2运算放大器[1]-2教学资料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2运算放大器1 2,集成电路运算放大器（,集成运放,）是模拟集成电路中应用极为广泛的一种电子器件。,它采用一定制造工艺将大量,半导体三极管,、,电阻,、,电容,等元件及,连线,制作在同一小块,单晶硅,的,芯片,上，并具有一定功能的,电子电路。,它不仅用于信号的,运算,、,处理,、,变换,、,测量,、,信号产生,电路，还可用于,开关,电路。,集成运放,本身具有,非线性,的特性，但一般都将它作为,线性电路,的器件，很容易用来设计各种应用电路。,2.1,集成电路运算放大器,1.,运放的内部组成单元：,P,N,差分式放大电路,对称性,一级或多级放大电路,提高电压增益,输入级,中间级,输出级,功率放大电路,电压增益为,1,，向负载提供足够功率,O,以正、负电源的中间接点作为参考点位点,国际符号：,国内符号：,集成运放的特点：,电压增益高,输入电阻大,输出电阻小,集成运算放大器,(,operational amplifier,),符号,同相输入端,反相输入端,输出端,V,V,V,o,+,A,p,N,v,v,v,v,N,P,v,o,v,2.1,集成电路运算放大器,2.,运放的电路模型,P,N,输入电阻模拟输入端口,输出电阻与受控源模拟输出端口,电源是运放必须的能源,电源中间接点为参考电位点,将运算放大器看作一个简化的具有端口特性的,标准,器件，用一个包含,输入端口,、,输出端口,和,供电电源端,的电路模型来代表,正饱和,线性区,负饱和,输出电压的正、负极限值,实际,输出电压的变化范围是？,为什么,ab,段几乎是一条,垂直,于横坐标的,直线,？,容易导致运放的性能,不稳定,，为使运放组成的各种应用电路稳定地工作在,线性区,，须引入,负反馈,输出电压,正比,于输入电压,2.,运放的电压传输特性,例,2.1.1,P,N,2.2,理想运算放大器,运放进入饱和区,运放工作在线性区,2.2,理想运算放大器,按功能分类,按工作区域分类,放大,信号传递,A,V,、,A,I,、,A,R,（,V/I,）、,A,G,（,I/V,）,运算,处理,滤波、整流、取样保持、绝对值,比较,判断电压大小（第,9,章）,信号产生,正弦、方波、三角波（第,9,章）,线性应用,(,虚短、,虚断,),非线性应用,(,虚断,),2.3,基本线性运放电路,同相输入,和,反相输入,放大电路是运算放大电路的基础。如无特殊说明，运放视为,理想运放。,为使运放组成的各种应用电路稳定地工作在线性区，电路中必须引入负反馈。,2.3.1,同相放大电路,2.3,基本线性运放电路,1.,基本电路,输入信号电压加在同相端与地之间,输出电压通过分压作用于反相输入端,由输出电压经过,反馈元件,R,1,、,R,2,送回到反相输入端，又称,v,n,为,反馈电压,v,f,2.3,基本线性运放电路,2.,负反馈的基本概念,v,id,=,v,i,-,v,f,=,v,p,-,v,n,比无反馈时,减少,电压增益,A,v,=,v,o,/,v,i,也,减小,根据反馈的定义，此时引入的是,负反馈,负反馈,作用是,输出信号,v,o,通过,反馈通路,（,R,1,、,R,2,）得到,反馈信号,v,f,引回到输入回路与,输入信号,v,i,做,比较,，起到自动调整作用，最后达到输出稳定平衡。,3.,虚假短路,深度负反馈,的条件下，运放工作在,线性区,时有：,由,理想,运放的参数可知：,两输入端的电位约相等，称为,虚短,两输入端的电流约为零，称为,虚断,虽然不是严格的物理定义，但是在分析,线性放大电路,时会非常方便,Q,：运放什么状态下存在“,虚短,”？