集成运算放大器的线性应用基础.ppt

第2章 集成运算放大器的线性应用基础 2.1 集成运算放大器的符号、模型和电压传输特性 2.2 负反馈下的集成运算放大器 2.3 集成运算放大器构成的模拟信号运算电路 2.4 有源RC滤波器 2.5 集成运算放大器选择指南 集成运算放大器(简称集成运放)是利用集成工艺制作的 高性能电压放大器。由于体积小、重量轻、价格便宜，目前 已作为一种高增益模块被广泛用于电子设备中。 2.1 集成运算放大器的符号、模型和电压传输特性 集成运算放大器的电路符号 原理图中的简化符号 国外（本书）符号 国标符号 集成运放作为电压放大器的电路模型 理想化运放条件： Auo Ri ii+= ii-0 Ro0 BW 理想运放线性电路模型： VCVS 线性放大 区趋于零 线性 放大区 集成运放的电压传输特性 限幅区 限幅区 限幅区 限幅区 理想运放的电压传输特性 结论： 由于集成运放的电压放大倍 数极大，其线性放大区极窄，对于 理想运放则趋于零，故开环运放无 法用作线性放大器 串联电压负反馈 2.2 负反馈下的集成运算放大器 电压传输特性 ， 即 看见，当 时，则 两输入端虚短路。 线性 放大区 开环电压 传输特性 传输特性 并联电压负反馈 ， 即可见， ，当时，则 反相输入端虚地。 负反馈下的集成运算放大器 线性放大 区趋于零 限幅区 限幅区 1. 集成运放如何施加负反馈？ 2. 负反馈下理想运放的线性运用分析要点？ 结论：理想集成运放线性应用的条件和分析要点 线性应用的条件： 对运放施加负反馈。 线性应用分析要点： 4. 当加有多个输入信号时，适用叠加原理。 2. 当反相线性运用时： 1. 两输入端“虚短路”（虚断）。 反相输入端“虚地”。 特别注意：当输出电压过大时(uo|UCC|),运放的输出将限幅！ 3. 运放的输出电阻 Ro= 0，即输出为恒压源。 一. 反相比例运算（放大）电路 传输特性 2. 3 集成运放构成的基本运算电路 2. 3. 1 比例运算（放大）电路 平衡电阻 （并联电压负反馈） 二. 同相比例运算（放大）电路 传输特性 电压跟随器 平 衡 电 阻 （串联电压负反馈） 例1 电路如图，求输出电压uo1和uo。 若ui为图示的正弦波，试画出 uo1和uo的波形。(已知UCC=12V) uo1 = -5 ui uo = -30 ui 2. 3. 2 加法器uo= aui1+ bui2+ 一、反相加法器 则 根据叠加原理： 因反相端为“虚地” 二、同相加法器 同相端电位： 若R1=R2，则 两输入端为“虚断” 例2 设计一个加法器电路并确定元件参数，实现 uo=(5ui1+7ui2) 取Rf为比例系数的最小公倍 数，即57=35单位阻值。则R1为 7单位阻值，而R2为5单位阻值。 故选 解 选择图示的反相加法器电路 例3 设计一个加法器电路并确定元件参数，实现 uo=3ui1+10ui2 解 选择图示的同相加法器电路 若使 Rf /R 在数值为(R1+ R21)： R2取 3单位阻值， R1 则可取10个单位阻值。此时 比值Rf /R=10+31=12。故电路各参数可选择为 2.3.3 减法器 uo=aui1-bui2 相减器的输出电压与两个输入信号之差成正比。 简便方法是应用叠加原理来分析。首先令ui2=0， 则电路相当于同相比例器，得 实现减法，可将被减信号加在运放的同相端，而 减信号加在反相端，如图所示。 R3 ui1 u o R 1 R 2 再令ui1=0，则为反相比例器。 可见，该电路只能实现 a=b+1的减法运算。 uo= aui1- bui2 ui2 R3 u” o R1 R2 若要实现 a b+1的减法运算，则电路的一般形式为 首先令ui2=0，则 再令ui1=0，则 uo= aui1- bui2 例4 测量放大电路如图所示，求输出电压uo。 2.3.4 积分器电路 一. 反相积积分器 在时域，设电容电压的初始值为零uC(0)=0，则输 出电压uo(t)为 式中，R以为单位，C以F为单位，则RC的单位为秒(s)。 例5 电路如图所示，R=10k，C=0.01F。已知运放的最大输 出电压|Uom|=12V，初始电压uC(0)=0。已知输入为图示的方波 信号。 1. 试画出输出电压uo的波形图。 2. 求输出电压uo的幅度及确定输出电压达到最大值的时间。 6.4 即为差动积分器。若将ui2端接地，则为同相积分器: 二. 差动积动积 分器和同相积积分器 2.3.5 微分器 将积分器的积分电容和电阻的位置互换，就成了 微分器，如图所示。 可见，输出电压和输入电压的微分成正比。 微分器的高频增益大。如果输入含有高频噪声的话 ，则输出噪声也将很大，而且电路可能不稳定，所以微 分器很少有直接应用。 在需要作微分运算时，通常用积分器间接来实现。 例如，解如下微分方程： 例6 比例微分调节器（PD调节器) 在自动控制系统中主要用来使调节过程加速。 2.3.6 线性变换电路 由于反相端为虚地，即 所以 一、电流源电压源变换电路(I/V 变换) 二. 电压源电流源变换电路(V/I 变换) 由于u+=u-，并选择R1R3=R2R4, 则变换关系可简化为 可见，负载电流IL与ui成正比，且与负载ZL无关。 负载接地的电路 三. 电流源电流源变换电路(I/I 变换) 作业: p-67 2-1, 2-2, 2-3 , 2-6， 217，223. 将原式变为 uo=4ui1 +6 09ui2 则取R3 / R2=9， R1取 6单位阻值， R4取4单位阻值。故选 例4 分别设计如下减法器，并确定元件参数， 1. uo=8ui17ui2 2. uo=4ui19ui2 3. uo=15ui16ui2 解 1. 因8 =7+1，可用基本减法电路。 2. 因4 61，则反相端应加并接电阻，此时 2.3.3 减法器 uo=aui1-bui2 相减器的输出电压与两个输入信号之差成正比 。实现减法，可将被减信号加在运放的同相端， 而减信号加在反相端，如图所示。 简便方法是应用叠加原理来分析。首先令ui2=0， 则电路相当于同相比例器，得 结论：理想集成运放线性应用的条件和特点 线性应用的条件： 对运放施加负反馈。 线性应用特点： 4. 当加有多个输入信号时，适用叠加原理。 2. 当反相线性运用时： 1. 两输入