集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路.

1、第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路4.3 求和運(yùn)算電路求和運(yùn)算電路4.5 對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路4.1 運(yùn)算放大器線性應(yīng)用電路的特點(diǎn)運(yùn)算放大器線性應(yīng)用電路的特點(diǎn)4.2 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路4.4 積分和微分運(yùn)算電路積分和微分運(yùn)算電路第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路 本章本章主要講述理想集成運(yùn)放的特主要講述理想集成運(yùn)放的特點(diǎn)、基本運(yùn)算電路。點(diǎn)、基本運(yùn)算電路。重點(diǎn)掌握理想集重點(diǎn)掌握理想集成運(yùn)放的特點(diǎn)及成運(yùn)放的特點(diǎn)及“虛短虛短”、“虛斷虛斷”的概念，并能應(yīng)用這兩個(gè)基本概念分的概念，并能應(yīng)用這兩個(gè)基本概念分析基本運(yùn)算電

2、路；析基本運(yùn)算電路；內(nèi)容簡(jiǎn)介第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路 滿足下列參數(shù)指標(biāo)的運(yùn)算放大器可以視為理想運(yùn)算放大器。滿足下列參數(shù)指標(biāo)的運(yùn)算放大器可以視為理想運(yùn)算放大器。 1.開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Avd= ，實(shí)際上，實(shí)際上Avd80dB即可。即可。 一、理想運(yùn)放的性能指標(biāo)一、理想運(yùn)放的性能指標(biāo) 2.差模輸入電阻差模輸入電阻Rid= ，實(shí)際上，實(shí)際上Rid比輸入端外電路的電阻比輸入端外電路的電阻大大23個(gè)量級(jí)即可。個(gè)量級(jí)即可。 3.輸出電阻輸出電阻Ro=0，實(shí)際上，實(shí)際上Ro比輸入端外電路的電阻小比輸入端外電路的電阻小12個(gè)量級(jí)即可。個(gè)量級(jí)即可。

3、 5.帶寬足夠?qū)挘舷藿刂诡l率帶寬足夠?qū)?，上限截止頻率 fH= 。 4.共模抑制比足夠大，共模抑制比足夠大，KCMR = 。 實(shí)際上在做一般原理性分析時(shí)，產(chǎn)品運(yùn)算放大器都可以視實(shí)際上在做一般原理性分析時(shí)，產(chǎn)品運(yùn)算放大器都可以視為理想的。只要實(shí)際的運(yùn)用條件不使運(yùn)算放大器的某個(gè)技術(shù)指為理想的。只要實(shí)際的運(yùn)用條件不使運(yùn)算放大器的某個(gè)技術(shù)指標(biāo)明顯下降即可。標(biāo)明顯下降即可。 6.失調(diào)電壓、失調(diào)電流和溫漂均為零，且無(wú)任何內(nèi)部噪聲失調(diào)電壓、失調(diào)電流和溫漂均為零，且無(wú)任何內(nèi)部噪聲 。 實(shí)際集成運(yùn)放的特性很接近理想集成運(yùn)放，我們僅僅實(shí)際集成運(yùn)放的特性很接近理想集成運(yùn)放，我們僅僅在進(jìn)行誤差分析時(shí)，才考慮理想化后造

4、成的影響，一般工在進(jìn)行誤差分析時(shí)，才考慮理想化后造成的影響，一般工程計(jì)算其影響可以忽略。程計(jì)算其影響可以忽略。第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路集成運(yùn)放的電壓傳輸特性集成運(yùn)放的電壓傳輸特性 在線性區(qū)：在線性區(qū)：uOAod(uPuN)， Aod是開(kāi)環(huán)差模放大倍數(shù)。是開(kāi)環(huán)差模放大倍數(shù)。 由于由于Aod高達(dá)幾十萬(wàn)倍，所以集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的最大高達(dá)幾十萬(wàn)倍，所以集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的最大輸入電壓輸入電壓(uPuN)的數(shù)值僅為幾十一百多的數(shù)值僅為幾十一百多V。當(dāng)其大于此值時(shí)，。當(dāng)其大于此值時(shí)，集成運(yùn)放的輸出不是集成運(yùn)放的輸出不是UOM , 就是就是UOM ，即集成

