模电运算放大器

1、1运算放大器运算放大器 有源、多动能、集成电路有源、多动能、集成电路2uiuo_+Ao运放的电路符号运放的电路符号1 基本知识基本知识3uiuo+UOM-UOMAo越大，运放的线性范围越小，必须越大，运放的线性范围越小，必须在在输出与输入之输出与输入之间间加负反馈加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。才能使其扩大输入信号的线性范围。uiuo_+Ao一、运放的开环电压传输特性一、运放的开环电压传输特性CoOMEuUmax例：若例：若UOM=12V，Ao=106， 则则|ui|12 V时，运放时，运放 处于线性区。处于线性区。线性放大区线性放大区4电压传输特性电压传输特性电路模型电路模型5由于运

2、放的开环放大倍数很大，输入电阻由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的称其所谓的理想运放理想运放。理想运放的条件理想运放的条件oAir0or)uu(Auoo虚短路虚短路uu0iI放大倍数与负载无关。分析多放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。可以分别对每个运放进行。虚开路虚开路运放工作在线性区的特点运放工作在线性区的特点二、理想运算放大器二、理想运算放大器6理想运放理想运放的电压传输特性和电路模型的电压传输特性和电路模型7运放的输入方式运放的输入方式

3、8三、线性工作条件三、线性工作条件负反馈的作用：负反馈的作用：9分析运放组成的线性电路的出发点分析运放组成的线性电路的出发点虚短路虚短路虚开路虚开路放大倍数与负载无关，放大倍数与负载无关， 可以分开分析可以分开分析。0iIuuu+uo_+uIi信号的放大、运算信号的放大、运算有源滤波电路有源滤波电路运放线运放线性应用性应用102.1 比例运算电路比例运算电路2 信号的运算电路信号的运算电路作用：作用：将信号按比例放大。将信号按比例放大。类型：类型：同相比例放大和反相比例放大。同相比例放大和反相比例放大。方法：方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出

4、电压与运放的开环负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和外围网放大倍数无关，与输入电压和外围网络有关。络有关。110uui1= i221RuRuoi121RRuuAouuo_+ + R2R1RPuii1i21. 放大倍数放大倍数虚短路虚短路虚开路虚开路一、反相比例运算电路一、反相比例运算电路结构特点：结构特点：负反馈引到反相输负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。入端，信号从反相端输入。虚开路虚开路122. 电路的输入电阻电路的输入电阻ri=R1平衡电阻，使输入端对地平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。态时输入级的对称性。R

5、P =R1 / R2uo_+ + R2R1RPuii1i2为保证一定的输入为保证一定的输入电阻，当放大倍数电阻，当放大倍数大时，需增大大时，需增大R2，而大电阻的精度差，而大电阻的精度差，因此，因此，在放大倍数在放大倍数较大时，该电路结较大时，该电路结构不再适用。构不再适用。13uo_+ + R2R1RPuiR4R3i1i2i4i3M例：例：求求Au =?0uui1= i2虚短路虚短路虚开路虚开路4324111RRRRuvoM1122RuiRviiM虚开路虚开路14) 1()111()111(342412414322414322RRRRRRRRRRRRRRRRRRuuAiou4324111RR

6、RRuvoM1122RuiRviiM该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电阻。但阻。但R3的存在，削弱了负反馈。的存在，削弱了负反馈。15二、同相比例运算电路二、同相比例运算电路_+ + R2R1RPuiuou-= u+= ui12RuRuuiioiouRRu)1 (121211RRuuAou虚短路虚短路虚开路虚开路结构特点：结构特点：负反馈引到反负反馈引到反相输入端，信号从同相端相输入端，信号从同相端输入。输入。虚开路虚开路16_+ + uiuoiouuuu此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，输此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，

7、在电路中作用与分离元件的射极输出出电阻小，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。器相同，但是电压跟随性能好。三、电压跟随器三、电压跟随器结构特点：结构特点：输出电压全输出电压全部引到反相输入端，信部引到反相输入端，信号从同相端输入。号从同相端输入。电压电压跟随器是跟随器是同相比例运算同相比例运算放大器的特例。放大器的特例。172.2 加减运算电路加减运算电路作用：作用：将若干个输入信号之和或之差按比将若干个输入信号之和或之差按比例放大。例放大。类型：类型：同相求和和反相求和。同相求和和反相求和。方法：方法：可用虚短、虚断的概念来分析，也可可用虚短、虚断的概念来分析，也可用

8、叠加定理用叠加定理18一、反相加法器一、反相加法器R12_+ R2R11ui2uoRPui1实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，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。以适应不同的需要。FPR/R/RR1211190uuFiii1211)(21221112iiouRRuRRui12iFi11R12_+ R2R11ui2uoRPui1调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。20二、同相加法器二、同相加法器实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，

