第二章運(yùn)算放大器.ppt

1、第二章 運(yùn)算放大器,概述,實(shí)際運(yùn)放的電壓傳輸特性(了解)：,設(shè)：電源電壓VCC=10V。 運(yùn)放的AVO=104,Ui1mV時(shí)，運(yùn)放處于線性區(qū)。,AVO越大，線性區(qū)越小， 當(dāng)AVO時(shí)，線性區(qū)0,概述,1.理想運(yùn)算放大器：,開環(huán)電壓放大倍數(shù) AV0= 差摸輸入電阻 Rid= 輸出電阻 R0=0,第二章 運(yùn)算放大器,為了擴(kuò)大運(yùn)放的線性區(qū)，給運(yùn)放電路引入負(fù)反饋：,理想運(yùn)放工作在線性區(qū)條件 電路中有負(fù)反饋！,運(yùn)放工作在線性區(qū)分析方法虛短（UP=UN） 虛斷（iP=iN=0）,2. 線性區(qū),1.理想運(yùn)算放大器：,第二章 運(yùn)算放大器,3. 非線性區(qū)（正、負(fù)飽和輸出狀態(tài)）,運(yùn)放工作在非線性區(qū)的條件： 電路開環(huán)

2、工作或引入正反饋！,運(yùn)放工作在非線性區(qū)的分析方法在第九章討論,2. 線性區(qū),1. 理想運(yùn)算放大器：,第二章 運(yùn)算放大器,2.3 基本線性運(yùn)放電路,三種基本組態(tài),1.反相比例運(yùn)算電路,輸出與輸入反相,虛短,虛斷,平衡電阻,Rf=R1,特例,R2,反號(hào)器,Vo=-Vi,三種基本組態(tài),1.反相比例運(yùn)算電路,例1. R1=10k , Rf=20k , Vi =-1V。求:Vo,AV= -（Rf / R1）= -20/10= -2,Vo= AV Vi=(-2)(-1)=2V,特點(diǎn)： 反相端虛地，故共模輸入可視為0，對(duì)運(yùn)放共模抑制比要求低 輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng) 要求放大倍數(shù)較大時(shí)，反饋電阻阻值高，穩(wěn)定

3、性差。 如果要求放大倍數(shù)100，R1=100K，Rf=10M,2.3 基本線性運(yùn)放電路,2.同相比例運(yùn)算電路,輸出與輸入同相,虛短,虛斷,特例,R1=,Vo=Vi,電壓跟隨器,2.3 基本線性運(yùn)放電路,2.同相比例運(yùn)算電路,例2. R1=10k , Rf=20k , Vi =-1V。求:,Vo= Av Vi=(3)(-1)= -3V,特點(diǎn)： 輸入電阻高，輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)（P30 圖2.3.3） V-=V+=Vi，所以共模輸入等于輸入信號(hào)，對(duì)運(yùn)放的共模 抑制比要求高,2.3 基本線性運(yùn)放電路,3.差分式放大電路,虛短,虛斷,2.3 基本線性運(yùn)放電路,3.差分式放大電路,疊加定理,特例,減

4、法器,當(dāng),則,若繼續(xù)有,則,Vi1單獨(dú),Vi2單獨(dú),2.3 基本線性運(yùn)放電路,(VS VK ) /R1 = (VK 0) /R2 + (VK VN) /R3,(VK VN ) /R3 = (VN VO) /Rf,VO =-2.5Vs,2.3 基本線性運(yùn)放電路,例1：求電路的電壓放大倍數(shù)Avf,例2：求電路的電壓放大倍數(shù)Avf,2.3 基本線性運(yùn)放電路,(VN1 VN2 ) = (V3 V4) */(R1 /(2*R2 +R1),VO= -V3*(R3 / R4)+V4*(R4 / (R3+R4 )*(R4/R3 +1),2.3 基本線性運(yùn)放電路,運(yùn)算電路,根據(jù)虛短、虛斷得：,若,則有,4. 加

5、法電路,疊加定理,反相放大器派生,同相放大器派生？,2.3 基本線性運(yùn)放電路,例:設(shè)計(jì)一加減運(yùn)算電路,設(shè)計(jì)一加減運(yùn)算電路，使 Vo=2Vi1+5Vi2-10Vi3,解：用雙運(yùn)放實(shí)現(xiàn),如果選Rf1= Rf2 =100K，且R4= 100K,則：R1= 50K R2= 20K R5= 10K,平衡電阻 R3= R1/ R2/ Rf1= 12.5K,R6= R4/ R5/ Rf2= 8.3K,2.3 基本線性運(yùn)放電路,T型網(wǎng)絡(luò)反相比例運(yùn)算電路,當(dāng)R3=時(shí),0,1. 積分電路,式中，負(fù)號(hào)表示vO與vS在相位上是相反的。,“虛短”,“虛斷”,設(shè)電容器C的初始電壓為零，則,（積分運(yùn)算）,2.4 基本線性運(yùn)

