第二章运算放大器.ppt
第二章第二章 运算放大器运算放大器概述概述实际运放的电压传输特性实际运放的电压传输特性(了解了解)：设：电源电压设：电源电压VVCCCC=10V=10V。运放的运放的A AVOVO=10=104 4U Ui i1mV1mV时，运放处于线性区。时，运放处于线性区。A AVOVO越大，线性区越小，越大，线性区越小，当当A AVOVO时，线性区时，线性区0 0概述概述1.1.理想运算放大器：理想运算放大器：开环电压放大倍数开环电压放大倍数 A AV0V0=差摸输入电阻差摸输入电阻 R Ridid=输出电阻输出电阻 R R0 0=0=0第二章第二章 运算放大器运算放大器为了扩大运放的线性区，给运放电路引入负反馈：为了扩大运放的线性区，给运放电路引入负反馈：理想运放工作在线性区条件理想运放工作在线性区条件 电路中有负反馈！电路中有负反馈！运放工作在线性区分析方法运放工作在线性区分析方法虚短（虚短（U UP P=U=UN N）虚断（虚断（i iP P=i iN N=0=0）2.2.线性区线性区1.1.理想运算放大器：理想运算放大器：第二章第二章 运算放大器运算放大器3.3.非线性区（正、负饱和输出状态）非线性区（正、负饱和输出状态）运放工作在非线性区的条件：运放工作在非线性区的条件：电路开环工作或引入正反馈！电路开环工作或引入正反馈！运放工作在非线性区的分析方法在第九章讨论运放工作在非线性区的分析方法在第九章讨论2.2.线性区线性区1.1.理想运算放大器：理想运算放大器：第二章第二章 运算放大器运算放大器2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路三种基本组态三种基本组态1.反相比例运算电路反相比例运算电路0P=v输出与输入反相输出与输入反相虚短虚短虚断虚断PN=vv平衡电阻平衡电阻R Rf f=R=R1 1特例特例R R2 2反号器反号器Vo=-ViVo=-Vi 三种基本组态三种基本组态1.反相比例运算电路反相比例运算电路例例1.R1.R1 1=10k=10k ,R Rf f=20k=20k ,V Vi i=-1V=-1V。求求:V Vo o AV=-（Rf/R1）=-20/10=-2Vo=AV Vi=(-2)(-1)=2V特点：反相端虚地，故共模输入可视为0，对运放共模抑制比要求低 输出电阻小，带负载能力强 要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差。如果要求放大倍数100，R1=100K，Rf=10M2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路IPvv=2.同相比例运算电路同相比例运算电路输出与输入同相输出与输入同相虚短虚短虚断虚断特例特例PNvv=R R1 1=Vo=ViVo=Vi电压跟随器电压跟随器2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路2.同相比例运算电路同相比例运算电路例例2.R1=10k ,Rf=20k ,Vi=-1V=-1V。求求:Av=1+=1+20/10=3RfR1Vo=Av Vi=(3)(-1)=-3V特点：输入电阻高，输出电阻小，带负载能力强（P30 图2.3.3）V-=V+=Vi，所以共模输入等于输入信号，对运放的共模 抑制比要求高2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路_+RfR1R2vi2voR3vi13.差分式放大电路差分式放大电路虚短虚短虚断虚断PNvv=2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路_+RfR1R2vi2voR3vi13.差分式放大电路差分式放大电路叠加定理叠加定理特例特例减法器减法器当当则则若继续有若继续有则则Vi1单独单独Vi2单独单独2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路(VS VK)/R1=(VK 0)/R2+(VK VN)/R3 KR1R2R3Rf(VK VN)/R3=(VN VO)/Rf PNvv=VO=-2.5VsP0v=2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路例1：求电路的电压放大倍数Avf例例2：求电路的电压放大倍数：求电路的电压放大倍数AvfA1R1R8R2voR3R4viR7R6R5A2A3v+3vo3v+12.3 基本线性运放电路基本线性运放电路VN1VN2(VN1 VN2)=(V3 V4)*/(R1/(2*R2+R1)VO=-V3*(R3/R4)+V4*(R4/(R3+R4)*(R4/R3+1)2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路运算电路运算电路根据根据虚短虚短、虚断虚断得：得：若若PN=vv则有则有=0Pv4.加法电路加法电路叠加定理叠加定理反相放大器派生反相放大器派生同相放大器派生？同相放大器派生？2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路例:设计一加减运算电路设计一加减运算电路，使 Vo=2Vi1+5Vi2-10Vi3解：用双运放实现如果选Rf1=Rf2=100K，且R4=100K则：R1=50K R2=20K R5=10K平衡电阻 R3=R1/R2/Rf1=12.5KR6=R4/R5/Rf2=8.3KVi2-+A1Rf1R3Vo1R2Vi1R1-+A2Rf2R6VoR4Vi3R52.3 基本线性运放电路基本线性运放电路 T T型网络反相比例运算电路型网络反相比例运算电路当当R3=时时01.1.