集成运算放大器的线性应用ppt课件

1、第5章 集成运算放大器的应用,end,第5章 集成运算放大器的线性应用,end,运放线性应用的条件与特点（1,运放的传输特性uo=f(ui,在图示运放电路中，有 uo=Aod(ui2-ui1)=Aodui,设电源电压为12V， 则运放最大输出电压 UOM=10V,设运放Aod=104，则其传输特性如图所示,0.1,0.1,10,10,线性区,非线性区,非线性区,结论：运放在开环状态下线性区很窄，只能工作在非线性区,理想运放则无线性区,如何使运放工作在线性区呢,降低电压放大倍数,如何降低电压放大倍数呢,引入负反馈,结论：运放工作在线性区的条件是在电路中加入负反馈,运放线性应用的条件与特点（2,运

2、放工作在线性状态下的两个特点,RF引入负反馈,设U+与U-为运放同相与反相端的电位 ，有 uo=Aod(U+-U,即： U+-U-=uo/Aod,因为对于理想运放有Aod=，所以,U+=U,虚接,I,I,I,I,设I+与I-为运放同相与反相端的输入电流 ，因为对于理想运放有rid=，所以,I+=I-=0,虚断,end,分析运放组成的线性电路的出发点,虚接 虚断 放大倍数与负载无关， 可以分开分析,第5章 集成运算放大器的线性应用,比例运算电路（1,实现将输入信号按比例放大的电路，称为比例运算电路,反相比例运算,同相比例运算,实现运算uo=-kui,实现运算uo=+kui,1、反相比例运算电路(

3、Inverting Amplifier,电路结构特点,Rf引入深度负反馈,该反馈为何种组态,输入信号加入反相端,平衡电阻R=R1/RF,实现将信号放大并进行运算的电路,称为运算电路,比例运算电路（2,参数计算,因为I-=0，所以 i1=if,即,又因为U-=U+=RI+=0,所以,即电压放大倍数,输入电阻,因为电路引入电压负反馈，输出电阻 ro=0,若输出端加负载，uo改变吗,则实现运算,虚地,i1,if,I,例. R1=10k , RF=20k , ui =-1V。求:uo ，RP应为多大,Auf=-（RF/R1） =-20/10=-2 uo= Aufui=(-2)(-1)=2V RP=R1

4、/RF=10/20=6.7 k,反相比例运算电路举例,反相比例电路的特点,1. 共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低,2. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强,1. 由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求,2. 在放大倍数较大时，该电路结构不再适用,优点,缺点,输入电阻小、共模电压为 0 以及“虚地”是反相输入的特点,比例运算电路（3,2、同相比例运算电路(Noninverting Amplifer,电路结构特点,Rf引入深度负反馈,输入信号加入同相端,平衡电阻R=R1/RF,该反馈为何种组态,i1,if,I,参数计算,因为I-=0，

5、所以 i1=if,即,又因为U-=U+=ui,所以,即电压放大倍数,则实现运算,比例运算电路（4,i1,if,I,输入电阻,因为电路引入电压负反馈， 输出电阻 ro=0,当Auf=1时，称为电压跟随器(Voltage Follower,此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好,例题. Rf=10k , RF=20k , ui =-1V。求:uo ，RP应为多大,uo= Au ui=(3)(-1)=-3V RP=Rf/RF =10/20=6.7 k,同相比例运算电路举例,同相比例电路的特点,1. 共模输入电压为ui，因此对运放的共

6、模抑制比要求高,1. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强,2. 由于串联负反馈的作用，输入电阻大,优点,缺点,比例运算电路（5,分析图示电路输出电压u0与输入电压ui的关系,i1,if,I,因为I-=0，所以 i1=if,即,又因为U-=U,所以,则,U+=,I,因为I+=0，所以R2，R3串联,比例运算电路（6,end,分析图示电路输出电压u0与输入电压ui的关系,U+=,i1= i2,虚接,虚断,虚断,比例运算电路综合举例,例3：求Auf =,R2,uO1,i1,i2,i3,i4,例:运放运算电路如图所示，导出 的表达式,加/减运算电路,反相加法器 同相加法器

7、减法器 加减器,实现将若干个输入信号之和或之差按比例放大的电路，称为加/减运算电路,加法与减法运算电路（1,反相加法器(Summing Amplifer,电路结构特点,Rf引入深度负反馈,输入信号均加入反向端,平衡电阻R=R1/R2/R3/Rf,输入输出关系计算,因为I-=0，所以 i1+i2+i3=if,即,又因为U-=U+=RI+=0,若取R1=R2=R3=R，则,则实现运算,I-=0,加法与减法运算电路（2,反相加法器的特点,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数， 以适应不同的需要,2. 由于”虚地”的特点, 调节反相求和电路的某一路 信号的输入电阻，不影响其他输入电压和输出电 压的比

