集成运放与其应用.pptx

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1、6.1理想的集成运放理想的集成运放一、集成运算放大器符号+Aod 其内部是一个以差分放大电路为输入级的多级直接耦合放大电路v-v+vo o+-第1页/共35页二、电路原理图图图 1F007 电路原理图电路原理图第2页/共35页三、理想运放的传输特性三、理想运放的传输特性+UOMuOu+-u-O-UOM理想特性理想运放理想运放工作区：线性区和非线性区第3页/共35页6.1.2理想运放理想运放一、理想运放的性能指标一、理想运放的性能指标开环差模电压增益 Aod=；输出电阻 ro =0；共模抑制比 KCMR =；差模输入电阻 rid=；UIO =0、IIO=0、UIO =IIO=0；输入偏置电流 I

2、IB =0；-3 dB 带宽 fH =，等等。第4页/共35页二、理想运放在线性工作区二、理想运放在线性工作区输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系，即+Aod理想运放工作在线性区特点：1.理想运放的差模输入电压等于零即“虚短”“虚地”如第5页/共35页2.理想运放的输入电流等于零由于 rid=，两个输入端均没有电流，即“虚断”三、理想运放的非线性工作区三、理想运放的非线性工作区+UOMuOu+-u-O-UOM理想特性工作在线性区的条件：工作在线性区的条件：电路引入负反馈电路引入负反馈第6页/共35页理想运放工作在非线性区特点：当 u+u-时，uO=+UOM当 u+u-时,uO=-U

3、OM1.uO 的值只有两种可能在非线性区内，(u+-u-)可能很大，即 u+u-。“虚地”不存在2.理想运放的输入电流等于零运放工作在非线性区条件：电路开环或引入正反馈第7页/共35页一般来说运放没有引入负反馈工作在线性区的范围将很小。实际运放 Aod ，当 u+与 u-差值很小时，仍有 Aod(u+-u-)，运放工作在线性区。例如：F007 的 UoM=14 V，Aod 2 105，线性区内输入电压范围uOuP-uN NO实际特性非线性区非线性区线性区第8页/共35页6.2基本运算电路基本运算电路 集成运放的应用首先表现在它能够构成各种运算电路上。在运算电路中，集成运放必须工作在线性区，在深

4、度负反馈条件下，能够实现各种数学运算。基本运算电路包括：比例、加减、积分、微分、对数、指数6.2.1比例运算电路比例运算电路几点说明：第9页/共35页*R2=R1/RF由于“虚断”，i+=0，u+=0；由于“虚短”，u-=u+=0“虚地”由 iI =iF，得反相输入端“虚地”，电路的输入电阻为Rif =R1图图 6.2.11.基本电路(电压并联负反馈)一、反相比例运算电路一、反相比例运算电路引入深度电压并联负反馈，电路的输出电阻为R0f =0第10页/共35页二、同相比例运算电路二、同相比例运算电路*R2=R1/RF根据“虚短”和“虚断”的特点，可知i+=i-=0；又 u-=u+=u得：由于该

5、电路为电压串联负反馈，所以输入电阻很高。图图 6.2.3uRif=Ri(1+Aod Kf)第11页/共35页当 图6.2.3RF=0 或 R1=时，如下图所示三、电压跟随器Auf=1u0=uI集成电压跟随器性能优良，常用型号AD9620计算方法小结1.列出关键结点的电流方程，如 P端和N端。2.根据虚短(地)、虚断的原则，进行整理。第12页/共35页*四差分比例运算电路四差分比例运算电路图图 差分比例运算电路差分比例运算电路在理想条件下，由于“虚断”，i+=i-=0由于“虚短”，u+=u-，所以：电压放大倍数差 模 输 入电阻Rif=2R1第13页/共35页例：T型网络反相比例运算电路图 T型

6、网络反相比例运算电路电阻R2、R3和R4构成T形网络电路节点N的电流方程为i4=i2+i3输出电压u0=-i2 R2 i4 R4 所以将各电流代入上式第14页/共35页五比例电路应用实例五比例电路应用实例两个放大级。结构对称的 A1、A2 组成第一级，互相抵消漂移和失调。A3 组成差分放大级，将差分输入转换为单端输出。当加入差模信号 uI 时，若 R2=R3，则 R1 的中点为交流地电位，A1、A2 的工作情况将如下页图中所示。图图 三运放仪用放大器原理图三运放仪用放大器原理图第15页/共35页由同相比例运放的电压放大倍数公式，得则同理所以则第一级电压放大倍数为：改变 R1，即可调节放大倍数。

