集成運(yùn)放的分析及應(yīng)用

1、第七章第七章 集成運(yùn)放的分析及應(yīng)用集成運(yùn)放的分析及應(yīng)用7.1 7.1 理想運(yùn)放模型及閉環(huán)分析理想運(yùn)放模型及閉環(huán)分析7.2 7.2 基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路7.3 7.3 電壓比較器電壓比較器7.4 7.4 波形發(fā)生器波形發(fā)生器 小結(jié)小結(jié)7.5 7.5 集成運(yùn)放的其他應(yīng)用電路集成運(yùn)放的其他應(yīng)用電路7.1 7.1 理想運(yùn)放模型及閉環(huán)分析理想運(yùn)放模型及閉環(huán)分析理想運(yùn)放模型理想運(yùn)放模型閉環(huán)運(yùn)放的基本電路閉環(huán)運(yùn)放的基本電路理想運(yùn)放模型理想運(yùn)放模型 理想運(yùn)放的條件理想運(yùn)放的條件1. 開環(huán)電壓增益開環(huán)電壓增益Aud=;2. 輸入電阻輸入電阻Rid=;3. 輸出電阻輸出電阻Ro=0;4.頻帶寬度頻帶寬度 F=

2、;5.共模抑制比共模抑制比CMRR=;6.失調(diào)、漂移和內(nèi)部噪聲為零。失調(diào)、漂移和內(nèi)部噪聲為零。主要條件主要條件條件較難滿足，條件較難滿足，可采用專用運(yùn)放可采用專用運(yùn)放來近似滿足。來近似滿足。理想運(yùn)放模型理想運(yùn)放模型-U-I-+U+I+Uo+-AU(U+-U-)1. 同相端與反相端呈開路狀態(tài)。同相端與反相端呈開路狀態(tài)。2.輸出回路為一受控電壓源輸出回路為一受控電壓源AU(U+-U-) ， 由于由于Ro=0,所以所以Uo=AU(U+-U-)理想運(yùn)放的工作狀態(tài)理想運(yùn)放的工作狀態(tài) 線性工作狀態(tài)線性工作狀態(tài)1. 理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電流近似為零理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電流近似為零I+=I-02.

3、 理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電位近似相等理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電位近似相等U+=U-RidU+-U-=Uo/AU0虛斷虛斷虛短虛短 在分析運(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)時(shí)，可把在分析運(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)時(shí)，可把兩輸入端兩輸入端視為等電位視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡(jiǎn)稱，這一特性稱為虛假短路，簡(jiǎn)稱虛短虛短。虛地虛地 如將運(yùn)放的同相端接地如將運(yùn)放的同相端接地U+=0，則，則U-=0,即反相端是一即反相端是一 個(gè)不接個(gè)不接“地地”的的“地地”，稱為，稱為“虛地虛地”虛地點(diǎn)對(duì)地的電阻為虛地點(diǎn)對(duì)地的電阻為“0”由于理想運(yùn)放的輸入電阻非常高，在分析處于線性狀由于理想運(yùn)放的輸入電阻非常高，在分析處于線性

4、狀態(tài)運(yùn)放時(shí)，可以把態(tài)運(yùn)放時(shí)，可以把兩輸入端視為等效開路兩輸入端視為等效開路，這一特性，這一特性稱為虛假開路，簡(jiǎn)稱虛斷。稱為虛假開路，簡(jiǎn)稱虛斷。運(yùn)放工作在閉環(huán)的工作狀態(tài)運(yùn)放工作在閉環(huán)的工作狀態(tài)理想運(yùn)放的工作狀態(tài)理想運(yùn)放的工作狀態(tài) 飽和工作狀態(tài)飽和工作狀態(tài)1. 理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電流近似為零理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電流近似為零2. 當(dāng)當(dāng)U+U-時(shí)，時(shí)，Uo為正飽和值為正飽和值 當(dāng)當(dāng)U+UR時(shí)，時(shí)， 輸出應(yīng)為負(fù)飽和值，穩(wěn)壓管的導(dǎo)通輸出應(yīng)為負(fù)飽和值，穩(wěn)壓管的導(dǎo)通,輸出電壓輸出電壓的幅度被限定在的幅度被限定在Uo=-UDUoRoDz當(dāng)當(dāng)UiUR時(shí)，輸出為正飽和值，由于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用，時(shí)，輸出

