運(yùn)算放大器演示文稿

運(yùn)算放大器演示文稿第一頁，共四十五頁。運(yùn)算放大器第二頁，共四十五頁。集成電路運(yùn)算放大器（集成運(yùn)放）是模擬集成電路中應(yīng)用極為廣泛的一種電子器件。它采用一定制造工藝將大量半導(dǎo)體三極管、電阻、電容等元件及連線制作在同一小塊單晶硅的芯片上，并具有一定功能的電子電路。它不僅用于信號的運(yùn)算、處理、變換、測量、信號產(chǎn)生電路，還可用于開關(guān)電路。集成運(yùn)放本身具有非線性的特性，但一般都將它作為線性電路的器件，很容易用來設(shè)計(jì)各種應(yīng)用電路。第三頁，共四十五頁。第四頁，共四十五頁。

2.1集成電路運(yùn)算放大器1.運(yùn)放的內(nèi)部組成單元：PN差分式放大電路對稱性一級或多級放大電路提高電壓增益輸入級中間級輸出級功率放大電路電壓增益為1，向負(fù)載提供足夠功率O以正、負(fù)電源的中間接點(diǎn)作為參考點(diǎn)位點(diǎn)第五頁，共四十五頁。國際符號：國內(nèi)符號：集成運(yùn)放的特點(diǎn)：電壓增益高輸入電阻大輸出電阻小集成運(yùn)算放大器(operationalamplifier)符號同相輸入端反相輸入端輸出端VVVo+－ApNvvv＋－vNPvov

2.1集成電路運(yùn)算放大器第六頁，共四十五頁。2.運(yùn)放的電路模型PN輸入電阻模擬輸入端口輸出電阻與受控源模擬輸出端口電源是運(yùn)放必須的能源電源中間接點(diǎn)為參考電位點(diǎn)將運(yùn)算放大器看作一個(gè)簡化的具有端口特性的標(biāo)準(zhǔn)器件，用一個(gè)包含輸入端口、輸出端口和供電電源端的電路模型來代表第七頁，共四十五頁。第八頁，共四十五頁。正飽和線性區(qū)負(fù)飽和輸出電壓的正、負(fù)極限值實(shí)際輸出電壓的變化范圍是？為什么ab段幾乎是一條垂直于橫坐標(biāo)的直線？容易導(dǎo)致運(yùn)放的性能不穩(wěn)定，為使運(yùn)放組成的各種應(yīng)用電路穩(wěn)定地工作在線性區(qū)，須引入負(fù)反饋輸出電壓正比于輸入電壓2.運(yùn)放的電壓傳輸特性第九頁，共四十五頁。例PN第十頁，共四十五頁。

2.2

理想運(yùn)算放大器運(yùn)放進(jìn)入飽和區(qū)運(yùn)放工作在線性區(qū)第十一頁，共四十五頁。

2.2

理想運(yùn)算放大器按功能分類按工作區(qū)域分類放大

—信號傳遞AV、AI、AR（V/I）、AG（I/V）運(yùn)算

—處理

—濾波、整流、取樣－保持、絕對值比較

—判斷電壓大小（第9章）信號產(chǎn)生

—正弦、方波、三角波（第9章）線性應(yīng)用(虛短、虛斷)非線性應(yīng)用(虛斷)第十二頁，共四十五頁。

2.3

基本線性運(yùn)放電路同相輸入和反相輸入放大電路是運(yùn)算放大電路的基礎(chǔ)。如無特殊說明，運(yùn)放視為理想運(yùn)放。為使運(yùn)放組成的各種應(yīng)用電路穩(wěn)定地工作在線性區(qū)，電路中必須引入負(fù)反饋。第十三頁，共四十五頁。2.3.1同相放大電路

2.3

基本線性運(yùn)放電路1.基本電路輸入信號電壓加在同相端與地之間輸出電壓通過分壓作用于反相輸入端由輸出電壓經(jīng)過反饋元件R1、R2送回到反相輸入端，又稱vn為反饋電壓vf第十四頁，共四十五頁。

2.3

基本線性運(yùn)放電路2.負(fù)反饋的基本概念vid=vi-vf=vp-vn比無反饋時(shí)減少電壓增益Av=vo/vi也減小根據(jù)反饋的定義，此時(shí)引入的是負(fù)反饋負(fù)反饋?zhàn)饔檬禽敵鲂盘杤o通過反饋通路（R1、R2）得到反饋信號vf引回到輸入回路與輸入信號vi做比較，起到自動(dòng)調(diào)整作用，最后達(dá)到輸出穩(wěn)定平衡。第十五頁，共四十五頁。3.虛假短路深度負(fù)反饋的條件下，運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)有：由理想運(yùn)放的參數(shù)可知：兩輸入端的電位約相等，稱為虛短兩輸入端的電流約為零，稱為虛斷雖然不是嚴(yán)格的物理定義，但是在分析線性放大電路時(shí)會非常方便Q：運(yùn)放什么狀態(tài)下存在“虛短”？什么情況下存在“虛斷”？第十六頁，共四十五頁。

2.3

基本線性運(yùn)放電路4.幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算（1）電壓增益Av由虛短：由虛斷：iv閉環(huán)電壓增益Av只取決于反饋電路元件值，與運(yùn)放本身參數(shù)無關(guān)。第十七頁，共四十五頁。

