 圖 07.10 指數(shù)運算電路圖中二極管可用三極管發(fā)射接代替。六、 指數(shù)運算電路 指數(shù)運算電路如圖07.10所示。指數(shù)運算第二節(jié)、電壓比較器 一、 單門限比較器 二、 遲滯比較器 三、 單片集成電壓比較器*四、 窗口比較器*五、 比較器的應(yīng)用 比較器是將一個模擬電壓信號與一個基準(zhǔn)電壓相比較的電路。 常用的幅度比較電路有電壓幅度比較器、窗口比較器，具有遲滯特性的比較器。這些比較器的閾值是固定的，有的只有一個閾值，有的具有兩個閾值。第二節(jié)、電壓比較器 一、 單門限比較器

9、 比較一、 單門限比較器 (1)過零比較器和單門限電壓比較器過零電壓比較器是典型的幅度比較電路。其電路圖和傳輸特性曲線如圖所示。(a)(b) 圖07.01 過零電壓比較器(a)電路圖(b)傳輸特性曲線只有一個門限的比較器一、 單門限比較器 (1)過零比較器和單門限電壓比較器過零電將過零電壓比較器的一個輸入端從接地改接到一個電壓值VREF 上 , 就得到單門限比較器。電路圖和傳輸特性曲線如圖所示。 圖07.02 固定電壓比較器(a)電路圖(b)傳輸特性曲線將過零電壓比較器的一個輸入端從接地改接到一個電壓值VREF (2)比較器的基本特點工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。開關(guān)特性，因開環(huán)增益很大，比較器的輸

10、出只有高電平和低電平兩個穩(wěn)定狀態(tài)。非線性，因大幅度工作，輸出和輸入不成線性關(guān)系。(2)比較器的基本特點工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。二、遲滯比較器U 稱為上限閾值(觸發(fā))電平。由輸出引一電阻分壓支路到同相端，電路如圖所示。當(dāng)輸入電壓Ui從零逐漸增大：此時觸發(fā)電平變?yōu)閁2 ， U2 稱為下限閾值(觸發(fā))電平。圖07.03(a)滯回比較 器電路圖二、遲滯比較器U 稱為上限閾值(觸發(fā))電平。由輸出引一電阻當(dāng) Ui逐漸減小，且Ui = U2 以前， 始終等于Uom- ，因此出現(xiàn)如圖所示的遲滯特性曲線。門限寬度 U ：圖07.03滯回比較電路 的傳輸特性當(dāng) Ui逐漸減小，且Ui = U2 以前， 始終等于Uo

11、一、 方波發(fā)生電路二、 三角波發(fā)生電路三、脈沖波 鋸齒波發(fā)生電路第四節(jié)、 波形發(fā)生器一、 方波發(fā)生電路第四節(jié)、 波形發(fā)生器 一、 方波發(fā)生電路 方波發(fā)生電路是由滯回比較電路和RC定時電路構(gòu)成的，電路如圖14.07所示。(1)工作原理電源剛接通時, 設(shè) 電容C充電， 升高。參閱圖07.08。圖07.07 方波發(fā)生器 一、 方波發(fā)生電路 方波發(fā)生電路是由滯回比較電路 當(dāng) 時， ，所以 電容C放電， 下降。 當(dāng) ，時，返回初態(tài)。 方波周期用過渡過程公式可以方便地求出 圖14.08 方波發(fā)生器波形圖 當(dāng) (2)占空比可調(diào)的矩形波電路 顯然為了改變輸出方波的占空比，應(yīng)改變電容器C的充電和放電時間常數(shù)。占

12、空比可調(diào)的矩形波電路見圖14.09。 C充電時，充電電流經(jīng)電位器的上半部、二極管D1、Rf； C放電時，放電電流經(jīng)Rf、二極管D2、電位器的下半部。 圖14.09 占空比可調(diào)方波發(fā)生電路 (2)占空比可調(diào)的矩形波電路 顯然為了改變輸出方占空比為： 其中， 是電位器中點到上端電阻， 是二極管導(dǎo)通電阻。 其中， 是二極管導(dǎo)通電阻。即改變 的中點位置，占空比就可改變。 圖14.08 方波發(fā)生器波形圖占空比為： 其中， 是電位器中點到上端電阻14.2.2 三角波發(fā)生器 三角波發(fā)生器的電路如圖14.10所示。它是由滯回比較器和積分器閉環(huán)組合而成的。積分器的輸出反饋給滯回比較器，作為滯回比較器的 。1.當(dāng)vo1=+VZ時,則電容C 充電, 同時vo按線性逐 漸下降，當(dāng)使三角波 發(fā)生電路A1的Vp略低 于VN 時，vo1 從+VZ 跳變?yōu)?VZ。波形圖 參閱圖14.11。 圖14.10 三角波發(fā)生器1