5、運(yùn)放工作在非線，即集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)。性區(qū)。第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路（2）理想集成運(yùn)放工作于線性區(qū)）理想集成運(yùn)放工作于線性區(qū) 理想運(yùn)放工作于線性區(qū)：理想運(yùn)放工作于線性區(qū)：)(uuAuodo “虛短虛短”：運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的電位運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的電位“無(wú)無(wú)窮窮”接近，好象短路一樣，但卻不是真正的短路。接近，好象短路一樣，但卻不是真正的短路。uuuuuAood故所以，為有限值而, 0)(, A - - + u+ uo u- i+ i- 0,Riiuuuiid所以，為有限值因?yàn)?“虛斷虛斷”：運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的電流趨于

6、運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的電流趨于0，好象斷路一樣，但卻不是真正的斷路。，好象斷路一樣，但卻不是真正的斷路。第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路 理想運(yùn)放工作于線性區(qū)，因其放理想運(yùn)放工作于線性區(qū)，因其放大倍數(shù)趨于無(wú)窮大，所以在輸入端大倍數(shù)趨于無(wú)窮大，所以在輸入端只要加一個(gè)非無(wú)窮小的電壓，其輸只要加一個(gè)非無(wú)窮小的電壓，其輸出就會(huì)超出其線性工作區(qū)，因此，出就會(huì)超出其線性工作區(qū)，因此，只有電路引入負(fù)反饋，才能使其工只有電路引入負(fù)反饋，才能使其工作于線性區(qū)。作于線性區(qū)。 i- A - - + u+ uo u- i+ 反饋網(wǎng)絡(luò) （3）理想集成運(yùn)放工作于非線性區(qū)）理想集成

7、運(yùn)放工作于非線性區(qū) 電路中沒(méi)有引入負(fù)反饋或引入的電路中沒(méi)有引入負(fù)反饋或引入的是正反饋，理想運(yùn)放工作于非線性是正反饋，理想運(yùn)放工作于非線性區(qū)。區(qū)。因其放大倍數(shù)趨于無(wú)窮大，所因其放大倍數(shù)趨于無(wú)窮大，所以輸出電壓只有兩種可能：以輸出電壓只有兩種可能：uuUuuUuoOMOM-0,Riiid所以，因?yàn)?uo -UOM UOM u+- u- O 第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路4.2 基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路 積分微分運(yùn)算電路積分微分運(yùn)算電路 對(duì)數(shù)指數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)指數(shù)運(yùn)算電路 加減運(yùn)算電路加減運(yùn)算電路第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)

8、算放大器的線性應(yīng)用電路比例運(yùn)算電路：比例運(yùn)算電路：將輸入信號(hào)按比例放大的電路。將輸入信號(hào)按比例放大的電路。分類：分類：按輸入信號(hào)按輸入信號(hào)加入不同的加入不同的輸入端分輸入端分反向比例電路反向比例電路同相比例電路同相比例電路差動(dòng)比例電路差動(dòng)比例電路比例放大電路是集成運(yùn)算放大電路的三比例放大電路是集成運(yùn)算放大電路的三種主要放大形式種主要放大形式第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路(1) 反相比例運(yùn)算放大器反相比例運(yùn)算放大器_+ + RFR1RuiuoiIiFi-i+虛地點(diǎn)虛地點(diǎn)iI=iF+ i-=iF , i- =0 i+ =0u+ =0 u=u+=0平衡電阻平衡電阻

9、( (使輸入端使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相對(duì)地的靜態(tài)電阻相等等):R=R):R=R1 1/R/RF F2o1iRuRu F電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù):1F10ufRRuuA第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路反相比例運(yùn)算放大器反相比例運(yùn)算放大器輸入電阻輸入電阻Ri=R1輸入電阻輸入電阻(小小):uo_+ + RFR1RPuiiIiFi-i+反饋電阻反饋電阻 運(yùn)算放大器輸入端無(wú)共模信號(hào)運(yùn)算放大器輸入端無(wú)共模信號(hào) 運(yùn)算電路輸入電阻較小運(yùn)算電路輸入電阻較小第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路_+ + RFR1RuiuoiIiFi-i+例題例題1.

