2运算放大器(蓝).ppt

2运算放大器,2.2理想运算放大电路,2.1集成电路运算放大器,2.3基本线性运放电路,2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用,2.1集成电路运算放大器,1.集成电路运算放大器的内部组成单元,图2.1.1集成运算放大器的内部结构框图,2.1集成电路运算放大器,1.集成电路运算放大器的内部组成单元,图2.1.2运算放大器的代表符号（a）国家标准规定的符号（b）国内外常用符号,2.运算放大器的电路模型,图2.1.3运算放大器的电路模型,通常：开环电压增益Avo的105（很高）,输入电阻ri106（很大）,输出电阻ro100（很小）,vOAvo(vPvN)（VvOV）,注意输入输出的相位关系,2.运算放大器的电路模型,当Avo(vPvN)V时vOV,当Avo(vPvN)V-时vOV-,电压传输特性vOf(vPvN),线性范围内vOAvo(vPvN),Avo斜率,2.2理想运算放大器,1.理想运放的性能指标,Avo、Rid、fH均为无穷大，Ro、失调电压及其温漂、失调电流及其温漂、噪声均为0。,输出电压vo的饱和极限值等于运放的电源电压，即+Vom=V+和-Vom=V-,vO=Avo(vPvN),因为vO为有限值，Avo所以vNvP0，即vNvP虚短路,因为Rid，所以iNiP0虚断路,内部的输出电阻ro的阻值很低，可认为等于0,运放的电压传输特性,设：电源电压VCC=10V。运放的Aod=104,Vi1mV时，运放处于线性区。,Aod越大，线性区越小，当Aod时，线性区0,2.理想运放的线性工作区,理想运放工作在线性区的条件：电路中有负反馈！,运放工作在线性区的分析方法：虚短（v+=v-）虚断（ii+=ii-=0）,3.理想运放的非线性工作区,电路特征：电路处于开环状态或只引入了正反馈。,特点：,输出电压vO只有两种情况：分别为vom或vom。当vPvN时，voVom当vPvN时，voVom差模输入电阻无穷大，净输入电流为零，仍有“虚断”，但无“虚短”。,电路引入了哪种组态的负反馈？电路的输出与输入之间的关系？电路的输入电阻为多少？,2.3基本线性运放电路,2.3.1同相放大电路,（a）电路图（b）小信号电路模型图2.3.1同相放大电路,1.基本电路,2.3.1同相放大电路,（1）电压增益Av,根据虚短和虚断的概念有vpvn，ip-in0,所以,（可作为公式直接使用）,2.3.1同相放大电路,4.几项技术指标的近似计算,（2）输入电阻Ri,输入电阻定义,根据虚短和虚断有vivp，iiip0,所以,（3）输出电阻Ro,Ro0,2.3.1同相放大电路,5.电压跟随器,根据虚短和虚断有,vovnvpvi,（可作为公式直接使用）,电压跟随器的作用,无电压跟随器时负载上得到的电压,电压跟随器时,ip0，vpvs,根据虚短和虚断有,vovnvpvs,一、比例运算电路,iI=iF（虚断）,因为有负反馈,利用虚短和虚断,v+=0,v=v+=0（虚地）,反馈方式：,电压并联负反馈,虚地点,1.反相比例运算电路,当R1=Rf时，,反相器,vo=-vi,特点：共模输入电压=0（v=v+=0）缺点：输入电阻小（Ri=R1）,(称反相比例运算),T型网络反相比例运算电路,3,3,4,4,v4,2.同相比例运算电路,v+=vI=v-=vF（虚短）,i-=0（虚断）,因为有负反馈，利用虚短和虚断,反馈方式：,电压串联负反馈,特点：输入电阻高缺点：共模输入电压0（v=v+=vI）,3.电压跟随器,此电路是同相比例运算的特殊情况，输入电阻大，输出电阻小。在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。,同相比例：,当(开路)或时，vo=vI称为电压跟器。,1.