電子科大課堂講義模擬電路第8章課件

第八章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用8-1集成運(yùn)放的特點(diǎn)及組成框圖特點(diǎn)：高增益；高輸入電阻；低輸出電阻。組成框圖：第八章集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用組成框圖：輸入級(jí)：采用差動(dòng)放大電路（抑制零漂）；中間級(jí)：直接耦合多級(jí)放大電路（提供高增益）；輸出級(jí)：互補(bǔ)對(duì)稱推挽電路（低輸出電阻）；偏置電路：恒流源電路。輸入級(jí)：采用差動(dòng)放大電路（抑制零漂）；雙列直插式圓殼式扁平式雙列直插式圓殼式扁平式運(yùn)放符號(hào)在運(yùn)放的簡(jiǎn)化符號(hào)中，只畫出——兩個(gè)輸入端（反相輸入端、同相輸入端）；一個(gè)輸出端。運(yùn)放符號(hào)在運(yùn)放的簡(jiǎn)化符號(hào)中，只畫出——1、差模輸入電阻Rid（越大越好）2、輸入偏置電流IIB=?(IB1+IB2)（越小越好）3、輸入失調(diào)電壓UIO（越小越好）輸入失調(diào)電壓的溫漂dUIO/dT4、輸入失調(diào)電流IIO及其溫漂dIIO/dT5、最大差模輸入電壓UIDM

最大共模輸入電壓UICM6、差模開環(huán)電壓增益Avd7、共模抑制比KCMR（越大抑制性越好）8、輸出電阻Ro9、開環(huán)帶寬BW8-2集成運(yùn)放的特性參數(shù)1、差模輸入電阻Rid（越大越好）8-2集成運(yùn)放的特性8-3理想運(yùn)算放大器各項(xiàng)指標(biāo)理想化的集成運(yùn)放。即：Avd→∞；

Rid→∞；

Ro=0；

KCMR→∞；

IIB、UIO、dUIO/dT、dIIO/dT均→0；

BW→∞8-3理想運(yùn)算放大器運(yùn)放的兩個(gè)工作區(qū)線性區(qū)：輸入、輸出滿足Uo=Aud(U+-U-)工作在線性區(qū)的運(yùn)放必須引入深度負(fù)反饋。非線性區(qū)：工作在開環(huán)或引入正反饋的運(yùn)放工作在非線性區(qū)。一、理想運(yùn)放線性運(yùn)用的兩個(gè)重要特點(diǎn)運(yùn)放的兩個(gè)工作區(qū)一、理想運(yùn)放線性運(yùn)用的兩個(gè)重要特點(diǎn)理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)，有兩個(gè)重要特點(diǎn)：（1）同相端電位與反相端電位相等：U+=U-

稱為“虛短”；（2）同相輸入端與反相輸入端的輸入電流均為零

I+=I-=0稱為“虛斷”。虛短、虛斷是分析運(yùn)放線性運(yùn)用電路的基本出發(fā)點(diǎn)理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)，有兩個(gè)重要特點(diǎn)：例1：A為理想運(yùn)放，寫出uo表達(dá)式?！遀+=0=U-又∵I+=I-=0∴Uo=5V(a)例1：A為理想運(yùn)放，寫出uo表達(dá)式?！遀+=0=U-∵U+=3V=U-又∵I+=I-=0∴uo=U-=3V(b)IR(c)∵U+=3V=U-(b)IR(c)例2：寫出uo1表達(dá)式，設(shè)運(yùn)放為理想運(yùn)放。B解：由虛地及虛斷解出uo1=3V例2：寫出uo1表達(dá)式，設(shè)運(yùn)放為理想運(yùn)放。B解：由虛地及虛斷例3：寫出uo2表達(dá)式，設(shè)運(yùn)放為理想運(yùn)放。解：解出uo1=9V例3：寫出uo2表達(dá)式，設(shè)運(yùn)放為理想運(yùn)放。解：解出uo1=例4：寫出uo3表達(dá)式，設(shè)運(yùn)放為理想運(yùn)放。解：解出uo1=4V例4：寫出uo3表達(dá)式，設(shè)運(yùn)放為理想運(yùn)放。解：解出uo1=電路形式Uo與Ui關(guān)系式：要求：RP=R1//Rf二、運(yùn)放線性運(yùn)用的兩種基本電路1、反相比例電路（反相輸入放大器）電路形式Uo與Ui關(guān)系式：要求：RP=R1//Rf二、運(yùn)放利用理想運(yùn)放線性運(yùn)用兩特點(diǎn)（虛短、虛斷）推導(dǎo)Auf關(guān)系：U+=U-