5、為正飽和值，由于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用， Uo=UzUDURUoUiUz輸出電壓被限定在輸出電壓被限定在 （UZ+UD)遲遲 滯滯 比比 較較 器器-+R1UiR2URUoRf引入正反饋引入正反饋起加速輸出電壓變化起加速輸出電壓變化 UoUiUomUonU2U11. 當(dāng)輸出當(dāng)輸出Uo為高電平為高電平Uo=Uom時(shí)，同相端受到時(shí)，同相端受到Uom和和UR同時(shí)作用同時(shí)作用f2R2f2om21RRURRRURU當(dāng)當(dāng)UiU 1時(shí)，輸出將由高電平時(shí)，輸出將由高電平Uom跳變到低電平跳變到低電平Uon。U 1稱為上門限電壓，也稱正向閾值電壓稱為上門限電壓，也稱正向閾值電壓遲遲 滯滯 比比 較較 器器-+R1Ui

6、R2URUoRf UoUiUomUonU2U12. 當(dāng)輸出當(dāng)輸出Uo為低電平為低電平Uo=Uon時(shí)，同相端受到時(shí)，同相端受到Uon和和UR同時(shí)作用同時(shí)作用f2R2f2on22RRURRRURU當(dāng)當(dāng)UiU 2時(shí)，輸出將由低電平時(shí)，輸出將由低電平Uon跳變到高電平跳變到高電平Uom 。U 2稱為下門限電壓，也稱負(fù)向閾值電壓稱為下門限電壓，也稱負(fù)向閾值電壓U1遲滯比較器遲滯比較器-+R1UiR2URUoRf UoUiUomUonU2U1上門限電壓：上門限電壓：f2Rff2om21RRURRRURU下門限電壓：下門限電壓：f2Rff2on22RRURRRURU21U-UU)U-U(RRRonomf22

7、門限寬度：門限寬度：1. 改變基準(zhǔn)電壓改變基準(zhǔn)電壓UR可改變上、下門限電壓可改變上、下門限電壓U 1、 U 2 ， 但不影響門限寬度但不影響門限寬度 U。2. 改變正反饋系數(shù)改變正反饋系數(shù)R2/(R2+Rf),將影響將影響 U和和 U 1、 U 2 。3. UomUon運(yùn)放的正負(fù)飽和電壓，可通過加限幅電路限制其值運(yùn)放的正負(fù)飽和電壓，可通過加限幅電路限制其值比比 較較 器器 的的 特特 點(diǎn)點(diǎn) 工作在工作在開環(huán)開環(huán)或或正反饋正反饋狀態(tài)。狀態(tài)。 開關(guān)特性開關(guān)特性，因開環(huán)增益很大，因開環(huán)增益很大，比較器的輸出只比較器的輸出只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。 非線性非線性，因

8、大幅度工作，輸出和輸入不成線性因大幅度工作，輸出和輸入不成線性關(guān)系。關(guān)系。 比較器主要用來對(duì)輸入波形進(jìn)行比較器主要用來對(duì)輸入波形進(jìn)行整形整形，可以，可以將不規(guī)則的輸入波形整形為方波輸出。將不規(guī)則的輸入波形整形為方波輸出。正弦波變換為矩形波正弦波變換為矩形波比比 較較 器器 的的 應(yīng)應(yīng) 用用有干擾正弦波變換為方波有干擾正弦波變換為方波方波和三角波發(fā)生器方波和三角波發(fā)生器脈沖和鋸齒波發(fā)生器脈沖和鋸齒波發(fā)生器RoDz+-R1Ui1R4Uo1RfA1方波和三角波發(fā)生器方波和三角波發(fā)生器-+R2 Uo2CR3A2WA1遲滯比較器遲滯比較器,UR=0,U01= (UZ+UD)，A2積分器積分器,上下限電壓

9、由上下限電壓由Ui1和和Uo1共同決定共同決定輸入一周期變化的信號(hào)輸出輸入一周期變化的信號(hào)輸出U01將是一方波將是一方波輸入方波信號(hào)，輸出是一個(gè)三角波信號(hào)輸入方波信號(hào)，輸出是一個(gè)三角波信號(hào)U0 tUom1Uom2Uon2Uon1T1T2T方波和三角波發(fā)生器方波和三角波發(fā)生器U01U02Uom1=UZ+UDUon1= -(UZ+UD)RoDz+-R1Ui1R4Uo1RfA1-+R2 Uo2CR3A2W 方波和三角波發(fā)生器方波和三角波發(fā)生器f1i1ff1o11RRURRRURUA1同相端的電位同相端的電位Ui1U 稍大于零，比較器的輸出將由低電稍大于零，比較器的輸出將由低電平平Uon1跳變到高電平