9、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。以适应不同的需要。22211R/RR/RF-R1RF+ui1uoR21R22ui221此电路如果以此电路如果以 u+ 为输入为输入 ，则输出为：则输出为：uRRuFo)1 (1-R1RF+ui1uoR21R22ui2)(1 (212111111211121iiFouRRRuRRRRRu注意：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。单独调整。流入运放输入端的电流为流入运放输入端的电流为0（虚开路）虚开路）22221211222122iiuRRRuRRRu22-R1RF

10、+ui1uoR21R22ui2R 左图也是同相求和运算左图也是同相求和运算电路，电路，如何求同相输入如何求同相输入端的电位？端的电位？提示：提示：1. 虚开路：流入同相端的虚开路：流入同相端的电流为电流为0。2. 节点电位法求节点电位法求u+。23三、单运放的加减运算电路三、单运放的加减运算电路实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，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。以适应不同的需要。R2_+ R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6643521R/R/RR/R/R24R2_+ R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6)(4433643RuRuR/R/R

11、uiiuu52211RuuRuuRuuoii虚短路虚短路虚开路虚开路虚开路虚开路)()111(44332211511122115RuRuRuRuRuRRRRuRuRuiiiiiio643521R/R/RR/R/R25_+ + R2R1R1ui2uoR2ui1 uu112RuuRuuio212RuRuui)(1212iiouuRRu解出：解出：单运放的加减运算电路的特例：差动放大器单运放的加减运算电路的特例：差动放大器26例：例：设计一个加减运算电路，设计一个加减运算电路， RF=240k ，使使uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3解解:(1) 画电路。画电路。系数为负的信系数为负的信号

12、从反相端输号从反相端输入，系数为正入，系数为正的信号从同相的信号从同相端输入。端输入。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui327(2) 求各电阻值。求各电阻值。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3FRRRRR/3421)(332211RuRuRuRuiiiFok240FRuo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3k241Rk302Rk123Rk804R28优点：优点：元件少，成本低。元件少，成本低。)(443322115RuRuRuRuRuiiiio缺点：缺点：要求要求R1/R2/R5=R3/R4/R6。阻值的调整计算不。阻值的调整计算不方便。方便。单运放的加减运算电路单运

13、放的加减运算电路改进：改进：采用双运放电路。采用双运放电路。29四、双运放的加减运算电路四、双运放的加减运算电路-RF1+ui1uo1R1ui2R2R3-RF2+uoR4ui3R5R625461213FFR/R/RR,R/R/RR)(221111RuRuRuiiFo53221141253412)()(RuRuRuRRRRuRuRuiiiFFioFo30五、三运放电路五、三运放电路uo2+A+ARRRWui1ui2uo1ab+R1R1+AR2R2uo+311 iauu 2ibuu WbaWooRuuRRuu221WiiRuu2112oouu)(212iiWWuuRRRuo2+A+ARRRWui1

14、ui2uo1ab+虚短路：虚短路：虚开路：虚开路：32)(21212iiWWouuRRRRRu 三运放电路是差三运放电路是差动放大器，放大动放大器，放大倍数可变。倍数可变。 由于输入均在同由于输入均在同相端，此电路的相端，此电路的输入电阻高。输入电阻高。)(1212ooouuRRuuo2uo1R1R1+AR2R2uo+332.3 微分运算电路与积分运算电路微分运算电路与积分运算电路u= u+= 0RuioFdtduCii1Fii 1dtduRCuiou i+uoRR2i1iFC一、微分运算一、微分运算抗干扰差抗干扰差34i1iFtui0Ruii1dtduCioFdtuRCuio1tuo0输入方

15、波，输出是三角波。输入方波，输出是三角波。ui-+RR2Cuo二、积分运算二、积分运算应用举例应用举例1 1：35tui0tuo0toUdtRCu01U-UomMomUTRCU1URCUTomMTM积分时限积分时限应用举例应用举例2：如果积分器从某一时刻输入一直流电压，如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反向积分，经过一定的时间后输出输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。饱和。思考：思考：如果输入是正弦波，输出波形怎样，请如果输入是正弦波，输出波形怎样，请自己计算。自己计算。36应用举例应用举例3：微分方程模拟求解微分方程模拟求解37其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法与除法运算电路等，将在后面介绍法与除法运算电路等，将在后面介绍积分电路的主要用途：积分电路的主要用途：1. 在电子开关中用于延迟。在电子开关中用于延迟。2. 波形变换。例：将方波变为三角波