第七章集成运放应用(2-7).

R1R2R3R4R5R6R7R8RL+Us-++C1C2T1T2T3+Uo-UCC基本放大器A反馈网络FXoXfXiX’iAf+-反馈放大器Af第五章集成运算放大器的应用电路集成运算放大器的符号、模型和电压传输特性集成运算放大器的线性应用基本运算电路典型应用电路集成运算放大器非线性应用电压比较器张弛振荡器1/175.1集成运放的符号、模型和电压传输特性5.1.1集成运算放大器的符号一、基本符号二、实际应用符号2/17uoui++-uidui-+-uoui+uidui-+-uoui+uidui-+UCC-UEE或(公共地)+-uo1ui+uidui-+UCC-UEEuo25.1集成运放的符号、模型和电压传输特性5.1.2集成运算放大器的电路模型一、实际模型Auo→有限Ro→非零Ri→有限Ii+=Ii-→非零二、理想模型Auo→∞Ro→0Ri→∞Ii+=Ii-→03/17uoui++uid-ui-ui1ui2Ri+-Auo(ui+-ui-)Ro+-Ii+Ii-+-uoui++uid-ui-ui1ui2+-Auo(ui+-ui-)5.1集成运放的符号、模型和电压传输特性5.1.3集成运算放大器的电压传输特性一、实际传输特性Uom→最大输出幅值(≈UCC)Auo→有限：线性区特性斜率；很大→线性区很窄(µV)；例如：F007的开环增益Auo=100dB，Uom=10V，则线性区输入范围2(uid)max=2(ui+-ui-)max=2Uomax/Auo=200µV若Auo=140dB(如OP-177)，则2(uid)max=2Uomax/Auo=2µV4/17+-uoui+uidui-+UCC-UCC+Uom-Uom线性区Ouiduo限幅区限幅区同相传输特性Auo(ui+-ui-)5.1集成运放的符号、模型和电压传输特性二、电路分析条件1、线性应用引入深度负反馈，由电路自动限制uid在线性区内。电路条件：虚短：uid=0，或ui+=ui-虚断：Ii+=Ii-=02、非线性应用无负反馈，一般开环或正反馈，电路主要工作在限幅区。无虚短、虚断条件。Ii+=Ii-≈05/17+-uoui-uidui++UCC-UCC+Uom-UomOuiduo线性区Auo(ui--ui+)Ii+Ii-反相传输特性限幅区限幅区5.2.1并联电压负反馈电路一、基本电路虚短：U-=U+=0，则虚断：Iid=0，则Ii=If所以二、电压传输特性闭环增益减小，线性输入动态范围扩展；不失真输出动态范围不变。5.2集成运放构成的基本负反馈放大电路6/17IiIidIf1iiRUIfofRUIi1foURRU1fufRRAuo+Uom-UomOuidAuoAuf反相比例放大器uiRf+-R1UoUiRp=R1//Rf直流平衡电阻5.2集成运放构成的基本负反馈放大电路5.2.2串联电压负反馈电路一、基本电路虚短：U-=U+=Ui，虚断：Iid=0，则所以二、电压传输特性闭环增益减小，线性输入动态范围扩展；不失真输出动态范围不变。7/17+-RfR1IidUoUi1fuf1RRAi1fo1URRU同相比例放大器of11iURRRUU+Uom-UomOuiduoAuoAufui5.3集成运放构成的基本运算电路5.3.1比例运算放大器一、同相比例运算放大器1、功能：2、性能电压放大倍数：输入电阻：极高，理想→∞输出电阻：极小，理想→08/17+-RfR1UoUi1fuf1RRAi1fo1URRU+-UoUi≥1电压跟随器5.3集成运放构成的基本运算电路例：运放的开环增益Auo=100dB，输入电阻Rid=1MHz，输出电阻Ro=100Ω。Rf=99R1，则电压放大倍数：反馈深度输入电阻：输出电阻：电压跟随器：9/17+-RfR1UoUi+-UoUi电压跟随器uuouuouuuououf111FAFAFFAAA9.99)999.0(10010011uuoFA1.0)1/(uuooofFARR001.0)1/(uuooofFARRM10001iduuoifRFARM1015iduuoifRFAR5.3集成运放构成的基本运算电路二、反相比例运算放大器1、功能：2、性能电压放大倍数：输入电阻：Rif→R1密勒阻抗：Z1=Rf/(1+Auo)则R’if=Z1//Ri≈Z1故Rif=R1+R’if=R1+Z1//Ri≈R1输出电阻：Rof→010/171fufRRAi1foURRURifR’if+-Z1R1UoUi+-RfR1UoUi+-R1Ui例5.3.3如图所示电路，试问：1、运放A1、A2各是什么功能？2、求输出电压Uo与输入电压Ui的关系式。解：1、A1构成反相比例放大器，电路等效为(a);A2构成同相比例放大器，电路等效为(b);2、11/17R3R1+-R7UoUi+-R2R4R5R6RLA1A2Uo1R1Ui+-A1Uo1R3(a)+-A2UoR7(b)Uo1R5//R6i13o1URRUo1657o//1URRRUi65713//1URRRRR5.3集成运放构成的基本运算电路例5.3.4图示运放组成的反相比例放大器，求输入信号分别为ui1=1sinωt(V)和ui2=2sinωt(V)时的输出波形图。