2.3

基本線性運(yùn)放電路（2）輸入電阻Ri由輸入電阻的定義：由虛斷：即便考慮運(yùn)放為非理想運(yùn)放這個(gè)因素，Ri也可達(dá)109iv第十八頁，共四十五頁。

2.3

基本線性運(yùn)放電路（3）輸出電阻Ro由求輸出電阻的方法：第十九頁，共四十五頁。

2.3

基本線性運(yùn)放電路5.電壓跟隨器輸出電壓等于反饋電壓由虛短：輸出電壓與輸入電壓大小相等，相位相同，稱為電壓跟隨器。第二十頁，共四十五頁。

2.3

基本線性運(yùn)放電路5.電壓跟隨器在電路中常作為阻抗變換器或緩沖器阻抗變換器一個(gè)具有高內(nèi)阻的信號源直接驅(qū)動(dòng)阻值不大的負(fù)載時(shí)：信號源負(fù)載第二十一頁，共四十五頁。

2.3

基本線性運(yùn)放電路5.電壓跟隨器信號源負(fù)載將電壓跟隨器接在高內(nèi)阻的信號源與負(fù)載之間，由虛短、虛斷知：負(fù)載變化仍然成立消除負(fù)載變化對輸出電壓的影響第二十二頁，共四十五頁。1.基本電路輸入信號通過R1加到運(yùn)放的反相端，反饋電阻R2

在輸出端和反相輸入端，由虛短知：反相放大電路反相輸入端電位接近于地電位，稱為虛地。“虛地”的存在是線性反相放大電路在閉環(huán)工作狀態(tài)下的重要特征2.3.2反相放大電路

2.3

基本線性運(yùn)放電路第二十三頁，共四十五頁。2.3.2反相放大電路

2.3

基本線性運(yùn)放電路虛地1.電壓增益Av由虛斷：由虛短：第二十四頁，共四十五頁。2.3.2反相放大電路

2.3

基本線性運(yùn)放電路（2）輸入電阻Ri（3）輸出電阻Ro第二十五頁，共四十五頁。例T形網(wǎng)絡(luò)代替R2構(gòu)成前置放大電路：由虛地、虛斷列n和M點(diǎn)KCL方程：聯(lián)立方程求解：第二十六頁，共四十五頁。例將參數(shù)代入Av的表達(dá)式：故此時(shí)R4可用50KΩ電位器代替，設(shè)置阻值為35.2KΩ，使得Av=-100，即可通過調(diào)節(jié)R4的取值來改變電壓增益的大?。坏诙唔?，共四十五頁。例用T形網(wǎng)絡(luò)代替反饋電阻作用：可用低阻值電阻網(wǎng)絡(luò)得到高增益的放大電路。第二十八頁，共四十五頁。2.4.1求差電路

2.4

同相和反相輸入放大電路的其他應(yīng)用

根據(jù)虛短、虛斷得：（1）利用差分式電路(differenceamplifier)以實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算第二十九頁，共四十五頁。2.4.1求差電路

2.4

同相和反相輸入放大電路的其他應(yīng)用（1）差分式電路若阻值選取滿足R4/R1=R3/R2的關(guān)系：輸入電阻RiR1=R2i2=-i1輸出電阻Ro同理想運(yùn)放的輸出電阻第三十頁，共四十五頁。例高輸入電阻差分電路如圖，求輸出電壓表達(dá)式。由疊加定理：當(dāng)R1=R21時(shí)與單級差放電路相比，由于第一級是同相輸入放大電路，輸入電阻為無窮大第三十一頁，共四十五頁。

儀用放大器由差分輸入關(guān)系知：輸入信號都是從同相端輸入，其輸入電阻為無窮大第三十二頁，共四十五頁。

求和電路由虛斷：由虛地：第三十三頁，共四十五頁。習(xí)題第三十四頁，共四十五頁。習(xí)題對A3利用虛短、虛斷有A4為反相比例習(xí)題2.4.6習(xí)題2.4.7第三十五頁，共四十五頁。

2.4.4積分電路積分電路(integratorcircuit)如圖所示。由虛斷：由虛地：設(shè)電容器C初始電壓vC(0)=0輸出電壓vO為輸入電壓vI對時(shí)間的積分，其實(shí)質(zhì)是電容兩端電壓vC為流過電容電流iC的積分第三十六頁，共四十五頁。

2.4.4積分電路階躍電壓運(yùn)放輸出電壓的最大值受到直流電源電壓的限制，運(yùn)放進(jìn)入飽和區(qū)，輸出保持不變，停止積分積分電路用于掃描電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、模擬運(yùn)算器等第三十七頁，共四十五頁。練習(xí)：畫出在給定輸入波形作用下積分器的輸出波形tvs0212345tvo0-2-4-6C

R

vS

vO

+

–

A

R

+

–

第三十八頁，共四十五頁。應(yīng)用舉例：輸入方波，輸出是三角波tvs0tvo0C

R

vS

vO

+

–

A

R

+

–

第三十九頁，共四十五頁。vP=vN=0

2.4.4微分電路微分電路(differentialcircuit)如圖所示。第四十頁，共四十五頁。微分電路還可以用作波形變換，將矩形波變換為尖頂脈沖波。

2.4.4微分電路第四十一頁，共四十五頁。tvs0tvo090°,求vo。ivvo1－CRsR+iC例題第四十二頁，共四十五頁。電路參數(shù)可以是簡單的R、C外，也可以是R、