運算放大器演示文稿

運算放大器演示文稿當(dāng)前第1頁\共有45頁\編于星期五\15點運算放大器當(dāng)前第2頁\共有45頁\編于星期五\15點集成電路運算放大器（集成運放）是模擬集成電路中應(yīng)用極為廣泛的一種電子器件。它采用一定制造工藝將大量半導(dǎo)體三極管、電阻、電容等元件及連線制作在同一小塊單晶硅的芯片上，并具有一定功能的電子電路。它不僅用于信號的運算、處理、變換、測量、信號產(chǎn)生電路，還可用于開關(guān)電路。集成運放本身具有非線性的特性，但一般都將它作為線性電路的器件，很容易用來設(shè)計各種應(yīng)用電路。當(dāng)前第3頁\共有45頁\編于星期五\15點當(dāng)前第4頁\共有45頁\編于星期五\15點

2.1集成電路運算放大器1.運放的內(nèi)部組成單元：PN差分式放大電路對稱性一級或多級放大電路提高電壓增益輸入級中間級輸出級功率放大電路電壓增益為1，向負載提供足夠功率O以正、負電源的中間接點作為參考點位點當(dāng)前第5頁\共有45頁\編于星期五\15點國際符號：國內(nèi)符號：集成運放的特點：電壓增益高輸入電阻大輸出電阻小集成運算放大器(operationalamplifier)符號同相輸入端反相輸入端輸出端VVVo+－ApNvvv＋－vNPvov

2.1集成電路運算放大器當(dāng)前第6頁\共有45頁\編于星期五\15點2.運放的電路模型PN輸入電阻模擬輸入端口輸出電阻與受控源模擬輸出端口電源是運放必須的能源電源中間接點為參考電位點將運算放大器看作一個簡化的具有端口特性的標(biāo)準器件，用一個包含輸入端口、輸出端口和供電電源端的電路模型來代表當(dāng)前第7頁\共有45頁\編于星期五\15點當(dāng)前第8頁\共有45頁\編于星期五\15點正飽和線性區(qū)負飽和輸出電壓的正、負極限值實際輸出電壓的變化范圍是？為什么ab段幾乎是一條垂直于橫坐標(biāo)的直線？容易導(dǎo)致運放的性能不穩(wěn)定，為使運放組成的各種應(yīng)用電路穩(wěn)定地工作在線性區(qū)，須引入負反饋輸出電壓正比于輸入電壓2.運放的電壓傳輸特性當(dāng)前第9頁\共有45頁\編于星期五\15點例PN當(dāng)前第10頁\共有45頁\編于星期五\15點

2.2

理想運算放大器運放進入飽和區(qū)運放工作在線性區(qū)當(dāng)前第11頁\共有45頁\編于星期五\15點

2.2

理想運算放大器按功能分類按工作區(qū)域分類放大

—信號傳遞AV、AI、AR（V/I）、AG（I/V）運算

—處理

—濾波、整流、取樣－保持、絕對值比較

—判斷電壓大?。ǖ?章）信號產(chǎn)生

—正弦、方波、三角波（第9章）線性應(yīng)用(虛短、虛斷)非線性應(yīng)用(虛斷)當(dāng)前第12頁\共有45頁\編于星期五\15點

2.3

基本線性運放電路同相輸入和反相輸入放大電路是運算放大電路的基礎(chǔ)。如無特殊說明，運放視為理想運放。為使運放組成的各種應(yīng)用電路穩(wěn)定地工作在線性區(qū)，電路中必須引入負反饋。當(dāng)前第13頁\共有45頁\編于星期五\15點2.3.1同相放大電路

2.3

基本線性運放電路1.基本電路輸入信號電壓加在同相端與地之間輸出電壓通過分壓作用于反相輸入端由輸出電壓經(jīng)過反饋元件R1、R2送回到反相輸入端，又稱vn為反饋電壓vf當(dāng)前第14頁\共有45頁\編于星期五\15點

2.3

基本線性運放電路2.負反饋的基本概念vid=vi-vf=vp-vn比無反饋時減少電壓增益Av=vo/vi也減小根據(jù)反饋的定義，此時引入的是負反饋負反饋作用是輸出信號vo通過反饋通路（R1、R2）得到反饋信號vf引回到輸入回路與輸入信號vi做比較，起到自動調(diào)整作用，最后達到輸出穩(wěn)定平衡。當(dāng)前第15頁\共有45頁\編于星期五\15點3.虛假短路深度負反饋的條件下，運放工作在線性區(qū)時有：由理想運放的參數(shù)可知：兩輸入端的電位約相等，稱為虛短兩輸入端的電流約為零，稱為虛斷雖然不是嚴格的物理定義，但是在分析線性放大電路時會非常方便Q：運放什么狀態(tài)下存在“虛短”？什么情況下存在“虛斷”？當(dāng)前第16頁\共有45頁\編于星期五\15點

2.3

基本線性運放電路4.幾項技術(shù)指標(biāo)的近似計算（1）電壓增益Av由虛短：由虛斷：iv閉環(huán)電壓增益Av只取決于反饋電路元件值，與運放本身參數(shù)無關(guān)。當(dāng)前第17頁\共有45頁\編于星期五\15點

2.3

基本線性運放電路（2）輸入電阻Ri由輸入電阻的定義：由虛斷：即便考慮運放為非理想運放這個因素，Ri也可達109iv當(dāng)前第18頁\共有45頁\編于星期五\15點