解：1、2、12/17iii12o8k2k16uuuRRui1o18uu)V(sin16ttsin18i2o28uu)V(sin8ttsin28ωtui/VOui1ui2uo2ωtOuo/Vuo1812-8-12R1ui+-AuoR212V-12V2kΩ16kΩ5.3集成运放构成的基本运算电路1216V5.3集成运放构成的基本运算电路5.3.2相加器电路一、反相相加器虚短：虚断：所以若R1=R2=…=Rn，则：13/17Rnuin...Rfui1+-AuoR2R1ui2i1i2if1i11Rui1i22RuifofRui21fiii2i21i1foRuRuRui22fi11fouRRuRRuini2i11fo...uuuRRu各信号源之间相互独立innfi22fi11fo...uRRuRRuRRu0UU5.3集成运放构成的基本运算电路一、同相相加器虚短：虚断：所以若R1=R2，则：14/17Rui1+-AuoRfR2R1ui2R3i231231i132132////////uRRRRRuRRRRRUUUofuRRRUi231231i132132fo////////1uRRRRRuRRRRRRRu信号源之间相互影响i2i131131fo////1uuRRRRRRRu5.3集成运放构成的基本运算电路5.3.3相减器电路虚短：虚断：所以若R3/R1=R4/R2，则：通常取R1=R2=R3=R4，则：15/17+-Auo2R4R2R1ui2R3ui1+-AuoR4R2R1ui2R3i1313uRRRUUUo422i2424uRRRuRRRUi2424i131313o1uRRRuRRRRRui2i124ouuRRui2i1ouuuui1+-Auo1R4R2R1R3差分放大器5.3集成运放构成的基本运算电路例5.3.6称重放大器如图所示，压力传感器中的惠更斯电桥由压敏电阻Rx和三个等值电阻R组成，压力(重量)为零时，Rx=R，uA=uB，则相减器输出uo=0。当重量不为零时，Rx≠R，uA≠uB，相减器输出uo随Rx变化。试求，二者变化关系？16/17A+-AuoR2R1R1BR2ErRRRRx激励源压力传感器相减器ErRRxBRRAErA'R'AuB'Bu'xRRRRxx//'2/'RR2/r'AEur'BERRRuxx5.3集成运放构成的基本运算电路通常须保证R1R’，R1R’x，则可见，当Rx=R时，uo=0，Rx≠R时，uo随Rx变化。17/17A+-AuoR2R1R1BR2相减器'R'Au'Bu'xRRRRxx//'2/'RR2/r'AEur'BERRRuxx'B'12'A'1221'2o1uRRRuRRRRRRRuxxr12r12'B'A12o221ERRRRRRRRRERRuuRRuxxxx作业：5-15-35-45-95.3集成运放构成的基本运算电路5.3.4积分器电路虚短：虚断：i=iC1、时域分析所以2、频域分析幅频特性：1/160UU+-AuoCRuiiiCRtuti)()(iRtuttuC)(d)(diottuRCtutd)(1)(0iottuCttuCtid)(dd)(d)(oCCRUI)j()j(iCUIj/1)j()j(oC)j(j1)j(ioURCURCUUAj1)j()j()j(ioufRCA1)j(uf90)j(相频特性：uC(t)+-5.3集成运放构成的基本运算电路2/16+-AuoCRuiiiCωO|Auf(jω)|RC1ωO)j(-90°+-AuoCRui2RCui1tuuRCtutd1)(0i2i1o差动积分器5.3集成运放构成的基本运算电路例5.3.7图示电路，当t=0~t1(1s)、t1(1s)~t2(3s)和tt2(3s)时，开关S分别接a点、b点和c点。已知初始电压uC(0)=0V，试画出输出电压uo(t)的波形图。解：1、S接a点，ui=0，uo=0；2、S接b点，ui=E1=2V，3、S接c点，ui=E2=-3V，3/16+-AuoCRui+15V-15VSabcE1E22V3Vt/s15Ou(t)/V123456789V4F10100k2sV2μ-410µF100kΩ2121112od1)(tttttRCEtERCtu)(d1)(2o2xox2tutERCtutt15VV4V32xttRCtx≈9.33suoui5.3集成运放构成的基本运算电路5.3.4微分器电路虚短：虚断：i=iC1、时域分析所以2、频域分析幅频特性：4/160UUi+-AuoCRuiiCRtuti)()(oRtuttuC)(d)(doittuCttuCtid)(dd)(d)(iCCRUI)j()j(oCUIj/1)j()j(iC90)j(ttuRCtud)(d)(io)j(j)j(ioRCUURCUUAj)j()j()j(ioufRCA)j(uf相频特性：uC(t)+-5.3集成运放构成的基本运算电路5/16ωO|Auf(jω)|RC1ωO)j(+90°积分器和微分器用于波形变换ui(t)OtOuo(t)tOuo(t)t积分器微分器5.3集成运放构成的基本运算电路积分器和微分器的比较：1、微分器具有高通频率特性，高频增益大，对输入信号要求较高，例如，对高频干扰信号敏感；输入含有较大的跳变时，易导致运放饱和等。故微分器的应用受到很多限制。2、积分器具有低通特性，高频增益小，对高频干扰信号具有抑制作用等，应用较广。并且可代替微分运算。例如，解微分方程转换成积分得到6/16)()(2d)(d10d)(diooo2tututtuttuttuttututtud)(2d)(d10)(d)(dooiottuttuttutud)(10d)(2d)()(ooio5.3集成运