理想運算放大器及其運算電路演示文稿

理想運算放大器及其運算電路演示文稿當前第1頁\共有47頁\編于星期一\7點＋－u-－u+uo同相輸入端反相輸入端輸出端預備知識當前第2頁\共有47頁\編于星期一\7點+_+__+vNvPAvovIdrori理想運算放大器的等效電路iIvo當前第3頁\共有47頁\編于星期一\7點1.運放的電壓傳輸特性：設：電源電壓±VCC=±10V。運放的Aod=104│Ui│≤1mV時，運放處于線性區(qū)。Aod越大，線性區(qū)越小，當Aod→∞時，線性區(qū)→00uoui+10V-10V+Uom-Uom-1mV+1mV線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)+10V-10V+Uom-Uom0uoui集成運放的兩種工作狀態(tài)當前第4頁\共有47頁\編于星期一\7點2.理想運算放大器：開環(huán)電壓放大倍數Aod=∞差摸輸入電阻Rid=∞輸出電阻Ro=0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)的條件：電路中有負反饋！運放工作在線性區(qū)的分析方法：虛短（u+=u-）虛斷（ii+=ii-=0）3.線性區(qū)當前第5頁\共有47頁\編于星期一\7點4.非線性區(qū)（正、負飽和狀態(tài)）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！+10V-10V+Uom-Uom0uoui當前第6頁\共有47頁\編于星期一\7點2.1比例運算電路一.反相比例運算虛地點i1=if

（虛斷）因為有負反饋，利用虛短和虛斷u+

=0

u－=u+=0（虛地）反饋方式：電壓并聯負反饋電壓放大倍數:當前第7頁\共有47頁\編于星期一\7點例題1.R1=10k,Rf=20k,ui=-1V。求:uo、Ri。說明R0的作用，R0應為多大？特點：共模輸入電壓=0（u－=u+=0）缺點：輸入電阻?。≧i=R1）R0為平衡電阻(使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等):R0=R1//Rf當前第8頁\共有47頁\編于星期一\7點采用T型反饋網絡的反相比例電路目的：在高比例系數時，避免R1阻值太小，使輸入電阻太小。分析：u+=u-=0（虛短）i1=i2（虛斷）當前第9頁\共有47頁\編于星期一\7點二.同相比例運算電路u-=u+=uii1=if（虛斷）平衡電阻R=Rf//R1因為有負反饋，利用虛短和虛斷反饋方式：電壓串聯負反饋特點：輸入電阻高缺點：共模輸入電壓≠0（u－=u+=ui）電壓放大倍數:當前第10頁\共有47頁\編于星期一\7點Au=1三.電壓跟隨器此電路是同相比例運算的特殊情況，輸入電阻大，輸出電阻小。在電路中作用與分立元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。ui=u+=u-=uo因為有負反饋，利用虛短和虛斷：當前第11頁\共有47頁\編于星期一\7點1.反相加法器：若R1=R2=R,

平衡電阻R0=R1//R2//Rfi1+i2=if2.2基本運算電路一.加法運算電路虛地當前第12頁\共有47頁\編于星期一\7點2.同相求和運算：當R1=R2=Rf=R時,同相比例運算:當前第13頁\共有47頁\編于星期一\7點二.減法運算電路1、利用加法器和反相比例器當前第14頁\共有47頁\編于星期一\7點疊加原理2、差動減法器

ui1作用

ui2作用

綜合：則有：當前第15頁\共有47頁\編于星期一\7點1.積分電路三.積分和微分電路當前第16頁\共有47頁\編于星期一\7點反相積分器：如果u

i=直流電壓,輸出將反相積分，經過一定的時間后輸出飽和。tui0tuo0-UomTM積分時間設Uom=15V,ui=+3V,

R=10k,C=1F求積到飽和值的時間：當前第17頁\共有47頁\編于星期一\7點練習:畫出在給定輸入波形作用下積分器的輸出波形。tui0212345tuo0-2-4-6當前第18頁\共有47頁\編于星期一\7點應用舉例：輸入方波，輸出是三角波。tui0tuo0當前第19頁\共有47頁\編于星期一\7點2.微分電路：u-=u+=0當前第20頁\共有47頁\編于星期一\7點tui0tuo0例：,求uo。90°當前第21頁\共有47頁\編于星期一\7點一.對數電路2.3對數和反對數運算電路

