模电运算放大器

运算放大器

——有源、多动能、集成电路1uiuo_++Ao运放的电路符号§1基本知识2uiuo+UOM-UOMAo越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈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例：若UOM=12V，Ao=106，则|ui|<12V时，运放处于线性区。线性放大区3电压传输特性电路模型4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，称其所谓的理想运放。理想运放的条件虚短路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可以分别对每个运放进行。虚开路运放工作在线性区的特点二、理想运算放大器5理想运放的电压传输特性和电路模型6运放的输入方式7三、线性工作条件负反馈的作用：8分析运放组成的线性电路的出发点虚短路虚开路放大倍数与负载无关，可以分开分析。u+uo_++u–Ii信号的放大、运算有源滤波电路运放线性应用92.1比例运算电路§2信号的运算电路作用：将信号按比例放大。类型：同相比例放大和反相比例放大。方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。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络有关。10i1=i2uo_++R2R1RPuii1i21.放大倍数虚短路虚开路一、反相比例运算电路结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。虚开路112.电路的输入电阻ri=R1平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。RP=R1

//R2uo_++R2R1RPuii1i2为保证一定的输入电阻，当放大倍数大时，需增大R2，而大电阻的精度差，因此，在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。12uo_++R2R1RPuiR4R3i1i2i4i3M例：求Au=?i1=i2虚短路虚开路虚开路13该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电阻。但R3的存在，削弱了负反馈。14二、同相比例运算电路_++R2R1RPuiuou-=u+=ui虚短路虚开路结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。虚开路15_++uiuo此电路是电压并联负反馈，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。三、电压跟随器结构特点：输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入。电压跟随器是同相比例运算放大器的特例。162.2加减运算电路作用：将若干个输入信号之和或之差按比例放大。类型：同相求和和反相求和。方法：可用虚短、虚断的概念来分析，也可用叠加定理17一、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，以适应不同的需要。18i12iFi11R12_++R2R11ui2uoRPui1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。19二、同相加法器实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。-R1RF++ui1uoR21R22ui220此电路如果以u+为输入，则输出为：-R1RF++ui1uoR21R22ui2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。流入运放输入端的电流为0（虚开路）21-R1RF++ui1uoR21R22ui2R´左图也是同相求和运算电路，如何求同相输入端的电位？提示：1.虚开路：流入同相端的电流为0。2.节点电位法求u+。22三、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，以适应不同的需要。R2_++R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R623R2_++R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6虚短路虚开路虚开路24_++R2R1R1ui2uoR2ui1解出：单运放的加减运算电路的特例：差动放大器25例：设计一个加减运算电路，RF=240k，使uo=10ui1+8ui2-20ui3解:(1)画电路。系数为负的信号从反相端输入，系数为正的信号从同相端输入。-R3RF++ui1uoR2R1ui2R4ui326(2)求各电阻值。-R3RF++ui1uoR2R1ui2R4ui3uo=10ui1+8ui2-20ui327优点：元件少，成本低。缺点：要求R1//R2//R5=R3//R4//R6。阻值的调整计算不方便。单运放的加减运算电路改进：采用双运放电路。28四、双运放的加减运算电路-RF1++ui1uo1R1ui2R2R3-RF2++uoR4ui3R5R629五、三运放电路uo2++A–+ARRRWui1ui2uo1ab+R1R1–+AR2R2uo+30uo2++A–+ARRRWui1ui2uo1ab+虚短路：虚开路：31三运放电路是差动放大器，放大倍数可变。由于输入均在同相端，此电路的输入电阻高。uo2uo1R1R1–+AR2R2uo+322.3微分运算电路与积分运算电路u–=u+=0ui–++uoRR2i1iFC一、微分运算抗干扰差33i1iFtui0tuo0输入方波，输出是三角波。ui-++RR2Cuo二、积分运算应用举例1：34tui0tuo0U-UomTM积分时限应用举例2：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饱和。思考：如果输入是正弦波，输出波形怎样，请自己计算。35应用举例3：微分方程模拟求解36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