运算放大器 精.ppt

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1、运算放大器 第1页，本讲稿共53页11.1.111.1.1运算放大器的组成运算放大器的组成11.111.1运算放大器的简单介绍运算放大器的简单介绍2、集成电路的特点集成电路的特点1.元器件参数的一致性和对称性好；元器件参数的一致性和对称性好；2.二极管多用三极管的发射结代替；二极管多用三极管的发射结代替；3.电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流源代替，电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流源代替，电位器需外接；电位器需外接；4.电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感 和变压器均需外接。和变压器均需外接。集成运放是具有很高开环电压放

2、大倍数的直接耦合放大器。集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接耦合放大器。1、概述、概述第2页，本讲稿共53页3、集成运放的结构和符号集成运放的结构和符号 a.集成运放的内部电路结构框图集成运放的内部电路结构框图输入级输入级偏置电路偏置电路输出级输出级中间级中间级输入级输入级(ri 大大)差动放大器差动放大器输出级输出级(ro小小)射极输出器或互补对称功率放大器射极输出器或互补对称功率放大器中间级中间级(Au大大)电压放大器电压放大器第3页，本讲稿共53页b.集成运算放大器的符号集成运算放大器的符号uu+uo u u+uoA0第4页，本讲稿共53页 ri 大大:几百几百 k k 以上以上c.

3、运放的特点：运放的特点：共模抑制比共模抑制比KCMR 很大很大 ro 小：几十小：几十 几百几百 开环开环A o 很大很大:10:104 4 10 107 7理想理想运放：运放：ri KCMR ro 0 0Ao 第5页，本讲稿共53页 1.运算放大器的电压传输特性运算放大器的电压传输特性 uo=f(ui),其中其中 ui =u+u 11.1.2 理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据uiuo+线性关系非线性关系第6页，本讲稿共53页2.理想运放工作在理想运放工作在线性区线性区的分析依据的分析依据“虚断路虚断路虚断路虚断路”原则原则原则原则+iiuiriduiiirid=对于理想运

4、放对于理想运放相当于两输入端之间相当于两输入端之间断路断路uOii 0rid,(1)+第7页，本讲稿共53页相当于两输入端之间相当于两输入端之间短路短路ui 0“虚短路虚短路”原则原则(2)2.理想运放工作在理想运放工作在线性区线性区的分析依据的分析依据对于理想运放对于理想运放 u u+,Auouo=uiu=uAuo+uiuO+第8页，本讲稿共53页uiuo(3)“虚地虚地虚地虚地”的概念的概念的概念的概念由由“虚断路虚断路”原则原则 ii=0,有有 u+=0；u+u=0如图，运放工作在线性放大区：如图，运放工作在线性放大区：由由“虚短路虚短路”原则原则2.理想运放工作在理想运放工作在线性区线

5、性区的分析依据的分析依据第9页，本讲稿共53页“虚断路虚断路”成立；成立；3.理想运放工作在理想运放工作在非线性区非线性区的分析依据的分析依据注意注意:u+=u 不一定成立不一定成立！运放工作在运放工作在运放工作在运放工作在线性线性工作状态的必要条件：工作状态的必要条件：工作状态的必要条件：工作状态的必要条件：必须引入深度负反馈。必须引入深度负反馈。输出输出u0只有两种可能：只有两种可能：u+u-时，时，u0=UOM;u+1，称为，称为深度负反馈深度负反馈，此时：，此时：在深度负反馈的情况下，闭环放大倍数仅与反馈在深度负反馈的情况下，闭环放大倍数仅与反馈电路的参数有关。电路的参数有关。第30页

6、，本讲稿共53页1)串联反馈串联反馈:使电路的输入电阻增加使电路的输入电阻增加3.对输入电阻的影响对输入电阻的影响2)并联负反馈并联负反馈:使电路的输入电阻降低使电路的输入电阻降低1)电压负反馈电压负反馈:使电路的输出电阻降低使电路的输出电阻降低2)电流负反馈电流负反馈:使电路的输出电阻提高使电路的输出电阻提高4.4.对输出电阻的影响对输出电阻的影响(为获得电压为获得电压)(为获得电流为获得电流)(为提供电压为提供电压)(为提供电流为提供电流)5.改善波形失真改善波形失真6.6.展宽通频带展宽通频带第31页，本讲稿共53页11.3 11.3 运算放大器运算放大器在信号运算方面的应用在信号运算方

