集成運算放大器的線性應(yīng)用電路

1、7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路7.3.3 求和運算電路求和運算電路7.3.5 對數(shù)和指數(shù)運算電路對數(shù)和指數(shù)運算電路7.3.1 運算放大器線性應(yīng)用電路的特點運算放大器線性應(yīng)用電路的特點7.3.2 比例運算電路比例運算電路7.3.4 積分和微分運算電路積分和微分運算電路7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路 本章本章主要講述理想集成運放的特主要講述理想集成運放的特點、基本運算電路。點、基本運算電路。重點掌握理想集重點掌握理想集成運放的特點及成運放的特點及“虛短虛短”、“虛斷虛斷”的概念，并能應(yīng)用這兩個基本概念分的概念，并能應(yīng)用這兩個基本概

2、念分析基本運算電路；析基本運算電路；內(nèi)容簡介7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路 滿足下列參數(shù)指標的運算放大器可以視為理想運算放大器。滿足下列參數(shù)指標的運算放大器可以視為理想運算放大器。 1.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Avd= ，實際上，實際上Avd80dB即可。即可。 一、理想運放的性能指標一、理想運放的性能指標 2.差模輸入電阻差模輸入電阻Rid= ，實際上，實際上Rid比輸入端外電路的電阻比輸入端外電路的電阻大大23個量級即可。個量級即可。 3.輸出電阻輸出電阻Ro=0，實際上，實際上Ro比輸入端外電路的電阻小比輸入端外電路的電阻小12個量級即可

3、。個量級即可。 5.帶寬足夠?qū)?，上限截止頻率帶寬足夠?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 = 。 實際上在做一般原理性分析時，產(chǎn)品運算放大器都可以視實際上在做一般原理性分析時，產(chǎn)品運算放大器都可以視為理想的。只要實際的運用條件不使運算放大器的某個技術(shù)指為理想的。只要實際的運用條件不使運算放大器的某個技術(shù)指標明顯下降即可。標明顯下降即可。 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，且無任何內(nèi)部噪聲 。 實際集成運放的特性很接近理想集成運放，我們僅僅實際集成運放的特性很接近理想集成運放，我們僅僅在進行誤差分析時，才

4、考慮理想化后造成的影響，一般工在進行誤差分析時，才考慮理想化后造成的影響，一般工程計算其影響可以忽略。程計算其影響可以忽略。7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運放的電壓傳輸特性集成運放的電壓傳輸特性 在線性區(qū)：在線性區(qū)：uOAod(uPuN)， Aod是開環(huán)差模放大倍數(shù)。是開環(huán)差模放大倍數(shù)。 由于由于Aod高達幾十萬倍，所以集成運放工作在線性區(qū)時的最大高達幾十萬倍，所以集成運放工作在線性區(qū)時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。當其大于此值時，。當其大于此值時，集成運放的輸出不是集成運放的輸出不是UOM , 就是就是UO

5、M ，即集成運放工作在非線，即集成運放工作在非線性區(qū)。性區(qū)。7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路（2）理想集成運放工作于線性區(qū)）理想集成運放工作于線性區(qū) 理想運放工作于線性區(qū)：理想運放工作于線性區(qū)：)(uuAuodo “虛短虛短”：運放的同相輸入端和反相輸入端的電位運放的同相輸入端和反相輸入端的電位“無無窮窮”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，為有限值因為 “虛斷虛斷”：運放的同相輸入端和反相輸入端

6、的電流趨于運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。7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路 理想運放工作于線性區(qū)，因其放理想運放工作于線性區(qū)，因其放大倍數(shù)趨于無窮大，所以在輸入端大倍數(shù)趨于無窮大，所以在輸入端只要加一個非無窮小的電壓，其輸只要加一個非無窮小的電壓，其輸出就會超出其線性工作區(qū)，因此，出就會超出其線性工作區(qū)，因此，只有電路引入負反饋，才能使其工只有電路引入負反饋，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）理想集成運放工作于非線性區(qū)）

