无人机电子技术基础课件 3.3 集成运算放大器的线性应用

《无人机电子技术基础》集成运算放大器的线性应用一、线性应用条件及分析方法三、加减法运算电路四、积分和微分运算电路目录二、比例运算电路线性应用条件及分析方法01一、线性应用条件及分析方法1.集成运放的应用信息处理信号放大波形的产生和变化信号模拟运算一、线性应用条件及分析方法2.集成运放的传输特性uOuid（u+-u-）O非线性区线性区非线性区+UOM-UOM典型应用电路:运算电路一、线性应用条件及分析方法3.线性应用条件在线性区必要条件：集成运算放大器接成负反馈组态，即通过反馈网络将输出信号反馈到反相输入端。uOuid（u+-u-）O非线性区线性区非线性区+UOM-UOM一、线性应用条件及分析方法4.分析方法将实际运算放大器按理想运算放大器处理，利用其“虚短”、“虚断”两个重要特征分析和计算电路参数。比例运算电路02二、比例运算电路反相比例运算电路同相比例运算电路将输入信号按比例放大的电路，称为比例运算电路二、比例运算电路1.反相比例运算电路③平衡电阻R2：R2=R1//Rf（为了保证运放处于平衡对称工作状态使两输入端对地电阻相等）①信号从反相端输入，uo与ui反相②反馈类型：电压并联负反馈④存在“虚地”

u+=u-=0，无共模输入。►电路特点：uo_+

+

RFR1R2uii1ifi-i+二、比例运算电路1.反相比例运算电路►电路分析：根据虚断：i+=i–≈0，虚短：u+=u-可得i1=ifu+=u-=0由此得出：uo_+

+

RFR1R2uii1ifi-i+该电路的闭环电压放大倍数为：二、比例运算电路1.反相比例运算电路►电路分析：uo_+

+

RFR1R2uiuo与ui反相且成比例当R1=RF时，uo=-ui反相器N③输入电阻Ri=R1④输出电阻Ro≈0②①电压并联负反馈二、比例运算电路2.同相比例运算电路③平衡电阻R2：R2=R1//RF①信号从同相端输入，uo与ui同相②反馈类型：电压串联负反馈④u+=u-=ui，存在共模输入模信号较大时，会使集成运放输入级三极管进入饱和或截止状态，严重时会损坏三极管►电路特点：_+

+

RFR1R2uiuo二、比例运算电路2.同相比例运算电路►电路分析：因而:

可得i1=ifu+=u-=ui_+

+

RFR1R2uiuoi1ifu+u-N二、比例运算电路2.同相比例运算电路►电路分析：①uo与ui同相且成比例，比例系数为（1+RF/R1）③当RF=0或R1→∞时，uo=ui④输出电压与输入电压大小相等、相位相同，该电路称为电压跟随器。②闭环电压放大倍数Auf≥1_+

+

uiuo电压跟随器_+

+

RFR1R2uiuo同相比例运算电路加减运算电路03三、加减运算电路平衡电阻根据“虚短”和“虚断”以及N点KCL得：i1i2ifR2_++

RFR1ui2uoRPui1N可得i1+i2=ifu+=u-=0i1=ui1R1i2=ui2R2If=-uORFui1R1ui2R2－uORF+=ui2R2-ui1R1RF推出：

uO=-RFRP=R1//R2//RF1.加法运算电路加法运算电路是实现若干输入信号求和功能的电路。三、加减运算电路1.加法运算电路ui2R2-ui1R1RFuO=-RF当R1=R2=RF时，上式为：uO=-ui1-ui2uO=ui1+ui2输出再接一级反相电路，可得-uO=ui1+ui2加法运算电路与运算放大电路本身参数无关，只要电阻值足够精确，就可保证精度和稳定性。反相加法电路中因为u+=u-=0无共模输入信号，抗干扰能力强，因此应用广泛。R2_++

RFR1ui2uoRPui1N三、加减运算电路2.减法运算电路i1=ifui1-u-R1=RFu--uO减法运算电路根据虚短和虚断：-+ui2uOR1R3RFui1R2

i1ifi-i+u-u+减法运算电路是实现若干个输入信号相减功能的电路。三、加减运算电路2.减法运算电路关系式当取R1=R2=R3=RF时，

则有uo=ui2-ui1-+ui2uOR1R3RFui1R2

i1if当取R1=R2

，R3=RF时，

则有uo=（ui2-ui1）R1RF输出电压与输入电压之差成比例，实现了两信号的减法运算积分和微分运算电路04四、积分和微分运算电路1.积分运算电路uo=k∫uidt③反馈组态：电压并联负反馈①积分电容器C处在负反馈环中②信号从反相端输入，称反相积分器Ri=R,Ro很小►电路特点：ui-++RR2Cuo四、积分和微分运算电路1.积分运算电路根据“虚短”和“虚断”以及N点KCL得：iR=iC,u–=u+=0uo=-uC求解t1到t2时间段的积分值时：iR=ui/R►电路分析：ui-++RR2CuoiRiC+uC-N四、积分和微分运算电路1.积分运算电路tui0tuo0若ui=Ui（恒定直流量）时，则Ui-Ui+Uom-Uomtui0tuo0Ui-Uom（a）（b）→波形变换②方波-三角波①延时作用③正弦-余弦，超前90°相移作用►积分器的应用：四、积分和微分运算电路2.微分运算电路uo=kdui/dt与积分运算电路相比，电阻R和电容C位置进行了互换。信号从反相端输入，电容C处在输入端►电路特点：ui–++uoRR2iCiRC四、积分和微分运算电路2.微分运算电路iC=iR=Cdui/dtuO=-iRR►电路分析：根据“虚短”和“虚断”以及N点KCL得：输出电压为输入电压对时间的微分，且相位相反。ui–++uoRR2iCiRC四、积分和微分运算电路2.微分运算电路利用微分运算的基本关系可实现不同的功能①输入为方波信号---输出为尖顶