；I+=I-電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路具有該組態(tài)特點(diǎn)。反饋類型利用理想運(yùn)放線性運(yùn)用兩特點(diǎn)（虛短、虛斷）推導(dǎo)Auf關(guān)系：U+

由電路U+=0，∴U-=U+=0（虛地）

由電路U+=0，∴U-=U+=0（虛地）特例：當(dāng)Rf=R1時(shí)，Auf=-1,即Uo=-Ui

稱為反相器。Rif=R1∵U+=U-∴共模輸入電壓很小。特例：當(dāng)Rf=R1時(shí)，Auf=-1,即Uo=-Ui2、同相比例電路（同相輸入放大器）電路形式Uo與Ui關(guān)系：RP=R1//Rf2、同相比例電路（同相輸入放大器）電路形式Uo與Ui關(guān)系：R反饋類型：電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路具有該組態(tài)特點(diǎn)。仍利用理想運(yùn)放線性運(yùn)用兩特點(diǎn)（虛短、虛斷）推導(dǎo)Auf關(guān)系：U+=U-

；I+=I-反饋類型：仍利用理想運(yùn)放線性運(yùn)用兩特點(diǎn)（虛短、虛斷）推導(dǎo)Au推導(dǎo)：推導(dǎo)：特例：當(dāng)Rf=0，R1=∞Auf=Uo/Ui=1，Uo=Ui

稱為電壓跟隨器。特例：當(dāng)Rf=0，R1=∞例1運(yùn)放最大輸出電壓為±12V，求下列情況下Uo值：UiR1RP-+UoRfR1=10kΩRf=390kΩUi=0.2V1、正常2、R1虛焊而開路3、Rf虛焊而開路例1運(yùn)放最大輸出電壓為±12V，求下列情況下Uo值：UiRUiR1RP-+UoRf解：1、是同相比例電路UiR1RP-UoRf解：1、是同相比例電路UiRPRf-+Uo2、成為跟隨器或：Uo=U-=U+=Ui=0.2VUiRPRf-Uo2、成為跟隨器或：Uo=U-=U+=Ui=3、運(yùn)放處于開環(huán)應(yīng)用UoUo-+R1RP運(yùn)放工作在非線性區(qū)∵U-=0U+=Ui=0.2VU+＞U-Uo=+Uom=+12V3、運(yùn)放處于開環(huán)應(yīng)用UoUo-R1RP運(yùn)放工作在非線性區(qū)∵U例:寫出各電路的Uo/UiUi10kΩ100kΩUo-+Ui-+10kΩUo例:寫出各電路的Uo/UiUi10kΩ100kΩUo-10kΩUiUo100kΩ-+10kΩ10kΩ屬同相比例電路(U+≠Ui)10kΩUiUo100kΩ-10kΩ10kΩ屬同相比例電路3、差分比例運(yùn)算電路電路形式R+=R-即RP=Rn利用疊加定理推導(dǎo)Uo與Ui的關(guān)系：Ui1單獨(dú)作用成為反相比例電路；Ui2單獨(dú)作用成為同相比例電路。3、差分比例運(yùn)算電路電路形式R+=R-利用疊加定理推導(dǎo)Uo與-+RfR1Uo’RfUi1R1Uo’’RfR1-+RfR1Ui2-RfR1Uo’RfUi1R1Uo’’RfR1-RfR1Ui電子科大課堂講義模擬電路第8章課件當(dāng)Rf=R1時(shí)，Uo=Ui2-Ui1成為減法運(yùn)算電路。當(dāng)Rf=R1時(shí)，Uo=Ui2-Ui1例：寫出uo3表達(dá)式解：應(yīng)用疊加定理求-+RRR’uiuo3’uo3’’uiR’-+RR例：寫出uo3表達(dá)式解：應(yīng)用疊加定理求-RRR’uiuo3’-+RRR’uiuo3’uo3’’uiR’-+RR-RRR’uiuo3’uo3’’uiR’-RR4、比例電路應(yīng)用實(shí)例通用數(shù)據(jù)放大器A3為基本差動(dòng)放大器4、比例電路應(yīng)用實(shí)例通用數(shù)據(jù)放大器A3為基本差動(dòng)放大器電子科大課堂講義模擬電路第8章課件電子科大課堂講義模擬電路第8章課件A3的同、反相輸入端接入R5、R7、R4、R6時(shí)的電路當(dāng)R2=R3，R1中點(diǎn)為交流地電位。ui=ui1-ui2，ui1=0.5ui

