集成运算放大器的线性应用.ppt

第5章集成运算放大器的应用{end}运放线性应用的条件和分析特点基本运算电路其他线性应用举例第5章集成运算放大器的线性应用§5.1运放线性应用的条件和分析特点一、运放的传输特性二、线性应用的条件三、线性应用的特点{end}运放线性应用的条件与特点（1）运放的传输特性uo=f(ui)0ui(mV)uo(V)++-ui1ui2uoΔA+U-U在图示运放电路中，有uo=Aod(ui2-ui1)=Aodui设电源电压为±12V，则运放最大输出电压UOM=±10V设运放Aod=104，则其传输特性如图所示-0.10.1-1010线性区非线性区非线性区结论：运放在开环状态下线性区很窄，只能工作在非线性区。理想运放则无线性区如何使运放工作在线性区呢？降低电压放大倍数如何降低电压放大倍数呢？引入负反馈结论：运放工作在线性区的条件是在电路中加入负反馈。运放线性应用的条件与特点（2）运放工作在线性状态下的两个特点RF引入负反馈设U+与U-为运放同相与反相端的电位，有uo=Aod(U+-U-)即：U+-U-=uo/Aod因为对于理想运放有Aod=∞，所以U+=U-虚接++-ui1ui2uoAoduidridro-uid++-U-U+uoΔARFI-I+I-I+设I+与I-为运放同相与反相端的输入电流，因为对于理想运放有rid=∞，所以I+=I-=0虚断{end}分析运放组成的线性电路的出发点•虚接•虚断•放大倍数与负载无关，可以分开分析。0iIuuu+uo_++u–Ii信号的放大、运算有源滤波电路运放线性应用第5章集成运算放大器的线性应用§5.2基本运算电路反相比例运算电路同相比例运算电路{end}二、加减运算电路反相加法运算电路同相加法运算电路减法运算电路一、比例运算电路三、积分与微分运算电路积分运算电路微分运算电路比例运算电路（1）实现将输入信号按比例放大的电路，称为比例运算电路反相比例运算同相比例运算-----实现运算uo=-kui-----实现运算uo=+kui1、反相比例运算电路(InvertingAmplifier)++-Δ∞R1Rfui+-R’-u0+电路结构特点Rf引入深度负反馈该反馈为何种组态？输入信号加入反相端平衡电阻R’=R1//RF实现将信号放大并进行运算的电路,称为运算电路。比例运算电路（2）参数计算因为I-=0，所以i1=if即，foiRuURUu1又因为U-=U+=R’I+=0所以，foiRuRu1即电压放大倍数1RRuuAfiouf输入电阻11Riuriif因为电路引入电压负反馈，输出电阻ro=0若输出端加负载，uo改变吗？则实现运算：ifouRRu1虚地++-Δ∞R1Rfui+-R’-u0+i1ifI-_++RFR1RPuiuoi1i2i-i+例.R1=10k,RF=20k,ui=-1V。求:uo，RP应为多大？Auf=-（RF/R1）=-20/10=-2uo=Aufui=(-2)(-1)=2VRP=R1//RF=10//20=6.7k反相比例运算电路举例反相比例电路的特点：1.共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低。2.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。1.由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。2.在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。优点缺点输入电阻小、共模电压为0以及“虚地”是反相输入的特点。比例运算电路（3）2、同相比例运算电路(NoninvertingAmplifer)++-Δ∞R1Rfui+-R’-u0+电路结构特点Rf引入深度负反馈输入信号加入同相端平衡电阻R’=R1//RF该反馈为何种组态？i1ifI-参数计算因为I-=0，所以i1=if即:foRuURU10，又因为U-=U+=ui所以，foiiRuuRu1即电压放大倍数11RRuuAfiouf则实现运算：ifouRRu)1(1比例运算电路（4）++-Δ∞R1Rfui+-R’-u0+i1ifI-输入电阻0iiifuIur因为电路引入电压负反馈，输出电阻ro=0当Auf=1时，称为电压跟随器(VoltageFollower)。ui++-Δ∞RfR’u0ui++-Δ∞u0此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。_++RFRfRPuiuoiFif例题.Rf=10k,RF=20k,ui=-1V。求:uo，RP应为多大？uo=Auui=(3)(-1)=-3VRP=Rf//RF=10//20=6.7kAuf=1+=1+20/10=3RFRf同相比例运算电路举例同相比例电路的特点：1.共模输入电压为ui，因此对运放的共模抑制比要求高。1.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。2.由于串联负反馈的作用，输入电阻大。优点缺点比例运算电路（5）iuRRRU323分析图示电路输出电压u0与输入电压ui的关系++-Δ∞R1Rfui+-R2-u0+R3i1ifI-因为I-=0，所以i1=if即:foRuURU10又因为U-=U+所以:foRuURU1则：URRufo)1(1U+=？I+因为I+=0，所以R2，R3串联iffouRRRRRURRu32311)1()1(比例运算电路（6）URRufo)1(123221323iiuRRRuRRRU{end}分析图示电路输出电压u0与输入电压ui的关系++-Δ∞R1Rfui1R2-u0+R3ui2U+=？叠加原理节点电压R3R2ui2ui1+--+U+32322111RRRuRuUiiuo_++R2R1RPuiR4R3i1i2i4i3M0uui1=i2虚接虚断)2(R1R1R1Ruv4324oM)1(RuiRvi1i12M2虚断比例运算电路综合举例例3：求Auf=?)