10、跳變到高電平Uom1 。f1i1ff1on11RRURRRURU1on1fi1RURU上門限電壓上門限電壓=Uom2= 0Ui1U 稍小于零，比較器的輸出將由高電稍小于零，比較器的輸出將由高電平平Uom1跳變到低電平跳變到低電平Uon1 。f1i1ff1om11RRURRRURU1om1fi1RURU下門限電壓下門限電壓=Uon2= 0當(dāng)當(dāng)Uo1=Uon1時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)Uo1=Uom1時(shí)，時(shí)，on2om2UUU)UU(R2RDZf1門限寬度門限寬度周期周期T與頻率與頻率ff2121RCR2RTTf21RCR4RT T1f 脈沖和鋸齒波發(fā)生器脈沖和鋸齒波發(fā)生器RoDz+-R1 Ui1R4Uo1Rf

11、A1-+R2 Uo2CR3A2WR22R21D1D2設(shè)計(jì)思想：設(shè)計(jì)思想：將積分器的充放電回路分開，從而改變將積分器的充放電回路分開，從而改變T1和和T2。1. 當(dāng)當(dāng)Uo1為正電壓為正電壓Uom1時(shí)，正電壓時(shí)，正電壓W D1給給C充電充電,積積 分時(shí)間常數(shù)分時(shí)間常數(shù) 1R21C.2.當(dāng)當(dāng)Uo1為負(fù)電壓為負(fù)電壓Uon1時(shí)，負(fù)電壓時(shí)，負(fù)電壓W D2給給C放充電放充電,積積 分時(shí)間常數(shù)分時(shí)間常數(shù) 2 R22C.f2211RCR2RT )RR(RC2RT2221f1T1f f2112RCR2RT 電壓電壓電流變換電路電流變換電路測(cè)量放大電路測(cè)量放大電路單電源供電放大電路單電源供電放大電路穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源

12、電壓電壓電流變換電路電流變換電路 電流電流電壓變換電路電壓變換電路IsUo= -IsRfUoRfRP-+RLUsUo-+R1IL 電壓電壓電流變換電路電流變換電路IL=Us/R1測(cè)量放大電路測(cè)量放大電路 電橋放大器電橋放大器RfRRR RX=R+RURUo-+RfUo-+RRURRURR+R主要用于非電量測(cè)量如壓力，溫度，應(yīng)變等。主要用于非電量測(cè)量如壓力，溫度，應(yīng)變等。RX的阻值隨被測(cè)量的變化而變，的阻值隨被測(cè)量的變化而變，RX=R+ R.當(dāng)當(dāng)RX=R時(shí)電橋平衡，時(shí)電橋平衡，Ui=0,Uo=0當(dāng)當(dāng)RX產(chǎn)生產(chǎn)生 R變化時(shí)，輸出電壓將變化變化時(shí)，輸出電壓將變化 Uo， Uo正比于正比于 R。當(dāng)電阻

13、當(dāng)電阻RfR,且相對(duì)變化且相對(duì)變化 = R/RU-時(shí)，時(shí)，Uo為正飽和值為正飽和值 當(dāng)當(dāng)U+U-時(shí)，時(shí)，Uo為負(fù)飽和值為負(fù)飽和值 閉環(huán)運(yùn)放的兩種基本電路閉環(huán)運(yùn)放的兩種基本電路1. 反相放大器。它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器，反相放大器。它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大器， 主要特點(diǎn)是反相輸入端呈主要特點(diǎn)是反相輸入端呈“虛地虛地”.電壓增益電壓增益: AUf-RfRl式中，式中， Rf是反饋電阻，是反饋電阻，R1是反相輸入端電阻。是反相輸入端電阻。反相放大器的反相放大器的輸入電阻輸入電阻rif = R1，輸出電阻，輸出電阻rof=0。2. 同相放大器。它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器，同相放大器。它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器，電壓增益電壓增益: AUf1+RfRl注意：式中