利用PN結的指數特性實現對數運算當前第22頁\共有47頁\編于星期一\7點BJT的發(fā)射結有注意：ui必須大于零，電路的輸出電壓小于0.7V利用虛短和虛斷，有用三極管實現對數運算當前第23頁\共有47頁\編于星期一\7點二.反對數（指數）電路當前第24頁\共有47頁\編于星期一\7點uO是ui的反對數運算（指數運算）用三極管實現反對數運算電路利用虛短和虛斷，電路有要求以上兩個電路溫漂很嚴重，實際電路都有溫度補償電路當前第25頁\共有47頁\編于星期一\7點基本原理三.對數反對數型模擬乘法器當前第26頁\共有47頁\編于星期一\7點

舉例：若取R1＝R2＝R3＝R4＝R，可得：

當前第27頁\共有47頁\編于星期一\7點對于差放有：

2.4集成模擬乘法器

一.基本原理當前第28頁\共有47頁\編于星期一\7點模擬乘法器功能：實現兩個模擬量相乘

其中K為比例因子，量綱:V-1符號：當前第29頁\共有47頁\編于星期一\7點

二.模擬乘法器的應用1.乘法運算立方運算電路

2.平方和立方運算平方運算電路uo=KuXuYuo=K(ui)2uo=K2(ui)3當前第30頁\共有47頁\編于星期一\7點3.除法運算電路根據虛斷如果令K=R2/R1則:注意：為保證電路為負反饋，必須有：EWB演示——除法器當前第31頁\共有47頁\編于星期一\7點4.開平方運算電路)(1i12OuRRKu-=ui為負值！負反饋條件？當前第32頁\共有47頁\編于星期一\7點有源濾波器實際上是一種具有特定頻率響應的放大器。

濾波器的功能：對頻率進行選擇,過濾掉噪聲和干擾信號，保留下有用信號。

2.5有源濾波電路

濾波器的分類：低通濾波器（LPF）高通濾波器（HPF）帶通濾波器（BPF）帶阻濾波器（BEF）當前第33頁\共有47頁\編于星期一\7點ω|A|0ωC通帶阻帶A0ω|A|0ωCA0通帶阻帶ω|A|0ωC1A0阻阻ωC2通ω|A|0ωC1A0阻ωC2通通

各種濾波器理想的幅頻特性：（1）低通（2）高通（1）帶通（1）帶阻當前第34頁\共有47頁\編于星期一\7點

濾波器的用途

濾波器主要用來濾除信號中無用的頻率成分，例如，有一個較低頻率的信號，其中包含一些較高頻率成分的干擾。當前第35頁\共有47頁\編于星期一\7點1.一階RC低通濾波器(無源)一.低通有源濾波器傳遞函數：截止頻率：幅頻特性：當前第36頁\共有47頁\編于星期一\7點此電路的缺點：1、帶負載能力差。2、無放大作用。3、特性不理想，邊沿不陡。幅頻特性：0.707H截止頻率01|A|當前第37頁\共有47頁\編于星期一\7點2.一階有源低通濾波器傳遞函數：通帶增益：截止頻率：當前第38頁\共有47頁\編于星期一\7點幅頻特性及幅頻特性曲線傳遞函數：幅頻特性：缺點：阻帶衰減太謾。H0.7071+Rf/R101+Rf/R1|A|當前第39頁\共有47頁\編于星期一\7點3.二階有源低通濾波器傳遞函數：當前第40頁\共有47頁\編于星期一\7點當Ao＜3時，濾波器可以穩(wěn)定工作。此時特性與Q有關。當Q=0.707時，幅頻特性較平坦。當f＞＞fL時，幅頻特性曲線的斜率為-40dB/dec。

當Ao≥3時，源濾波器自激。幅頻特性及幅頻特性曲線當前第41頁\共有47頁\編于星期一\7點傳遞函數：通帶增益：截止頻率：二.高通有源濾波器1.一階有源高通濾波器當前第42頁\共有47頁\編于星期一\7點幅頻特性：缺點：阻帶衰減太謾。幅頻特性及幅頻特性曲線傳遞函數：01+Rf/R10.707(1+Rf/R1)L|A|當前第43頁\共有47頁\編于星期一\7點2.二階有源高通濾波器由此繪出頻率響應特性曲線

(2)通帶增益（1）幅頻特性：其中：當前第44頁\共有47頁\編于星期一\7點當AO≥3時，電路自激。幅頻特性曲線

當Ao＜3時，濾