，ui2=-0.5uiA3的同、反相輸入端接入R5、R7、R4、R6時(shí)的電路當(dāng)R2ui=ui1-ui2，ui1=0.5ui

，ui2=-0.5uiui1

、ui2分別送入A1、A2,（1/2R1處為交流地），分別構(gòu)成兩個(gè)同相比例電路。ui1ui2ui=ui1-ui2，ui1、ui2分別送入A1、A2,A3為差分放大電路，若R4=R5，R6=R7則（差動(dòng)比例增益公式）A3為差分放大電路，若R4=R5，R6=R7則（差動(dòng)比例增益例(1)R1=2kΩ,R2=R3=1kΩR6=R7=100kΩR4=R5=2kΩ,求Au=uo/ui=?ui1ui2解（1）：帶入已知電阻值例ui1ui2解（1）：帶入已知電阻值例求Auf及Rif表達(dá)式。解：由理想運(yùn)放兩特點(diǎn)推導(dǎo)uo表達(dá)式。i1=i2（∵i-=0）u1=i1R1=i2R1(∵u-=u+=0)uo=-(i2R2+i3R3)=-[i2R2+(i2+i4)R3]∵uM=-i2R2=-i4R4∴i4=R2i2/R4帶入uo式中:例求Auf及Rif表達(dá)式。解：uo=-(i2R2+i3R∵u-=0（虛地）∴Rif=R1∵u-=0（虛地）∴Rif=R1由以上分析得：T型網(wǎng)絡(luò)也是一種反相比例運(yùn)算電路。特點(diǎn)：在電路中阻值不太高的情況下，可獲得較高電壓增益。由以上分析得：T型網(wǎng)絡(luò)也是一種反相比例運(yùn)算電路。例:運(yùn)放為理想運(yùn)放，求電路Au=uo/ui=？解：A1為同相比例電路，輸出uo1；

A2為反相比例電路，輸出uo2。例:運(yùn)放為理想運(yùn)放，求電路Au=uo/ui=？解：A1為同8-2求和（加法）電路1、反相求和電路（以三輸入為例）

電路形式Uo與Ui1、Ui2、Ui3關(guān)系：（利用虛短、虛斷求出）8-2求和（加法）電路電路形式Uo與Ui1、Ui2、Ui∵I+=I-∴i1+i2+i3=io

又U+=0=U-∵I+=I-∴i1+i2+i3=io也可利用疊加定理推出。也可利用疊加定理推出。例試用運(yùn)放實(shí)現(xiàn)以下運(yùn)算關(guān)系:uo=0.2u11-10u12+1.3u13解:用兩個(gè)集成運(yùn)放構(gòu)成兩級(jí)反相求和電路實(shí)現(xiàn).例試用運(yùn)放實(shí)現(xiàn)以下運(yùn)算關(guān)系:解:用兩個(gè)集成運(yùn)放構(gòu)成兩級(jí)設(shè)計(jì)各電阻阻值滿足:設(shè)計(jì)各電阻阻值滿足:由電路寫出uo符號(hào)表達(dá)式為:由電路寫出uo符號(hào)表達(dá)式為:對(duì)比得:選選對(duì)比得:選選2、同相求和電路（三輸入為例）電路形式Uo與Ui1、Ui2、Ui3關(guān)系：(利用虛短、虛斷求出)（當(dāng)R+=R-時(shí)）2、同相求和電路（三輸入為例）電路形式Uo與Ui1、Ui2、利用理想運(yùn)放線性應(yīng)用兩特點(diǎn)推導(dǎo)如下：其中利用理想運(yùn)放線性應(yīng)用兩特點(diǎn)推導(dǎo)如下：其中電子科大課堂講義模擬電路第8章課件也可利用疊加定理推出uo表達(dá)式。（三個(gè)同相比例電路輸出的疊加）由于R+與各輸入回路的電阻有關(guān)，因此，電路元件參數(shù)的調(diào)節(jié)和估算麻煩；且由于不存在“虛地”，運(yùn)放的共模輸入電壓較高，故同相求和電路的應(yīng)用不如反相求和電路廣泛。也可利用疊加定理推出uo表達(dá)式。（三個(gè)同相比例電路輸出的疊加一般在需要實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算時(shí)，采用兩級(jí)反相求和電路實(shí)現(xiàn)。例：求uo表達(dá)式解：一般在需要實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算時(shí)，采用兩級(jí)反相求和電路實(shí)現(xiàn)。例：求u例寫出輸入、輸出關(guān)系解：利用疊加定理-+4kΩ1kΩuo’ui1Ui1單獨(dú)作用等效電路例寫出輸入、輸出關(guān)系解：利用疊加定理-4kΩ1kΩuo’1kΩ-+4kΩui21kΩuo’’Ui2單獨(dú)作用等效電路4kΩ1kΩ-4kΩui21kΩuo’’Ui2單獨(dú)作用等效電路4k1kΩ-+4kΩ4kΩui3uo’’’Ui3單獨(dú)作用等效電路1kΩ1kΩ-4kΩ4kΩui3uo’’’Ui3單獨(dú)作用等效電路16.3積分和微分電路6.3.1積分電路1、反相積分器（基本積分電路）