(1RRRRRRA342412ufR2uO1i1i2i3i4R1ui1u0R3ui2++-Δ∞++-Δ∞RRR4例:运放运算电路如图所示，导出的表达式。i2i1ou,ufu加/减运算电路反相加法器同相加法器减法器加减器实现将若干个输入信号之和或之差按比例放大的电路，称为加/减运算电路。加法与减法运算电路（1）反相加法器(SummingAmplifer)++-Δ∞R1Rfui1R’u0R2R3ui2ui3i1i2i3if电路结构特点Rf引入深度负反馈输入信号均加入反向端平衡电阻R’=R1//R2//R3//Rf输入输出关系计算因为I-=0，所以i1+i2+i3=if即:foiiiRuRuRuRu0332211又因为U-=U+=R’I+=0若取R1=R2=R3=R，则)(321iiifouuuRRu则实现运算：332211RuRuRuRuiiifoI-=0加法与减法运算电路（2）反相加法器的特点：1.实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。2.由于”虚地”的特点,调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响其他输入电压和输出电压的比例关系,调节方便。加法与减法运算电路（2）URRufo)1(同相加法器++-Δ∞R1Rfui1Ru0R2R3ui2ui3i1i2i3ifiU+U-电路结构特点Rf引入深度负反馈输入信号均加入同向端输入输出关系计算因为I+=0，所以i1+i2+i3=0即:0332211RUuRUuRUuiii又因为在同相比例器中有:332211321)////(RuRuRuRRRUiii则实现运算：332211)1(RuRuRuRRRuiiiPfoI+=0整理得:RP=R1//R2//R3同相加法器的特点：1.实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。2.同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。加法与减法运算电路（4）3.由于存在共模电压，对输入电压及运放的共模抑制比要求较高。加法与减法运算电路（3）11ifouRRuURRufo)1(123231)1(ifuRRRRR减法器(DifferenceAmplifer)++-Δ∞R1Rfui2R2u0ui1R3U+U-----输入信号同时加入反相端与同相端ui1单独作用++-Δ∞R1Rfui2R2u0ui1R3U+U-=0ui2单独作用++-Δ∞R1Rfui2R2u0ui1R3U+U-0=所以:ooouuu若取R1=R2、R3=Rf则)(121iifouuRRu{end}若取R1=R2、R3=Rf则)(121iifouuRRu差动放大器oui11fuRR23231)1(ifuRRRRR加法与减法运算电路（6）例.R1=10k,R2=20k,ui1=-1V，ui2=1V。求:uouo_++R1R1R2ui1_++ui2_++R2R1RPuo=(uo2-uo1)=(20/10)[3-(-1)]=8VR2R1uo1=ui1=-1Vuo2=ui2(1+R2/R1)=3VR2加法与减法运算电路（7）加减器++-∞R2Rfui3R3u0ui2R’U+U-Δui1R1ui4R4----多个输入信号同时加入反相端与同相端例2：设计一个加减运算电路,选用的电阻在100~100K,使uo=10ui1+8ui2-20ui3解:(1)画电路:系数为负的信号从第二级反相端输入，系数为正的信号从第一级反相端输入。加法与减法运算举例-RF1++ui1uo1R1ui2R2R3-RF2++uoR4ui3R5R6-RF1++ui1uo1R1ui2R2R3-RF2++uoR4ui3R5R625461213FFR//R//RR,R//R//RR)(221111RuRuRuiiFo53221141253412)()(RuRuRuRRRRuRuRuiiiFFioFo加法与减法运算举例(2)1.它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小。2.关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。3.同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。比例运算电路与加减运算电路小结积分与微分运算（1）1、积分运算电路(Integrator)++-Δ∞R1Cui+-R’-u0+----电容C引入深度负反馈i1icI-在图示电路中,因为I-=0，所以i1=ic又因为U-=0,所以11RuiidtudCdtduCiocc)0(uc则dtduCRuoi1，对该式积分，有：dtuRCuio1若设电容上电压初始值为uc(0)，则dtiCuutcco1dtiCdtiCtcc0011dtuRCutic01)0(dtuRCutio01)0(Δ积分电路的主要用途：1.在电子开关中用于延迟。2.波形变换。例：将方波变为三角波。3.A/D转换中，将电压量变为时间量。4.移相。积分与微分运算（2）积分与微分运算（2）dtuRCuutico01)0(tdtt2)2(1011011063mstmsttuo510502例：设积分电路中，uc(0)=0，运放输出U0M=10V。试求：（1）当C=1uF，R1分别为1kΩ和2kΩ，输入为阶跃信号时，uo=?（2）设R1C=10mS，输入为矩形脉冲，uo=?解：（1）当R1=1kΩ时，0-2ui(V)t(mS)510则，t(mS)010u0(V)510当R1=2kΩ时，同理有mstmsttuo1010100结论：RC的大小决定积分的速度，称为时间常数积分与微分运算（3）dtuRCuutico01)0(tdtt2.0)2(1010103dt