7、R1 开路时，得到单位增益。第16页/共35页A3 为差分比例放大电路。当 R4 =R5，R6 =R7 时，得第二级的电压放大倍数为所以总的电压放大倍数为在电路参数对称的条件下，差模输入电阻等于两个同相比例电路的输入电阻之和第17页/共35页例：在数据放大器中，R1=2 k，R2=R3=1 k，R4=R5=2 k，R6=R7=100 k，求电压放大倍数；已知集成运放 A1、A2 的开环放大倍数 Aod=105，差模输入电阻 Rid=2 M，求放大电路的输入电阻。第18页/共35页6.2.2加减运算电路加减运算电路一、求和运算电路。1.反相求和运算电路反相求和运算电路由于“虚断”，i-=0所以：

8、i1+i2+i3=iF又因“虚地”，u-=0所以：当 R1=R2=R3=R 时，图图 7.2.7第19页/共35页2同相求和运算电路同相求和运算电路由于“虚断”，i+=0，所以：解得：其中：由于“虚短”，u+=u-第20页/共35页二、加减运算电路利用叠加原理求解图(a)为反相求和运算电路第21页/共35页图(b)为同相求和运算电路若电路只有二个输入，且参数对称，电路如图上式则为图 差分比例运算电路电路实现了对输入差模信号的比例运算若R1/R2/RfR3/R4/R5第22页/共35页改进电路图：高输入电阻差分比例运算电路若R1=RF2，R3=RF1第23页/共35页例：用集成运放实现以下运算关

9、系解：第24页/共35页比较得：选 RF1=20 k，得：R1=100 k，R3=15.4 k；选 RF2=100 k，得：R4=100 k，R2=10 k。第25页/共35页6.2.3积分运算电路和微分运算电路积分运算电路和微分运算电路一、积分运算电路一、积分运算电路由于“虚地”，u-=0，故uO=-uC由于“虚断”，iI=iC，故uI=iIR=iCR得：=RC积分时间常数图图 7.2.16(动画avi12-1.avi)第26页/共35页积分电路的输入、输出波形(一)输入电压为阶跃信号图图 6.3.2t0t1tuIOtuOOUI当 t t0 时，uI=0，uO=0；当 t0 t1 时，uI=

10、0，uo 保持 t=t1 时的输出电压值不变。即输出电压随时间而向负方向直线增长。问题：如输入波形为方波，输出波形为何波？第27页/共35页(二)输入电压为正弦波 tuOO可见，输出电压的相位比输入电压的相位领先 90 。因此，此时积分电路的作用是移相。tuIOUm第28页/共35页二、微分运算电路二、微分运算电路图图 基本微分电路基本微分电路由于“虚断”，i-=0，故iC=iR又由于“虚地”，u+=u-=0=0 可见，输出电压正比于输入电压对时间的微分。实现波形变换，如将方波变成双向尖顶波。1.基本微分运算电路微分运算电路微分电路的作用：微分电路的作用有移相 功能。第29页/共35页二、指数

11、运算电路二、指数运算电路当 uI 0 时，根据集成运放反相输入端“虚地”及“虚断”的特点，可得：所以：可见，输出电压正比于输入电压的指数。图图 7.2.27指数运算电路1.基本电路第30页/共35页2.集成指数运算电路在集成运算电路中，利用二只双极性晶体管特性的对称性，消去IS对运算关系的影响；并且，采用热敏电阻补偿UT的变化。分析过程见教材P330.图图 7.2.28集成指数运算电路第31页/共35页乘法运算电路图7.2.30乘法运算电路第32页/共35页同理：除法电路的输出电压正比于其两个输入电压相除所得的商，即：求对数，得：再求指数，得：所以只需将乘法电路中的求和电路改为减法电路即可得到除法电路的方块图：对数电路对数电路uI1uI2lnuI1lnuI2减法电路lnuI1-lnuI2指数电路7.2.6集成运放性能指标对运算误差的影响（略）第33页/共35页模拟乘法器及其在运算电路中的应用模拟乘法器可用来实现乘、除、乘方和开方运算电路在电子系统之中用于进行模拟信号的处理。7.3.1模拟乘法器简介输出电压正比于两个输入电压之积uo=KuI1uI2uI1uI2uO图图 7.3.1模拟乘法器符号模拟乘法器符号比例系数 K 为正值同相乘法器；比例系数 K 为负值反相乘法器。第34页/共35页感谢您的观看！第35页/共35页