7、理想集成運放工作于非線性區(qū) 電路中沒有引入負反饋或引入的電路中沒有引入負反饋或引入的是正反饋，理想運放工作于非線性是正反饋，理想運放工作于非線性區(qū)。區(qū)。因其放大倍數(shù)趨于無窮大，所因其放大倍數(shù)趨于無窮大，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，因為 uo -UOM UOM u+- u- O 7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路7.3.2 基本運算電路基本運算電路 比例運算電路比例運算電路 積分微分運算電路積分微分運算電路 對數(shù)指數(shù)運算電路對數(shù)指數(shù)運算電路 加減運算電路加減運算電路7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電

8、路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路比例運算電路：比例運算電路：將輸入信號按比例放大的電路。將輸入信號按比例放大的電路。分類：分類：按輸入信號按輸入信號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比例電路差動比例電路比例放大電路是集成運算放大電路的三比例放大電路是集成運算放大電路的三種主要放大形式種主要放大形式7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路(1) 反相比例運算放大器反相比例運算放大器_+ + RFR1RuiuoiIiFi-i+虛地點虛地點iI=iF+ i-=iF , i- =0 i+ =0u+ =0 u=u+=0平衡電阻平

9、衡電阻( (使輸入端使輸入端對地的靜態(tài)電阻相對地的靜態(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):1F10ufRRuuA7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路反相比例運算放大器反相比例運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 運算放大器輸入端無共模信號運算放大器輸入端無共模信號 運算電路輸入電阻較小運算電路輸入電阻較小7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(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 7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路(2) 同相比例運算放大器同相比例運算放大器u-= u+= uii+ =0i- =0_+ + RFR1RuiuoiFi1Auf=1+RFR1iF=i1R=RR=R1 1/R/RF F1FRuRuuiioiouRRu)1 (1F7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路同相比例

11、運算放大器同相比例運算放大器輸入電阻：輸入電阻：_+ + RFRfRPuiuo 運算放大器輸入端有共模信號運算放大器輸入端有共模信號 運算電路輸入電阻很大運算電路輸入電阻很大Ri=輸入電阻輸入電阻(大大):7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路_+ + RFRfRPuiuoAuf=1+RFRf當當RF=0時時,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。7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電

12、路集成運算放大器的線性應(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=3RFR17.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路(4) 差動放大器差動放大器_+ + RFR1R1ui1uoRFui2)(211FiiouuRRui+ =0i- =0ui1RF R1 + RF u+ =u- = u+ u- =uo R1 + ui2 RFR1 + RF

13、uo R1 + ui2 RF R1 + RF ui1RF R1 + RF =7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(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)=3V7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路(5) 反相求和運算：反相求和運算：_+ + RFR1R2ui

14、2uoRui1i1i2iF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 7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路(6) 同相求和運算：同相求和運算：Auf= RFR11+uo = Auf u+ =( )( + ) RFR11+R2 R1 + R2 ui1R1 R1 + R2 ui2取取R1/R2=RF/R當當R1 = R2 時時,

15、 uo = ( )(ui1 + ui2)RFR11+12RRF+u i1uoR1R2ui2-u+ _+ + RFR1Ruiuo7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路單運放的加減運算電路單運放的加減運算電路實際應(yīng)用時可適當增加或減少輸入端的實際應(yīng)用時可適當增加或減少輸入端的個數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。個數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。R2_+ R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6643521R/R/RR/R/R7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路R2_+ R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6)(4433643RuRuR/R/Ruii

16、uu52211RuuRuuRuuoii虛短路虛短路虛開路虛開路虛開路虛開路)()111(44332211552122115RuRuRuRuRuRRRRuRuRuiiiiiio643521R/R/RR/R/R7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路例例4：設(shè)計一個加減運算電路，設(shè)計一個加減運算電路， RF=240k ，使使uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3解解:(1) 畫電路。畫電路。系數(shù)為負的信系數(shù)為負的信號從反相端輸號從反相端輸入，系數(shù)為正入，系數(shù)為正的信號從同相的信號從同相端輸入。端輸入。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui37.3 集成運算放大器

