運算放大器的應(yīng)用精華

運算放大器的應(yīng)用精華1第一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三§5.1運放的線性應(yīng)用5.1.1運放工作在線性區(qū)時的特點5.1.2運放的線性應(yīng)用§5.2運放的非線性應(yīng)用5.2.1運放工作在非線性區(qū)時的特點5.2.2運放的非線性應(yīng)用第五章運放的應(yīng)用2第二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三uiuo+UOM-UOMAo越大，運放的線性范圍越小，必須在輸出與輸入之間加負(fù)反饋才能使其擴大輸入信號的線性范圍。uiuo_++Ao例：若UOM=12V，Ao=106，則|ui|<12V時，運放處于線性區(qū)。線性放大區(qū)§5.1.1運放工作在線性區(qū)時的特點§5.1運放的線性應(yīng)用3第三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三由于運放的開環(huán)放大倍數(shù)很大，輸入電阻高，輸出電阻小，在分析時常將其理想化，稱其所謂的理想運放。理想運放的條件虛短路放大倍數(shù)與負(fù)載無關(guān)。分析多個運放級聯(lián)組合的線性電路時可以分別對每個運放進(jìn)行。虛開路運放工作在線性區(qū)的特點一、在分析信號運算電路時對運放的處理4第四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三二、分析運放組成的線性電路的出發(fā)點虛短路虛開路放大倍數(shù)與負(fù)載無關(guān)，可以分開分析。u+uo_++u–Ii信號的放大、運算有源濾波電路運放線性應(yīng)用5第五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三一、比例運算電路作用：將信號按比例放大。類型：同相比例放大和反相比例放大。方法：引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋或電壓串聯(lián)負(fù)反饋。這樣輸出電壓與運放的開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān)，與輸入電壓和反饋系數(shù)有關(guān)。5.1.2運放的線性應(yīng)用6第六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三i1=i2uo_++R2R1RPuii1i21.放大倍數(shù)虛短路虛開路（一）反相比例運算電路結(jié)構(gòu)特點：負(fù)反饋引到反相輸入端，信號從反相端輸入。虛開路7第七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三2.電路的輸入電阻ri=R1平衡電阻，使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等，保證靜態(tài)時輸入級的對稱性。RP=R1

//R2uo_++R2R1RPuii1i2為保證一定的輸入電阻，當(dāng)放大倍數(shù)大時，需增大R2，而大電阻的精度差，因此，在放大倍數(shù)較大時，該電路結(jié)構(gòu)不再適用。8第八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三4.共模電壓電位為0，虛地輸入電阻小、共模電壓為0以及“虛地”是反相輸入的特點。_++R2R1RPuii1i23.反饋方式電壓并聯(lián)負(fù)反饋輸出電阻很?。?第九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三反相比例電路的特點：1.共模輸入電壓為0，因此對運放的共模抑制比要求低。2.由于電壓負(fù)反饋的作用，輸出電阻小，可認(rèn)為是0，因此帶負(fù)載能力強。3.由于并聯(lián)負(fù)反饋的作用，輸入電阻小，因此對輸入電流有一定的要求。4.在放大倍數(shù)較大時，該電路結(jié)構(gòu)不再適用。10第十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三uo_++R2R1RPuiR4R3i1i2i4i3M例：求Au=?i1=i2虛短路虛開路虛開路11第十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三該放大電路，在放大倍數(shù)較大時，可避免使用大電阻。但R3的存在，削弱了負(fù)反饋。12第十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三（二）同相比例運算電路_++R2R1RPuiuou-=u+=ui反饋方式：電壓串聯(lián)負(fù)反饋。輸入電阻高。虛短路虛開路結(jié)構(gòu)特點：負(fù)反饋引到反相輸入端，信號從同相端輸入。虛開路13第十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三同相比例電路的特點：3.共模輸入電壓為ui，因此對運放的共模抑制比要求高。1.由于電壓負(fù)反饋的作用，輸出電阻小，可認(rèn)為是0，因此帶負(fù)載能力強。2.由于串聯(lián)負(fù)反饋的作用，輸入電阻大。14第十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三_++uiuo此電路是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻大，輸出電阻小，在電路中作用與分離元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。（三）電壓跟隨器結(jié)構(gòu)特點：輸出電壓全部引到反相輸入端，信號從同相端輸入。電壓跟隨器是同相比例運算放大器的特例。15第十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三二、加減運算電路作用：將若干個輸入信號之和或之差按比例放大。類型：同相求和和反相求和。方法：引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋或電壓串聯(lián)負(fù)反饋。這樣輸出電壓與運放的開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān)，與輸入電壓和反饋系數(shù)有關(guān)。16第十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三（一）反相求和運算R12_++R2R11ui2uoRPui1實際應(yīng)用時可適當(dāng)增加或減少輸入端的個數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。17第十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三i12iFi11R12_++R2R11ui2uoRPui1調(diào)節(jié)反相求和電路的某一路信號的輸入電阻，不影響輸入電壓和輸出電壓的比例關(guān)系，調(diào)節(jié)方便。18第十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三（二）同相求和運算實際應(yīng)用時可適當(dāng)增加或減少輸入端的個數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。-R1RF++ui1uoR21R22ui219第十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三此電路如果以u+為輸入，則輸出為：-R1RF++ui1uoR21R22ui2u+與ui1

