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12運算放大器授課人:莊友誼模擬電子技術(shù)22運算放大器§2.1集成電路運算放大器§2.2理想運算放大器§2.3基本線性運放電路§2.4同相輸入和反相輸入放大電路的其他應(yīng)用3§2.1集成電路運算放大器1.集成電路運算放大器的內(nèi)部組成單元:

將整個放大電路做在同一個半導(dǎo)體基片上,具有性能穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小的優(yōu)點。v-v+輸入級差分放大中間級電壓放大輸出級功率放大偏置電路vo原理框圖:vo=AVo·

(v+-v-)4運放符號:+-v-v+

vo-+

v-

v+

vo

Ao

運算放大器的符號中有三個引線端,兩個輸入端,一個輸出端。一個稱為同相輸入端,即該端輸入信號變化的極性與輸出端相同,用符號‘+’表示;另一個稱為反相輸入端,即該端輸入信號變化的極性與輸出端相反,用符號“-”表示。輸出端在輸入端的另一側(cè),在符號邊框內(nèi)標(biāo)有‘+’號。5運算放大器外形圖62.運算放大器的電路模型:+-v-v+voriroAvo(v+-v-)

+-(1)開環(huán)電壓放大倍數(shù)Avo:Avo≥104,甚至更大,理想為

(2)輸入電阻Ri:Ri≥106Ω

,甚至更大,理想為

。(3)輸出電阻Ro:

Ro≤100Ω甚至更小,理想為0。7vivo+UOM-UOM

Ao越大,運放的線性范圍越小,必須在輸出與輸入之間加負反饋才能使其擴大輸入信號的線性范圍。例:若UOM=12V,Ao=106,則|vi|<12

V時,運放處于線性區(qū)。線性放大區(qū)輸出電壓vo不可能超過正、負電源值+-v-v+

vo8§2.2理想運算放大器+-v-v+voriroAvo(v+-v-)

+-(1)開環(huán)電壓放大倍數(shù)Avo:Avo≥104,甚至更大,理想為

(2)輸入電阻Ri:Ri≥106Ω

,甚至更大,理想為

。(3)輸出電阻Ro:

Ro≤100Ω甚至更小,理想為0。9

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行。虛開路運放工作在線性區(qū)的特點1、在分析信號運算電路時對運放的處理102、分析運放組成的線性電路的出發(fā)點虛短:虛斷:放大倍數(shù)與負載無關(guān),可以分開分析。信號的放大、運算有源濾波電路運放線性應(yīng)用+-v-v+

vo11§2.3基本線性運放電路一、同相比例運算電路:結(jié)構(gòu)特點:負反饋引到反相輸入端,信號從同相端輸入。ViRf

Rp

R1I1IfVo12ii同相比例電路的特點:1.由于電壓負反饋的作用,輸出電阻小,可認為是0,因此帶負載能力強。2.由于串聯(lián)負反饋的作用,輸入電阻大。ViRf

Rp

R1I1IfVo13此電路輸入電阻大,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。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。ViRf

Rp

VoViVo輸出跟隨輸入變化輸入電阻大特點:AV=114二、反相比例運算電路結(jié)構(gòu)特點:負反饋引到反相輸入端,信號從反相端輸入。ViRf

Rp

R1I1IfVo15電路的輸入電阻:

為保證一定的輸入電阻,當(dāng)放大倍數(shù)大時,需增大Rf,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。ViRf

Rp

R1I1IfVo16反相比例電路的特點:1.輸出電阻小,可認為是0,因此帶負載能力強。2.輸入電阻小,因此對輸入電流有一定的要求。3.在放大倍數(shù)較大時,該電路結(jié)構(gòu)不再適用。例:求Au=?ViRf1

RpR1I1If1VoRf2

Rf3

v由虛短和虛斷的性質(zhì),可得:18§2.4同相輸入和反相輸入放大電路的其他應(yīng)用2.4.1求差電路Vi1R4

R3R1I1I4VoVi2R2由虛短和虛斷的性質(zhì),可得:Rf2

Rf2R2I1If2VoVi2R2Vi1Rf1

Rp1R1I1If1Vo1例:202.4.2儀用放大器R4

R4R2vov2R2v1R3

R3R1iR2vR1=v1–v2

v3v4vn3vp3iR2iR1由虛短和虛斷,可得:212.4.3求和電路VoVi1Rf

Rp

R1I1IfVi2R2I2由虛短和虛斷的性質(zhì),可得:

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。

此電路如果以u+為輸入,則輸出為:-R1RF+ui1uoR21R22ui2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)同相求和運算:23-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+。24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_+

R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6R2_+

R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6由虛短和虛斷的性質(zhì),可得:26優(yōu)點:元件少,成本低。缺點:要求R1//R2//R5=R3//R4//R6。阻值的調(diào)整計算不方便。單運放的加減運算電路改進:采用雙運放電路。27例:設(shè)計一個加減運算電路,RF=240k

,使uo=10ui1+8ui2-20ui3解:(1)畫電路:

系數(shù)為負的信號從反相端輸入,系數(shù)為正的信號從同相端輸入。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3(2)求各電阻值:-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3uo=10ui1+8ui2-20ui3對稱性要求29雙運放的加減運算電路-RF1+ui1uo1R1ui2R2R3-RF2+uoR4ui3R5R6302.4.4積分電路和微分電路viC

Ri

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