17、的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路(2) 求各電阻值。求各電阻值。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3FRRRRR/3421)(332211RuRuRuRuiiiFok240FRuo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3k241Rk302Rk123Rk804R7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路優(yōu)點：優(yōu)點：元件少，成本低。元件少，成本低。)(443322115RuRuRuRuRuiiiio缺點：缺點：要求要求R1/R2/R5=R3/R4/R6。阻值的調(diào)整計算不。阻值的調(diào)整計算不方便。方便。單運放的加減運算電路單運放的加減運算電路改進：改進：采用雙

18、運放電路。采用雙運放電路。7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路雙運放的加減運算電路雙運放的加減運算電路-RF1+ui1uo1R1ui2R2R3-RF2+uoR4ui3R5R625461213FFR/R/RR,R/R/RR)(221111RuRuRuiiFo53221141253412)()(RuRuRuRRRRuRuRuiiiFFioFo7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路(7) 反相積分運算反相積分運算Ruii1 dtduCioC dtuRC1uioC1ii i1iCu i-+RRCuoucuc = -uoi+ =0i- =0,iC =

19、Cducdt-CduodtuiR=u-= u+= 07.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路1) 輸入為階躍信號時的輸出電壓波形？輸入為階躍信號時的輸出電壓波形？2) 輸入為方波時的輸出電壓波形？輸入為方波時的輸出電壓波形？3) 輸入為正弦波時的輸出電壓波形？輸入為正弦波時的輸出電壓波形？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：7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路(8) 微分運算：微分運算：u-= u+= 0RuioRdtduCiiCRCii dtduRCuio u i+uoRRiCiRCi- =07.3 集成運算放大器的

20、線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路)90tsin(RC tcosRCuo tui0tuo0tsinui 例例5：,求求uo。dtduRCuio u i+uoRR2iCiRC907.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路(9) 對數(shù)運算電路對數(shù)運算電路7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路(10) 指數(shù)運算電路指數(shù)運算電路以上兩個電路溫以上兩個電路溫漂很嚴重，實際漂很嚴重，實際電路都有溫度補電路都有溫度補償電路償電路指數(shù)運算電路相當反對數(shù)運算電路。指數(shù)運算電路相當反對數(shù)運算電路。7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路

21、運算電路要求運算電路要求1.熟記前熟記前8種基本運算電路的電路圖及放種基本運算電路的電路圖及放大倍數(shù)公式。大倍數(shù)公式。2. 以上基本運算電路級聯(lián)后輸出的計算。以上基本運算電路級聯(lián)后輸出的計算。3. 會用會用 i- =0, i+ =0, u+ = u- 分析給定運算分析給定運算電路的電路的 放大倍數(shù)。放大倍數(shù)。7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路數(shù)據(jù)放大器（三運放電路）數(shù)據(jù)放大器（三運放電路）+A1-+A2RRRWui1ui2uo1uo2ab+R1R1-+A3R2R2uo+7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路WbaW2o1oRuuRR2uu

22、 W2i1iRuu 1o2ouu)uu(RRR21i2iWW +A1_+A2RRRWui1ui2uo1uo2ab+三運放電路三運放電路(續(xù)續(xù))i1-i2-i+ =0i- =0,u-= u+1iauu 2ibuu ,R、RW、R三個電阻可視為串聯(lián)三個電阻可視為串聯(lián)7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路 1o2ouu)uu(RRR21i2iWW 三運放電路三運放電路(續(xù)續(xù))uoR1R1+A3R2R2uo1uo2+A1_+A2RRRWui1ui2uo1uo2ab+)uu(RRu1o2o12o )uu(RRR2RR1i2iWW12 uo=7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路三運放電路是差動放大器，放大倍數(shù)三運放電路是差動放大器，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。三運放電路的特點三運放電路的特點7.3 集成運算放大器的線性應(yīng)用電路集成運算放大器的線性應(yīng)用電路例例6:由三運放放大器組成的溫度測量電路由三運放放大器組成的溫度測量電路uo