Uo與Ui的關(guān)系：電路形式6.3積分和微分電路Uo與Ui的關(guān)系：電路形式推導(dǎo)：運(yùn)用理想運(yùn)放線性應(yīng)用兩特點(diǎn)由“虛地”uo=-uc由“虛斷”i1=iC∴u1=i1R=iCR由電容電壓、電流關(guān)系得：推導(dǎo)：運(yùn)用理想運(yùn)放線性應(yīng)用兩特點(diǎn)例：已知t=0時(shí)，uo=0畫出理想情況下uo波形。C=0.1μF；R=100kΩ解：積分時(shí)間常數(shù)RC=100×103×0.1×10-6

=0.01S例：已知t=0時(shí)，uo=0畫出理想情況下uo波形。C=0.1電子科大課堂講義模擬電路第8章課件2、求和積分器（三輸入）

電路形式Uo表達(dá)式可利用疊加定理對(duì)三個(gè)基本積分器輸出疊加求得2、求和積分器（三輸入）電路形式Uo表達(dá)式可利用疊加定理對(duì)三電子科大課堂講義模擬電路第8章課件6.微分電路基本微分器電路Uo、Ui關(guān)系：電路形式6.微分電路Uo、Ui關(guān)系：電路形式推導(dǎo)：電路缺點(diǎn)：對(duì)高頻噪聲敏感；電路穩(wěn)定性差。推導(dǎo)：電路缺點(diǎn)：對(duì)高頻噪聲敏感；電路穩(wěn)定性差。實(shí)用微分電路要求：1、高頻時(shí)C1反饋?zhàn)饔迷鰪?qiáng)，R1分壓作用增強(qiáng)，均使Auf↓，可抑制高頻噪聲；2、RC1的相位補(bǔ)償可還提高電路穩(wěn)定性。實(shí)用微分電路要求：1、高頻時(shí)C1反饋?zhàn)饔迷鰪?qiáng)，R1分壓作用增2000級(jí)用集成運(yùn)放設(shè)計(jì)一個(gè)電路，使輸出電壓uo與輸入電壓

u1、u2滿足：2000級(jí)小結(jié)：模擬運(yùn)算電路是由集成運(yùn)放接成負(fù)反饋的電路形式，可實(shí)現(xiàn)比例、加、減、積分、微分、對(duì)數(shù)、反對(duì)數(shù)等多種數(shù)學(xué)運(yùn)算，此時(shí)運(yùn)放工作在線性區(qū)內(nèi)。小結(jié)：模擬運(yùn)算電路是由集成運(yùn)放接成負(fù)反饋的電路形式，可實(shí)現(xiàn)比1、對(duì)反相比例電路、同相比例電路、反相求和電路、反相積分電路、微分電路等這類典型電路直接運(yùn)用Uo

公式求解；2、對(duì)差動(dòng)比例電路、同相求和電路、加減運(yùn)算電