10、 R1=10k , RF=20k , , ui =-1V=-1V。求。求: :uo ，R應(yīng)為多大？應(yīng)為多大？Auf=-（RF/R1）=-20/10=-2uo= Auf ui=(-2)(-1)=2VR=R1/RF=10/20=6.7 k 第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路(2) 同相比例運(yùn)算放大器同相比例運(yùn)算放大器u-= u+= uii+ =0i- =0_+ + RFR1RuiuoiFi1Auf=1+RFR1iF=i1R=RR=R1 1/R/RF F1FRuRuuiioiouRRu)1 (1F第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路同相比

11、例運(yùn)算放大器同相比例運(yùn)算放大器輸入電阻：輸入電阻：_+ + RFRfRPuiuo 運(yùn)算放大器輸入端有共模信號(hào)運(yùn)算放大器輸入端有共模信號(hào) 運(yùn)算電路輸入電阻很大運(yùn)算電路輸入電阻很大Ri=輸入電阻輸入電阻(大大):第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路_+ + RFRfRPuiuoAuf=1+RFRf當(dāng)當(dāng)RF=0時(shí)時(shí),Auf=1uo=ui(3) 電壓跟隨器電壓跟隨器此電路輸入電阻此電路輸入電阻大，輸出電阻小，大，輸出電阻小，在電路中作用與分在電路中作用與分離元件的射極輸出離元件的射極輸出器相同，但是電壓器相同，但是電壓跟隨性能好。跟隨性能好。第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)

12、用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路_+ + RFR1RuiuoiFi1例題例題2. R1=10k , RF=20k , , ui =-1V=-1V。求。求: :uo ，R應(yīng)為多大？應(yīng)為多大？uo= Auf ui=(3)(-1)=-3VR=R1/RF =10/20=6.7 k Auf=1+ =1+20/10=3RFR1第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路(4) 差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器_+ + RFR1R1ui1uoRFui2)(211FiiouuRRui+ =0i- =0ui1RF R1 + RF u+ =u- = u+ u- =uo R1 + ui2 RFR1 +

13、 RF uo R1 + ui2 RF R1 + RF ui1RF R1 + RF =第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路例題例題3. R1=10k , R2=20k , , ui 1=-1V=-1V， ui 2=1V =1V 。求求: :uo uo_+ + R2R1R1R2ui1_+ + ui2_+ + R2R1RPuo= (uo2- uo1)=(20/10)3-(-1) =8VR2R1uo1= ui1=-1Vuo2= ui2(1+R2/R1)=3V第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路(5) 反相求和運(yùn)算：反相求和運(yùn)算：_+ + RF

14、R1R2ui2uoRui1i1i2iF虛地虛地uo =-(ui1 R1 RF +ui2 R2 RF )若若R1 =R2 =R, uo = -(ui1 R RF +ui2 )取取R = R1/ R2/RFuo_+ + RFR1Rui0uu i+ =0i- =0,i1 + i2= iFui1 R1 =ui2 R2 +-uo RF 第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路(6) 同相求和運(yùn)算：同相求和運(yùn)算：Auf= RFR11+uo = Auf u+ =( )( + ) RFR11+R2 R1 + R2 ui1R1 R1 + R2 ui2取取R1/R2=RF/R當(dāng)當(dāng)R1 =

15、 R2 時(shí)時(shí), uo = ( )(ui1 + ui2)RFR11+12RRF+u i1uoR1R2ui2-u+ _+ + RFR1Ruiuo第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路單運(yùn)放的加減運(yùn)算電路單運(yùn)放的加減運(yùn)算電路實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加或減少輸入端的實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加或減少輸入端的個(gè)數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。個(gè)數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。R2_+ R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6643521R/R/RR/R/R第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路R2_+ R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6)(4433643RuR

16、uR/R/Ruiiuu52211RuuRuuRuuoii虛短路虛短路虛開(kāi)路虛開(kāi)路虛開(kāi)路虛開(kāi)路)()111(44332211552122115RuRuRuRuRuRRRRuRuRuiiiiiio643521R/R/RR/R/R第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路例例4：設(shè)計(jì)一個(gè)加減運(yùn)算電路，設(shè)計(jì)一個(gè)加減運(yùn)算電路， RF=240k ，使使uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3解解:(1) 畫(huà)電路。畫(huà)電路。系數(shù)為負(fù)的信系數(shù)為負(fù)的信號(hào)從反相端輸號(hào)從反相端輸入，系數(shù)為正入，系數(shù)為正的信號(hào)從同相的信號(hào)從同相端輸入。端輸入。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3第

17、第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路(2) 求各電阻值。求各電阻值。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3FRRRRR/3421)(332211RuRuRuRuiiiFok240FRuo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3k241Rk302Rk123Rk804R第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：元件少，成本低。元件少，成本低。)(443322115RuRuRuRuRuiiiio缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：要求要求R1/R2/R5=R3/R4/R6。阻值的調(diào)整計(jì)算不。阻值的調(diào)整計(jì)算不方便。方便。單運(yùn)放的加減運(yùn)算電路單運(yùn)放的加減運(yùn)