8、例关系, 调节方便,加法与减法运算电路（2,同相加法器,电路结构特点,Rf引入深度负反馈,输入信号均加入同向端,输入输出关系计算,因为I+=0，所以 i1+i2+i3=0,即,又因为在同相比例器中有,则实现运算,I+=0,整理得,RP=R1/R2/R3,同相加法器的特点,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要,2. 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,加法与减法运算电路（4,3. 由于存在共模电压，对输入电压及运放的共 模抑制比要求较高,加法与减法运算电路（3,减法器(Difference Amplifer,输入信号同时加入反相端与同相端,ui1单独作

9、用,0,ui2单独作用,0,所以,若取R1=R2、 R3=Rf则,end,若取R1=R2、 R3=Rf则,差动放大器,加法与减法运算电路（6,例. R1=10k , R2=20k , ui 1=-1V， ui 2=1V 。求:uo,R2,加法与减法运算电路（7,加减器,多个输入信号同时加入反相端与同相端,例2：设计一个加减运算电路,选用的电阻在100 100K ,使uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3,解,1)画电路,系数为负的信号从第二级反相端输入，系数为正的信号从第一级反相端输入,加法与减法运算举例,加法与减法运算举例(2,1. 它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小,2. 关

10、于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高,3. 同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小,比例运算电路与加减运算电路小结,积分与微分运算（1,1、积分运算电路(Integrator,电容C引入深度负反馈,i1,ic,I,在图示电路中,因为I-=0，所以i1=ic,又因为U-=0,所以,uc,则,对该式积分，有,若设电容上电压初始值为uc(0)，则,积分电路的主要用途,1. 在电子开关中用于延迟。 2. 波形变换。例：将方波变为三角波。 3. A/D转换中，将电压量变为时间量。 4. 移相,积分与微分运算（2,积分与微分运算（2,例：设积分电路中，uc(0)=0，运放输出U0M=

11、10V。试求： （1）当C=1uF，R1分别为1k和2 k，输入为阶跃信号时，uo=? （2）设R1C=10mS，输入为矩形脉冲，uo=,解：（1）当R1=1k时,则,当R1=2k时，同理有,结论：RC的大小决定积分的速度，称为时间常数,积分与微分运算（3,当输入为图示矩形脉冲时,可由公式进行分段积分如下,1）当0tt1时，ui=-2V,2）当t1tt2时，ui=2V,3）当t2tt3时，ui=-2V，同理有,积分与微分运算（4,实际积分电路中存在积分漂移现象,积分电路对集成运放中的失调与漂移同样进行积分，使输出达到饱和的现象,尽可能选用失调与漂移小的运放,在积分电容两端并接电阻Rf,Rf的作

12、用:引入直流反馈,有效的 抑制失调的影响,积分与微分运算（5,2、微分运算电路(Differentiator,i1,ic,I,uc,在图示电路中，因为I-=0，所以 i1=ic,又因为U-=0，所以,则,微分电路输出只与电路输入变化率有关,end,运算电路要求,1. 熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路图及放大倍数公式。 2. 掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。 3. 会用 “虚断(ii=0)”和“虚接(u+=u) ”分析给定运算电路的 放大倍数,第5章 集成运算放大器的线性应用,end,电压与电流的变换（1,电压/电流变换(Voltage-to-Current Converter,将电

13、压信号变换为电流信号,因为U-=U+=ui，iL=i1，所以,iL=ui/R1,即该电路可将电压信号ui转变为电流信号iL输出,电路特点：适用于负载不需要接地的场合,电压测量：将RL换为一个表头，可测量电压,由于运放入端电流接近零、输出电流与表头内阻无关，故测量精度很高,电压与电流的变换（2,电路特点：适用于负载需要接地的场合,输出电流iL分析,u0,设输出电压为u0，则由叠加原理，反相输入端电位U-为,由KCL有，iL=i3-i2，则,因为U+=U-，并设Rf/R1=R3/R2，整理得,iL=-ui/R3,即该电路可将电压信号ui转变为电流信号iL输出,电压与电流的变换（3,电流/电压变换(Current-to-Voltage Converter,将电流信号变换为电压信号,因为I-=0，所以,ii=if,uo=-Rfii,又因为U-=U+=0，所以,即该电路可将电流信号ii转变为电压信号uo输出,电阻测量：将Rf换为被测电阻RX，可测量电阻,end,限幅电路（1,限幅电路（又称钳