和ui2的關(guān)系如何？注意：同相求和電路的各輸入信號的放大倍數(shù)互相影響，不能單獨調(diào)整。流入運放輸入端的電流為0（虛開路）20第二十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三-R1RF++ui1uoR21R22ui2R′左圖也是同相求和運算電路，如何求同相輸入端的電位？提示：1.虛開路：流入同相端的電流為0。2.節(jié)點電位法求u+。21第二十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三例1：單運放的加減運算電路實際應(yīng)用時可適當(dāng)增加或減少輸入端的個數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。R2_++R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6加減、比例運算電路的分析舉例22第二十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三R2_++R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6虛短路虛開路虛開路23第二十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三_++R2R1R1ui2uoR2ui1解出：單運放的加減運算電路的特例：差動放大器24第二十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三例2：雙運放的加減運算電路-RF1++ui1uo1R1ui2R2R3-RF2++uoR4ui3R5R625第二十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三例3：三運放電路uo2++A–+ARRRWui1ui2uo1ab+R1R1–+AR2R2uo+26第二十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三uo2++A–+ARRRWui1ui2uo1ab+虛短路：虛開路：27第二十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三三運放電路是差動放大器，放大倍數(shù)可變。由于輸入均在同相端，此電路的輸入電阻高。uo2uo1R1R1–+AR2R2uo+28第二十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三例：由三運放放大器組成的溫度測量電路。uoR1R1++A3R2R2++A1_+A2RRRW+E=+5VRRRRtuiRt：熱敏電阻集成化:儀表放大器29第二十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三Rt=f(T°C)uoR1R1++A3R2R2++A1_+A2RRRW+E=+5VRRRRtui30第三十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三1.它們都引入電壓負(fù)反饋，因此輸出電阻都比較小。2.關(guān)于輸入電阻：反相輸入的輸入電阻小，同相輸入的輸入電阻高。3.同相輸入的共模電壓高，反相輸入的共模電壓小。比例運算電路與加減運算電路小結(jié)31第三十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三三、微分運算電路與積分運算電路u–=u+=0uit0t0uoui–++uoRR2i1iFC若輸入：則：（一）微分運算32第三十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三i1iFtui0tuo0輸入方波，輸出是三角波。ui-++RR2Cuo（二）積分運算應(yīng)用舉例1：33第三十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三tui0tuo0U-UomTM積分時限應(yīng)用舉例2：如果積分器從某一時刻輸入一直流電壓，輸出將反向積分，經(jīng)過一定的時間后輸出飽和。思考：如果輸入是正弦波，輸出波形怎樣，請自己計算。運放實驗中請自己驗證。34第三十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三其他一些運算電路：對數(shù)與指數(shù)運算電路、乘法與除法運算電路等，由于課時的限制，不作為講授內(nèi)容。積分電路的主要用途：1.在電子開關(guān)中用于延遲。2.波形變換。例：將方波變?yōu)槿遣ā?.A/D轉(zhuǎn)換中，將電壓量變?yōu)闀r間量。4.移相。35第三十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三運算電路要求1.熟記各種單運放組成的基本運算電路的電路圖及放大倍數(shù)公式。2.掌握以上基本運算電路的級聯(lián)組合的計算。3.會用“虛開路(ii=0)”和“虛短路(u+=u–)