18、算電路改進(jìn)：改進(jìn)：采用雙運(yùn)放電路。采用雙運(yùn)放電路。第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路雙運(yùn)放的加減運(yùn)算電路雙運(yùn)放的加減運(yùn)算電路-RF1+ui1uo1R1ui2R2R3-RF2+uoR4ui3R5R625461213FFR/R/RR,R/R/RR)(221111RuRuRuiiFo53221141253412)()(RuRuRuRRRRuRuRuiiiFFioFo第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路(7) 反相積分運(yùn)算反相積分運(yùn)算Ruii1 dtduCioC dtuRC1uioC1ii i1iCu i-+RRCuoucuc = -uoi

19、+ =0i- =0,iC =Cducdt-CduodtuiR=u-= u+= 0第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路1) 輸入為階躍信號(hào)時(shí)的輸出電壓波形？輸入為階躍信號(hào)時(shí)的輸出電壓波形？2) 輸入為方波時(shí)的輸出電壓波形？輸入為方波時(shí)的輸出電壓波形？3) 輸入為正弦波時(shí)的輸出電壓波形？輸入為正弦波時(shí)的輸出電壓波形？波形變換波形變換移相移相線性積分線性積分應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路(8) 微分運(yùn)算：微分運(yùn)算：u-= u+= 0RuioRdtduCiiCRCii dtduRCuio u i+uoRRiCiRCi

20、- =0第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路)90tsin(RC tcosRCuo tui0tuo0tsinui 例例5：,求求uo。dtduRCuio u i+uoRR2iCiRC90第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路(9) 對(duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)運(yùn)算電路第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路(10) 指數(shù)運(yùn)算電路指數(shù)運(yùn)算電路以上兩個(gè)電路溫以上兩個(gè)電路溫漂很嚴(yán)重，實(shí)際漂很嚴(yán)重，實(shí)際電路都有溫度補(bǔ)電路都有溫度補(bǔ)償電路償電路指數(shù)運(yùn)算電路相當(dāng)反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路。指數(shù)運(yùn)算電路相當(dāng)反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路。第第4章集成運(yùn)算放大器的線

21、性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路運(yùn)算電路要求運(yùn)算電路要求1.熟記前熟記前8種基本運(yùn)算電路的電路圖及放種基本運(yùn)算電路的電路圖及放大倍數(shù)公式。大倍數(shù)公式。2. 以上基本運(yùn)算電路級(jí)聯(lián)后輸出的計(jì)算。以上基本運(yùn)算電路級(jí)聯(lián)后輸出的計(jì)算。3. 會(huì)用會(huì)用 i- =0, i+ =0, u+ = u- 分析給定運(yùn)算分析給定運(yùn)算電路的電路的 放大倍數(shù)。放大倍數(shù)。第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路數(shù)據(jù)放大器（三運(yùn)放電路）數(shù)據(jù)放大器（三運(yùn)放電路）+A1-+A2RRRWui1ui2uo1uo2ab+R1R1-+A3R2R2uo+第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的

22、線性應(yīng)用電路WbaW2o1oRuuRR2uu W2i1iRuu 1o2ouu)uu(RRR21i2iWW +A1_+A2RRRWui1ui2uo1uo2ab+三運(yùn)放電路三運(yùn)放電路(續(xù)續(xù))i1-i2-i+ =0i- =0,u-= u+1iauu 2ibuu ,R、RW、R三個(gè)電阻可視為串聯(lián)三個(gè)電阻可視為串聯(lián)第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路 1o2ouu)uu(RRR21i2iWW 三運(yùn)放電路三運(yùn)放電路(續(xù)續(xù))uoR1R1+A3R2R2uo1uo2+A1_+A2RRRWui1ui2uo1uo2ab+)uu(RRu1o2o12o )uu(RRR2RR1i2iWW12 uo=第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路三運(yùn)放電路是差動(dòng)放大器，放大倍數(shù)三運(yùn)放電路是差動(dòng)放大器，放大倍數(shù)可調(diào)?？烧{(diào)。由于輸入均在同相端，此電路的輸入由于輸入均在同相端，此電路的輸入電阻高。電阻高。三運(yùn)放電路的特點(diǎn)三運(yùn)放電路的特點(diǎn)第第4章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路例例6:由三運(yùn)放放大器組成的溫度測(cè)量電路由三運(yùn)放放大器組成的溫度測(cè)量電路uoR