6、放電路,應(yīng)用舉例：,輸入方波，輸出是三角波。,2.4 基本線性運(yùn)放電路,2.4 基本運(yùn)算電路,了解,了解,2.4 基本線性運(yùn)放電路,P39 例2.4.3,例 已知： vc (0)=0 ,畫輸出電壓波形。例2.4.3,解:(1) t: 0t1,vo (t1)=8V,(2) t: t1t2,vo (t2)=0V,4.微分運(yùn)算電路,若輸入：,則：,應(yīng)用舉例：,輸入方波，輸出是尖頂波,應(yīng)用舉例2：,輸入正弦波,輸出余弦波 滯后90,實(shí)用微分運(yùn)算電路 (與習(xí)題P51 2.4.12大致相同),限制輸入電流,限制輸出電壓,補(bǔ)償電容，提高穩(wěn)定性,逆函數(shù)型微分運(yùn)算電路,利用積分運(yùn)算電路來(lái)實(shí)現(xiàn)微分運(yùn)算電路,同相積

7、分運(yùn)算電路,同相積分運(yùn)算電路,調(diào)節(jié)器電路,2.4 基本運(yùn)算電路,其中，IES 是發(fā)射結(jié)反向飽和電流，vO是vS的對(duì)數(shù)運(yùn)算。,BJT的發(fā)射結(jié)有,利用虛短和虛斷，電路有,當(dāng) 時(shí)，,3. 對(duì)數(shù)運(yùn)算電路,利用PN結(jié)的指數(shù)特性實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)運(yùn)算,2.4 基本運(yùn)算電路,vO是vS的反對(duì)數(shù)運(yùn)算（指數(shù)運(yùn)算）,4. 反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路,利用虛短和虛斷，電路有,要求,2.4 基本運(yùn)算電路,5. 乘法電路,根據(jù)兩數(shù)相乘的對(duì)數(shù)等于兩數(shù)的對(duì)數(shù)之和 ，,2.4 基本運(yùn)算電路,設(shè)計(jì)思考題討論,1、vo= -10vS1且Ri =10K,2、vo= 2 vS1 5 vS2,由同相求和電路及反號(hào)器構(gòu)成：,由反相求和電路及反號(hào)器構(gòu)成：,由一

8、個(gè)運(yùn)放構(gòu)成：,vo= 2 vS1 5 vS2,3、vo= 6vS1 5 vS2 3 vS3,由一個(gè)運(yùn)放實(shí)現(xiàn)：,由二個(gè)運(yùn)放實(shí)現(xiàn)：,對(duì)于差放有：,1.基本原理,2.5 模擬乘法器電路P295,2.5 模擬乘法器電路,2、模擬乘法器符號(hào),K為比例因子，一般為正。,3、乘法運(yùn)算,2.5 模擬乘法器電路,4、乘方和立方運(yùn)算,2.5 模擬乘法器電路,5、除法運(yùn)算,根據(jù)虛端虛斷有：,Vo與vx1、vx2之商成比例，實(shí)現(xiàn)了除法運(yùn)算,只有當(dāng)vx2為正極性時(shí)，才能保證運(yùn)放處于負(fù)反饋狀態(tài),vx1則可正可負(fù),2.5 模擬乘法器電路,6、開平方運(yùn)算電路,根據(jù)虛端虛斷有：,只有當(dāng)vX為負(fù)值時(shí)才能開平方,圖中的二極管即為保

9、證這一點(diǎn)而接入的,2.5 模擬乘法器電路,7、開立方運(yùn)算電路,根據(jù)虛端虛斷有：,當(dāng)vX為正值時(shí)，vO為負(fù)值,當(dāng)vX為負(fù)值時(shí)，vO為正值。,本章小結(jié),1集成運(yùn)放可以構(gòu)成加法、減法、積分、微分、對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)等多種運(yùn)算電路。在這些電路中，均存在深度負(fù)反饋。因此，運(yùn)放工作在線性放大狀態(tài)。這時(shí)可以使用理想運(yùn)放模型對(duì)電路進(jìn)行分析，“虛短”和“虛斷”的概念是電路分析的有力工具。 2對(duì)于精度要求高的運(yùn)放電路，需要考慮實(shí)際運(yùn)放參數(shù)的影響。由于運(yùn)放的開環(huán)電壓增益、輸入電阻、輸出電阻、共模抑制比及各種失調(diào)量等都不是理想值，它們必然要給電路帶來(lái)誤差。對(duì)這種電路的誤差分析，應(yīng)根據(jù)電路的具體情況，選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)放模型。 3集成模擬乘法器是一種重要的模擬集成電路，在信號(hào)處理和頻率變換方面得到了廣泛的應(yīng)用。乘法器內(nèi)部電路較為復(fù)雜，對(duì)生產(chǎn)工藝的要求也較高。熟練掌握這種器件在各種運(yùn)算電路中的使用方法，是要求的重點(diǎn)。,習(xí)題,2.1.