7、面的应用第32页，本讲稿共53页理想运放工作在理想运放工作在线性区线性区的分析依据的分析依据+iiuiriduO“虚断路虚断路”原则原则ii 0(1)+“虚短路虚短路”原则原则(2)u u+第33页，本讲稿共53页“虚断路虚断路”成立；成立；理想运放工作在理想运放工作在非线性区非线性区的分析依据的分析依据注意注意:u+=u 不一定成立不一定成立！输出输出u0只有两种可能：只有两种可能：u+u-时，时，u0=UOM;u+R4,求求Auf解：解：解：解：R4R3R4+uo=RF1代入代入 if=i1由由 RFR4,有：有：Auf=R1RF(1+)R4R3ui uouo=R4R3R4+uo得得 uo

8、if=RF第36页，本讲稿共53页RFRR1 12uiuouf2.同相比例运算电路同相比例运算电路 uo=1+u+RFR1 1 =1+ui RF R1 1虚断路虚断路id 0虚短路虚短路uiu =+uou =fR1R1 RF+u-u =+故有：故有：第37页，本讲稿共53页_+uiuo此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分立元件的射极输出出电阻小，在电路中作用与分立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。电压跟随器电压跟随器第38页，本讲稿共53页3.差动比例运算电路差动比例运算电路uoRFR1R2R

9、3利用叠加原理进行分析利用叠加原理进行分析ui1i2uu0=uo+u0=1+ui2RFR1R2+R3R3-ui1RFR1uO =-ui1RFR1 1uO =1+u+RFR1=1+ui2RFR1R2+R3R3减法电路（调整电阻值使减法电路（调整电阻值使uo=ui2-ui1）第39页，本讲稿共53页F1u o31.反相加法运算电路反相加法运算电路Pui1 ui3ui2 u=(+)ui2 oui1 ui3 RFRFRFR1R2R3i1i2i3if11.3.2 加法运算电路加法运算电路2（调整电阻值使（调整电阻值使uo=-(ui1+ui2+ui3)）第40页，本讲稿共53页 1.差动比例运算电路差动比

10、例运算电路uoRFR1R2R3利用叠加原理进行分析利用叠加原理进行分析ui1i2uu0=uo+u0=1+ui2RFR1R2+R3R3-ui1RFR1uO =-ui1RFR1 1uO =1+u+RFR1=1+ui2RFR1R2+R3R311.3.3 减法运算电路减法运算电路第41页，本讲稿共53页uo=ui RF R1uiuoi1ifRFR1R2反相比例运算电路反相比例运算电路第42页，本讲稿共53页RFRR1 12uiuouf同相比例运算电路同相比例运算电路 uo =1+ui RF R1 1第43页，本讲稿共53页 11ui121例：例：两级反相输入减法运算电路两级反相输入减法运算电路1322

11、12N2N1uoF1uRRRRRRRi2F2uo=ui1 ui2 11RRRRRR 13 12F1F2F2uo1第44页，本讲稿共53页ui反相积分运算电路反相积分运算电路CFuo211.3.4 积分电路积分电路由虚断和虚地由虚断和虚地ui1=iR1iC=i1iCuC duCdt CF iC=uO=uC可可得得第45页，本讲稿共53页习题习题 11.3.13:已知电源电压为已知电源电压为15V15V，u ui1i1=1.1V,u=1.1V,ui2i2=1V=1V。问。问:输出电压输出电压uouo由由0 0上升到上升到10V10V所需时间。所需时间。第46页，本讲稿共53页uuOi 11.3.5

12、 反相微分运算电路反相微分运算电路C1 duidtuo=RF C1 uouiF输出与输入的关系式为输出与输入的关系式为若输入为方波若输入为方波则输出波形为则输出波形为ic1ic1第47页，本讲稿共53页“虚断路虚断路”成立；成立；理想运放工作在理想运放工作在非线性区非线性区的分析依据的分析依据注意注意:u+=u 不一定成立不一定成立！输出输出u0只有两种可能：只有两种可能：u+u-时，时，u0=UOM;u+u-时，时，u0=-UOM;（u+-u-）第48页，本讲稿共53页11.4.电压比较器电压比较器1.过零比较器过零比较器R1R2uouiUOM-UOMuiuo(1)反相输入过零比较器反相输入

13、过零比较器0第49页，本讲稿共53页(2)同相输入过零比较器同相输入过零比较器uiuo0R1R2uoui-UOMUOM第50页，本讲稿共53页R1R2例例：过零比较器的应用过零比较器的应用(波形变换）波形变换）UOM-UOMttUOM-UOM000uiuouOuiuiuo第51页，本讲稿共53页0uiuoR1R2R3DzuiuoUZ2.过零限幅比较器过零限幅比较器-UOMUOM-UZUZ第52页，本讲稿共53页作业：作业：P334 P334341341页页A A选择题：选择题：11.2.111.2.111.4.111.4.1B B基本题：基本题：11.3.411.3.4、11.3.611.3.6、11.3.1011.3.10、11.3.511.3.5第53页，本讲稿共53页