反相加法器,二、加法运算电路,虚地,v-=v+=0(虚短),i1+i2=if（虚断）,若R1=R2=Rf，,则-vo=vs1+vs2,即：,调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响其它输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。,2.同相求和运算,此电路如果以v+为输入，则输出为：,(同相比例),v+与vs1和vs2的关系如何？,流入运放输入端的电流为0（虚断路）,注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。,1.利用差分式电路以实现减法运算,v+=v-,解出：,三、减法运算电路,叠加原理,1.利用差分式电路以实现减法运算,vi1作用,vi2作用,综合：,用叠加原理求解：,则,2.利用反相信号求和实现减法运算,四、积分电路,i1=i2,积分时限,反相积分器：如果vs=直流电压,输出将反相积分，经过一定的时间后输出饱和。,设Vom=15V,vs=+3V,R=10k,C=1F,求积到饱和值的时间：,练习:画出在给定输入波形作用下积分器的输出波形。,R10K，C=0.1F,五、微分电路,虚短：v-=v+=0,所以,虚断：,所以：,作业2.3.12.3.22.4.2，3，4，5，6，7，8，9,BJT的发射结有,注意：vS必须大于零，电路的输出电压小于0.7V。,利用虚短和虚断，有,一、对数电路,8.3对数和反对数运算电路,二、反对数（指数）电路,vo是vs的反对数运算（指数运算）,利用虚短和虚断，电路有,要求：vs=vBE0,以上两个电路温漂很严重，实际电路都有温度补偿电路,vsvBE,vo=-iFR,8.4模拟乘法器,其中K为比例因子，,量纲:V-1,符号：,一、基本原理（略）,模拟乘法器功能：实现两个模拟量相乘.,二、模拟乘法器的应用,立方运算电路,1.平方和立方运算,平方运算电路,由乘法器的功能,如果令K=R2/R1则:,注意：为保证电路为负反馈，必须有：,根据虚断,2.除法运算电路,vX20,vI为负值！,负反馈条件？,3.开平方运算电路,有源滤波器实际上是一种具有特定频率响应的放大器。它是在运算放大器的基础上增加一些R、C等无源元件而构成的。,8.5有源滤波电路,有源滤波器的分类：,低通滤波器（LPF）高通滤波器（HPF）带通滤波器（BPF）带阻滤波器（BEF）,一、基本概念及初步定义,1.滤波器的分类,各种滤波器理想的幅频特性：,（1）低通,（2）高通,（3）带通,（4）带阻,2、滤波器的用途,滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。滤波过程如下图所示。,二、一阶低通有源滤波器,此电路的缺点：,1、带负载能力差。,2、无放大作用。,3、特性不理想，边沿不陡。,二、一阶低通有源滤波器,当f=0时，各电容器可视为开路，通带内的增益为,1.传递函数,vP,RC低通的传递函数,电路的传递函数,其中：,幅频特性：,缺点：阻带衰减太慢。,2.频率响应,三、二阶有源低通滤波器,VP(s)与Vo(s)的关系：,VP(s)与VA(s)的关系：,对A点列KCL方程：,传递函数：,(1)传递函数：,传递函数：,令：,则：,其中：wn为特征角频率Q为等效品质因数。,上式表明，该滤波器的通带增益AVF应小于3，才能保障电路稳定工作。,当w时，|A(jw)|0。幅频特性曲线的斜率为-40dB/dec。,当AVF3时，源滤波器自激。,(2)频率响应,当21，在w=wn处的电压增益将大于AVF，幅频特性在w=wn处将抬高。,当w=0时，|A(jw)|=AVF=A0；,本章小结,1集成运放可以构成加法、减法、积分、微分、对数和反对数等多种运算电路。在这些电路中，均存在深度负反馈。因此，运放工作在线性放大状态。这时可以使用理想运放模型对电路进行分析，“虚短”和“虚断”的概念是电路分析的有力工具。2集成模拟乘法器是一种重要的模拟集成电路，在信号处理和频率变换方面得到了广泛的应用。集成模拟乘法器