”分析給定運算電路的放大倍數(shù)。36第三十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三非線性應(yīng)用：是指由運放組成的電路處于非線性狀態(tài)，輸出與輸入的關(guān)系uo=f(ui)是非線性函數(shù)。由運放組成的非線性電路有以下三種情況：1.電路中的運放處于非線性狀態(tài)。++Auo比如：運放開環(huán)應(yīng)用uo運放電路中有正反饋，運放處于非線性狀態(tài)?！?.2運放的非線性應(yīng)用37第三十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三2.電路中的運放處于線性狀態(tài)，但外圍電路有非線性元件（二極管、三極管、穩(wěn)壓管等）。ui>0時：ui<0時：++AuoR1RF1RF2Duiuoui0傳輸特性38第三十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三3.另一種情況，電路中的運放處于非線性狀態(tài)，外圍電路也有非線性元件（二極管、三極管）。由于處于線性與非線性狀態(tài)的運放的分析方法不同，所以分析電路前，首先確定運放是否工作在線性區(qū)。確定運放工作區(qū)的方法：判斷電路中有無負(fù)反饋。若有負(fù)反饋，則運放工作在線性區(qū)；若無負(fù)反饋，或有正反饋，則運放工作在非線性區(qū)。處于非線性狀態(tài)運放的特點：1.虛短路不成立。2.輸入電阻仍可以認(rèn)為很大。3.輸出電阻仍可以認(rèn)為是0。39第三十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三tuiuotUZ-UZ–+AuoR1RFuiDZR+運放處于線性狀態(tài)，但外圍電路有非線性元件——穩(wěn)壓二極管。R：限流電阻。一般取100。DZ雙向穩(wěn)壓管一、限幅器5.2.2運放的非線性應(yīng)用40第四十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三另一種形式的限幅器：雙向穩(wěn)壓管接于負(fù)反饋回路上。–+AuoR1RFuiDZ+當(dāng)時，在雙向穩(wěn)壓管的作用下，當(dāng)時，雙向穩(wěn)壓管不通，運放工作在線性狀態(tài)。41第四十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三–+AuoR1RFuiUZ+uoui0+UZ+UZ傳輸特性42第四十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三uoui0+Uom-UomUR傳輸特性UR：參考電壓ui：被比較信號

++uouiUR–特點：運放處于開環(huán)狀態(tài)。當(dāng)ui>UR時,uo=+Uom當(dāng)ui<UR時,uo=-Uom

（一）若ui從同相端輸入二、電壓比較器43第四十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三++uouiURuoui0+Uom-UomUR當(dāng)ui<UR時,uo=+Uom當(dāng)ui>UR時,uo=-Uom

（二）若ui從反相端輸入44第四十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三uoui0+UOM-UOM++uoui（三）過零比較器:(UR=0時)++uouiuoui0+UOM-UOM45第四十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三++uouitui例：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲?。uot+Uom-Uom46第四十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三++uiuoui0+UZ-UZ電路改進(jìn)：用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓。++uiuoUZRR′uoUZ電壓比較器的另一種形式

——將雙向穩(wěn)壓管接在負(fù)反饋回路上47第四十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三比較器的特點1.電路簡單。2.當(dāng)Ao不夠大時，輸出邊沿不陡。3.容易引入干擾。tuiuot過零附近仍處于放大區(qū)48第四十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三（一）下行遲滯比較器分析1.因為有正反饋，所以輸出飽和。2.當(dāng)uo正飽和時(uo=+UOM)：U+3.當(dāng)uo負(fù)飽和時(uo=–UOM)：－++uoRR2R1ui參考電壓由輸出電壓決定特點：電路中使用正反饋，運放處于非線性狀態(tài)。1.沒加參考電壓的下行遲滯比較器三、遲滯比較器49第四十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三分別稱UH和UL上下門限電壓。稱(UH-UL)為回差。當(dāng)ui增加到UH時，輸出由Uom跳變到-Uom；－++uoRR2R1ui當(dāng)ui減小到UL時，輸出由-Uom跳變到Uom。傳輸特性：uoui0Uom-UomUHUL小于回差的干擾不會引起跳轉(zhuǎn)。跳轉(zhuǎn)時，正反饋加速跳轉(zhuǎn)。50第五十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三tuiUom-UomtuiUHUL例：下行遲滯比較器的輸入為正弦波時，畫出輸出的波形。－++uoRR2R1ui51第五十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期三2.加上參考電壓后的下行遲滯比較器加上參考電壓后的上下