运放基础知识.ppt

由前面介绍可知：集成运放原理及内部结构，而应用时常采用闭环应用线性应用，集成运放可用理想模型来代替。,第一节理想运放模型及闭环分析,运放模型分类,1.按精度分类：,理想模型：,非理想模型：,运放宏模型：,2.按功能分类：,直流模型：,交流小信号模型：,大信号模型：,噪声模型：,1、集成运算放大器的转移特性:,输入差模电压的线性工作范围很小（一般仅十几毫伏），所以常将特性理想化,2、运放线性工作的保障:,两输入端的电压必须非常接近，才能保障运放工作在线性范围内，否则，运放将进入饱和状态。运放应用电路中，负反馈是判断是否线性应用的主要电路标志。,集成运算放大器的线性应用,线性应用运放电路的一般分析方法,求输出电压的方法可分步骤进行：,1、利用i+=0，由电路求出同相输入端电压u+；,2、利用u+=u-，确定反相输入端电压u-=u+；,3、利用已知电压u-，由A电路求出电流i1；,4、利用i-=0，求出电流if=i1；,5、由电路F的特性和u-确定输出电压：uo=u-F(if)；,6*、检验输出电压是否在线性范围内。,一、理想运放模型：,理想运放具有如下性能：,1、开环电压增益AUd;,2、输入电阻Rid;,3、输出电阻Ro=0;,4、频带宽度BW;,5、共模抑制比CMRR;,6、失调、漂移和内部噪声为零;,对功能电路非常重要,运放的主要特点,根据以上特点推出理想运放线性应用时的重要特性,二、线性应用情况下理想运算放大器具有如下特征：,1、u+=u-(虚短),2、i+=i-=0(虚断),3、输出端呈电压源特性：,同相和反向输入端电流近似为零；,两输入端电压近似相等；,Ui=U+=U-=Uo/AU,Ui=Uo/AU0;Ui=IiRi0;Ii0;,反相比例运算,同相比例运算,一、比例运算电路,三、积分微分电路,四、对数指数电路,基本反相积分,基本反相微分,对数电路,二、加、减法运算电路,反相加法运算,同相加法运算,减法运算,第二节基本运算电路,指数电路,(1)、I+=0U+0V,(2)、U-=U+=0V(虚地),(3)、I1=Ui/R1,(4)、I-=0，If=I1=Ui/R1,(5)、,Rp=R1/Rf,1.电路,2.分析,3.构成要求,（R+=R-）,（一）、反相比例运算电路,结论：(1).闭环增益AUf只取决于Rf和R1；(2).负号表示Ui与Uo反相；,（二）、同相比例运算电路,R2=R1/Rf,(1)、I+=0,(2)、,(3)、,(4)、I-=0，If=I1,(5)、,1.电路,3.构成要求,2.分析,（R+=R-）,结论：闭环增益AUf只取决于Rf和R1；而与运放本身无关。,同相比例运算电路（特例）,电路：,当Rf=0;R1=时：上式中的电压增益为：,是一个理想的电压跟随器。,（一）、反相加法电路,在反相比例电路的基础上加一输入支路，构成反相加法电路。两输入电压产生的电流都流向Rf。所以输出是两输入信号的比例和。,图07.01反相求和运算电路,Rp,（二）同相加法电路,在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，就构成了同相输入求和电路，如图所示。,图07.02同相加法电路,因运放具有虚断的特性；对运放同相输入端的电位可用叠加原理。,求得：,结论：(1).同相加法器的输出电压与输入电压U1Un之和成正比。(2).缺点：调节某一支路的Rn会影响比例放大倍数。(3).优点：输入阻抗高。,二、减法电路,减法器为同、反相放大器的组合，利用叠加原理求解：,图07.02减法电路,1.只考虑U1作用时：,2.只考虑U2作用时：同相端输入电压为：,P,3.总输出电压为：,三、积分电路,积分运算电路的分析方法与加法电路类似，反相积分运算电路如图所示：,图12.05积分运算电路,i(t)=if(t),i(t)=ui(t)/R,1.利用运放虚地的概念：,2.电容两端的电压：,四、微分电路,微分运算电路如图所示:,图07.07微分电路,反映了输入输出的微分关系。,五、对数电路,图07.09对数运算电路,对数运算电路见图12.08。,图中二极管可用三极管发射接代替。,六、指数运算电路,指数运算电路如图07.10所示。,指数运算电路相当反对数运算电路。,图07.10指数运算电路,图中二极管可用三极管发射接代替。,第二节、电压比较器,一、单门限比较器二、迟滞比较器三、单片集成电压比较器*四、窗口比较器*五、比较器的应用,比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。常用的幅度比较电路有电压幅度比较器、窗口比较器，具有迟滞特性的比较器。这些比较器的阈值是固定的，有的只有一个阈值，有的具有两个阈值。,一、单门限比较器,(1)过零比较器和单门限电压比较器,过零电压比较器是典型的幅度比较电路。其电路图和传输特性曲线如图所示。,只有一个门限的比较器,将过零电压比较器的一个输入端从接地改接到一个电压值VREF上,就得到单门限比较器。电路图和传输特性曲线如图所示。,(2)比较器的基本特点,工作在开环或正反馈状态。开关特性，因开环增益很大，比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态。非线性，因大幅度工作，输出和输入不成线性关系。,二、迟滞比较器,U称为上限阈值(触发)电平。,由输出引一电阻分压支路到同相端，电路如图所示。当输入电压Ui从零逐渐增大：,此时触发电平变为U2，U2称为下限阈值(触发)电平。,图07.03(a)滞回比较器电路图,当Ui逐渐减小，且Ui=U2以前，始终等于Uom-，因此出现如图所示的迟滞特性曲线。,门限宽度U：,图07.03滞回比较电路的传输特性,一、方波发生电路二、三角波发生电路三、脉冲波锯齿波发生电路,第四节、波形发生器,一、方波发生电路,方波发生电路是由滞回比较电路和RC定时电路构成的，电路如图14.07所示。,(1)工作原理,电源刚接通时,设,电容C充电，升高。参阅图07.08。,图07.07方波发生器,当时，所以电容C放电，下降。,当，时，返回初态。,方波周期用过渡过程公式可以方便地求出,图14.08方波发生器波形图,(2)占空比可调的矩形波电路,显然为了改变输出方波的占空比，应改变电容器C的充电和放电时间常数。占空比可调的矩形波电路见图14.09。,C充电时，充电电流经电位器的上半部、二极管D1、Rf；C放电时，放电电流经Rf、二极管D2、电位器的下半部。,图14.09占空比可调方波发生电路,占空比为：,图14.08方波发生器波形图,14.2.2三角波发生器,三角波发生器的电路如图14.10所示。它是由滞回比较器和积分器闭环组合而成的。积分器的输出反馈给滞回比较器，作为滞回比较器的。,1.当vo1=+VZ时,则电容C充电,同时vo按线性逐渐下降，当使三角波发生电路A1的Vp略低于VN时，vo1从+VZ跳变