2.3

基本線性運放電路（3）輸出電阻Ro由求輸出電阻的方法：當(dāng)前第19頁\共有45頁\編于星期五\15點

2.3

基本線性運放電路5.電壓跟隨器輸出電壓等于反饋電壓由虛短：輸出電壓與輸入電壓大小相等，相位相同，稱為電壓跟隨器。當(dāng)前第20頁\共有45頁\編于星期五\15點

2.3

基本線性運放電路5.電壓跟隨器在電路中常作為阻抗變換器或緩沖器阻抗變換器一個具有高內(nèi)阻的信號源直接驅(qū)動阻值不大的負載時：信號源負載當(dāng)前第21頁\共有45頁\編于星期五\15點

2.3

基本線性運放電路5.電壓跟隨器信號源負載將電壓跟隨器接在高內(nèi)阻的信號源與負載之間，由虛短、虛斷知：負載變化仍然成立消除負載變化對輸出電壓的影響當(dāng)前第22頁\共有45頁\編于星期五\15點1.基本電路輸入信號通過R1加到運放的反相端，反饋電阻R2

在輸出端和反相輸入端，由虛短知：反相放大電路反相輸入端電位接近于地電位，稱為虛地?！疤摰亍钡拇嬖谑蔷€性反相放大電路在閉環(huán)工作狀態(tài)下的重要特征2.3.2反相放大電路

2.3

基本線性運放電路當(dāng)前第23頁\共有45頁\編于星期五\15點2.3.2反相放大電路

2.3

基本線性運放電路虛地1.電壓增益Av由虛斷：由虛短：當(dāng)前第24頁\共有45頁\編于星期五\15點2.3.2反相放大電路

2.3

基本線性運放電路（2）輸入電阻Ri（3）輸出電阻Ro當(dāng)前第25頁\共有45頁\編于星期五\15點例T形網(wǎng)絡(luò)代替R2構(gòu)成前置放大電路：由虛地、虛斷列n和M點KCL方程：聯(lián)立方程求解：當(dāng)前第26頁\共有45頁\編于星期五\15點例將參數(shù)代入Av的表達式：故此時R4可用50KΩ電位器代替，設(shè)置阻值為35.2KΩ，使得Av=-100，即可通過調(diào)節(jié)R4的取值來改變電壓增益的大??；當(dāng)前第27頁\共有45頁\編于星期五\15點例用T形網(wǎng)絡(luò)代替反饋電阻作用：可用低阻值電阻網(wǎng)絡(luò)得到高增益的放大電路。當(dāng)前第28頁\共有45頁\編于星期五\15點2.4.1求差電路

2.4

同相和反相輸入放大電路的其他應(yīng)用

根據(jù)虛短、虛斷得：（1）利用差分式電路(differenceamplifier)以實現(xiàn)減法運算當(dāng)前第29頁\共有45頁\編于星期五\15點2.4.1求差電路

2.4

同相和反相輸入放大電路的其他應(yīng)用（1）差分式電路若阻值選取滿足R4/R1=R3/R2的關(guān)系：輸入電阻RiR1=R2i2=-i1輸出電阻Ro同理想運放的輸出電阻當(dāng)前第30頁\共有45頁\編于星期五\15點例高輸入電阻差分電路如圖，求輸出電壓表達式。由疊加定理：當(dāng)R1=R21時與單級差放電路相比，由于第一級是同相輸入放大電路，輸入電阻為無窮大當(dāng)前第31頁\共有45頁\編于星期五\15點

儀用放大器由差分輸入關(guān)系知：輸入信號都是從同相端輸入，其輸入電阻為無窮大當(dāng)前第32頁\共有45頁\編于星期五\15點

求和電路由虛斷：由虛地：當(dāng)前第33頁\共有45頁\編于星期五\15點習(xí)題當(dāng)前第34頁\共有45頁\編于星期五\15點習(xí)題對A3利用虛短、虛斷有A4為反相比例習(xí)題2.4.6習(xí)題2.4.7當(dāng)前第35頁\共有45頁\編于星期五\15點

2.4.4積分電路積分電路(integratorcircuit)如圖所示。由虛斷：由虛地：設(shè)電容器C初始電壓vC(0)=0輸出電壓vO為輸入電壓vI對時間的積分，其實質(zhì)是電容兩端電壓vC為流過電容電流iC的積分當(dāng)前第36頁\共有45頁\編于星期五\15點

2.4.4積分電路階躍電壓運放輸出電壓的最大值受到直流電源電壓的限制，運放進入飽和區(qū)，輸出保持不變，停止積分積分電路用于掃描電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、模擬運算器等當(dāng)前第37頁\共有45頁\編于星期五\15點練習(xí)：畫出在給定輸入波形作用下積分器的輸出波形tvs0212345tvo0-2-4-6C

R

vS

vO

+

–

A

R

+

–

當(dāng)前第38頁\共有45頁\編于星期五\15點應(yīng)用舉例：輸入方波，輸出是三角波tvs0tvo0C

R

vS

vO

+

–

A

R

+

–

當(dāng)前第39頁\共有45頁\編于星期五\15點vP=vN=0

2.4.4微分電路微分電路(differentialcircuit)如圖所示。當(dāng)前第40頁\共有45頁\編于星期五\15點微分電路還可以用作波形變換，將矩形波變換為尖頂脈沖波。

2.4.4微分電路當(dāng)前第41頁\共有45頁\編于星期五\15點tvs0tvo090°,求vo。ivvo1－CRsR+iC例題當(dāng)前第42頁\共有45頁\編于星期五\15點電路參數(shù)可以是簡單的R、C外，也可以是R、L、C