积分电路积分电路式中，负号表示式中，负号表示vO与与vS在相位上是相反的。在相位上是相反的。“虚虚 短短”“虚虚 断断”PN=vv设电容器设电容器C的初始电压为零，则的初始电压为零，则（积分运算）（积分运算）d(vN=RvSCd t-vN-vO)P=0v2.4 2.4 基本线性运放电路基本线性运放电路应用举例：应用举例：tVS0tVo0输入方波，输出是三角波。输入方波，输出是三角波。2.4 基本线性运放电路基本线性运放电路2.4 基本运算电路基本运算电路了解了解了解了解2.4 基本线性运放电路基本线性运放电路P39 例例2.4.3R=10KC=5nF例例 已知：已知：vc(0)=0,画输出电压波形。例画输出电压波形。例2.4.3解解:(1)t:0t18 8vo(t1)=8V(2)t:t1t2vo(t2)=0V4.微分运算电路微分运算电路t0uo若输入：若输入：则：则：应用举例：应用举例：输入方波，输出是尖顶波输入方波，输出是尖顶波应用举例应用举例2：输入正弦波输入正弦波输出余弦波输出余弦波滞后滞后90 uit0实用微分运算电路实用微分运算电路 (与习题与习题P51 2.4.12大致相同大致相同)限制输入电流限制输入电流限制输出电压限制输出电压补偿电容，提高稳定性补偿电容，提高稳定性逆函数型微分运算电路逆函数型微分运算电路利用积分运算电路来实现微分运算电路利用积分运算电路来实现微分运算电路同相积分运算电路同相积分运算电路同相积分运算电路同相积分运算电路调节器电路调节器电路2.4 基本运算电路基本运算电路其中，其中，IES 是发射结反向饱和电流是发射结反向饱和电流，vO是是vS的对数运算的对数运算。BJT的发射结有的发射结有利用虚短和虚断，电路有利用虚短和虚断，电路有当当 时，时，3.对数运算电路对数运算电路利用利用PN结的指数特性实现对数运算结的指数特性实现对数运算2.4 基本运算电路基本运算电路vO是是vS的反对数运算（指数运算）的反对数运算（指数运算）4.反对数运算电路反对数运算电路利用虚短和虚断，电路有利用虚短和虚断，电路有要求要求2.4 基本运算电路基本运算电路5.乘法电路乘法电路根据两数相乘的对数等于两数的对数之和根据两数相乘的对数等于两数的对数之和，2.4 基本运算电路基本运算电路设计思考题讨论设计思考题讨论1、vo=-10vS1且Ri=10K2、vo=2 vS1 5 vS2由同相求和电路及反号器构成：由同相求和电路及反号器构成：由同相求和电路及反号器构成：由同相求和电路及反号器构成：由反相求和电路及反号器构成：由反相求和电路及反号器构成：由反相求和电路及反号器构成：由反相求和电路及反号器构成：由一个运放构成：由一个运放构成：由一个运放构成：由一个运放构成：vo=2 vS1 5 vS23、vo=6vS1 5 vS2 3 vS3由一个运放实现：由一个运放实现：由二个运放实现：由二个运放实现：对于差放有：对于差放有：1.基本原理基本原理2.5 模拟乘法器电路模拟乘法器电路P2952.5 模拟乘法器电路模拟乘法器电路2、模拟乘法器符号K为比例因子，一般为正。为比例因子，一般为正。3、乘法运算2.5 模拟乘法器电路模拟乘法器电路4、乘方和立方运算 2.5 模拟乘法器电路模拟乘法器电路5、除法运算根据虚端虚断有：根据虚端虚断有：Vo与与vx1、vx2之商成比例，实现了除法运算之商成比例，实现了除法运算只有当只有当vx2为正极性时，才能保证运放处于负反馈状态为正极性时，才能保证运放处于负反馈状态vx1则可正可负则可正可负-+2.5 模拟乘法器电路模拟乘法器电路6、开平方运算电路 根据虚端虚断有：根据虚端虚断有：只有当只有当vX为负值时才能开平方为负值时才能开平方 图中的二极管即为保证这一点而接入的图中的二极管即为保证这一点而接入的 2.5 模拟乘法器电路模拟乘法器电路7、开立方运算电路 根据虚端虚断有：根据虚端虚断有：当当vX为正值时，为正值时，vO为负值为负值 当当v vX X为负值时，为负值时，v vO O为正值。为正值。本章小结本章小结1集集成成运运放放可可以以构构成成加加法法、减减法法、积积分分、微微分分、对对数数和和反反对对数数等等多多种种运运算算电电路路。在在这这些些电电路路中中，均均存存在在深深度度负负反反馈馈。因因此此，运运放放工工作作在在线线性性放放大大状状态态。这这时时可可以以使使用用理理想想运运放放模模型型对对电电路路进进行行分分析析，“虚虚短短”和和“虚虚断断”的的概念是电路分析的有力工具。概念是电路分析的有力工具。2对对于于精精度度要要求求高高的的运运放放电电路路，需需要要考考虑虑实实际际运运放放参参数数的的影影响响。由由于于运运放放的的开开环环电电压压增增益益、输输入入电电阻阻、输输出出电电阻阻、共共模模抑抑制制比比及及各各种种失失调调量量等等都都不不是是理理想想值值，它它们们必必然然要要给给电电路路带带来来误误差差。对对这这种种电电路路的的误误差差分分析析，应应根根据据电路的具体情况，选择适当的运放模型。电路的具体情况，选择适当的运放模型。3集集成成模模拟拟乘乘法法器器是是一一种种重重要要的的模模拟拟集集成成电电路路，在在信信号号处处理理和和频频率率变变换换方方面面得得到到了了广广泛泛的的应应用用。乘乘法法器器内内部部电电路路较较为为复复杂杂，对对生生产产工工艺艺的的要要求求也也较较高高。熟熟练练掌掌握握这这种种器件在各种运算电路中的使用方法，是要求的重点。器件在各种运算电路中的使用方法，是要求的重点。习题习题2.1.12.1.28.1 基本运算电路基本运算电路2.1.38.1 基本运算电路基本运算电路2.1.48.1 基本运算电路基本运算电路2.1.68.1 基本运算电路基本运算电路2.1.88.1 基本运算电路基本运算电路2.1.98.1 基本运算电路基本运算电路2.1.122.1.152.3.22.4.12.4.32.1 基本运算电路基本运算电路