什么情况下存在“,虚断,”？,2.3,基本线性运放电路,4.,几项技术指标的近似计算,（,1,）电压增益,A,v,由虚短：,由虚断：,i,v,闭环电压增益,A,v,只取决于反馈电路元件值，与运放本身参数无关。,2.3,基本线性运放电路,（,2,）输入电阻,R,i,由输入电阻的定义：,由虚断：,即便考虑运放为,非理想,运放这个因素，,R,i,也可达,10,9,i,v,2.3,基本线性运放电路,（,3,）输出电阻,R,o,由求输出电阻的方法：,2.3,基本线性运放电路,5.,电压跟随器,输出电压等于反馈电压,由虚短：,输出电压与输入电压大小相等，相位相同，称为电压跟随器。,2.3,基本线性运放电路,5.,电压跟随器,在电路中常作为,阻抗变换器,或,缓冲器,阻抗变换器,一个具有,高内阻,的信号源直接驱动,阻值不大,的负载时：,信号源,负载,2.3,基本线性运放电路,5.,电压跟随器,信号源,负载,将,电压跟随器,接在高内阻的,信号源,与,负载,之间，由虚短、虚断知：,负载变化,仍然成立,消除,负载变化,对输出电压的影响,1.,基本电路,输入信号通过,R,1,加到运放的,反相端,，反馈电阻,R,2,在输出端和反相输入端，由虚短知：,反相放大电路,反相输入端电位接近于,地电位，称为虚地。,“,虚地,”的存在是,线性反相放大电路在闭环工作状态下,的重要特征,2.3.2,反相放大电路,2.3,基本线性运放电路,2.3.2,反相放大电路,2.3,基本线性运放电路,虚地,1.,电压增益,A,v,由虚断：,由虚短：,2.3.2,反相放大电路,2.3,基本线性运放电路,（,2,）输入电阻,R,i,（,3,）输出电阻,R,o,例,2.3.2,T,形网络,代替,R,2,构成前置放大电路：,由虚地、虚断列,n,和,M,点,KCL,方程：,联立方程求解：,例,2.3.2,将参数代入,A,v,的表达式：,故此时,R,4,可用,50K,电位器代替，设置阻值为,35.2K,，使得,A,v,=-100,，即可通过调节,R,4,的取值来改变电压增益的大小；,例,2.3.2,用,T,形网络代替反馈电阻作用：可用,低阻值电阻网络,得到,高增益,的放大电路。,2.4.1,求差电路,2.4,同相和反相输入放大电路的其他应用,根据,虚短,、,虚断,得：,（,1,）利用差分式电路,(,difference amplifier),以实现减法运算,2.4.1,求差电路,2.4,同相和反相输入放大电路的其他应用,（,1,）差分式电路,若阻值选取满足,R,4,/,R,1,=,R,3,/,R,2,的关系：,输入电阻,R,i,R,1,=,R,2,i,2,=-,i,1,输出电阻,R,o,同,理想运放,的输出电阻,例,2.4.1,高输入电阻,差分电路如图，求输出电压表达式。,由,叠加定理,：,当,R,1,=R,21,时,与,单级差放电路,相比，由于第一级是,同相输入放大电路,，输入电阻为,无穷大,2.4.2,仪用放大器,由,差分输入,关系知：,输入信号都是从同相端输入，其,输入电阻,为,无穷大,2.4.3,求和电路,由虚断：,由虚地：,习题,2.4.5a,习题,2.4.2,对,A,3,利用,虚短,、,虚断,有,A,4,为反相比例,习题,2.4.6,习题,2.4.7,2.4.4,积分电路,积分电路,(integrator circuit),如图所示。,由虚断：,由虚地：,设电容器,C,初始电压,v,C,(0)=0,输出电压,v,O,为输入电压,v,I,对时间的积分，其实质是电容两端电压,v,C,为流过电容电流,i,C,的积分,2.4.4,积分电路,阶跃电压,运放输出电压的,最大值,受到,直流电源电压,的限制，运放进入,饱和区,，输出保持,不变,，停止积分,积分电路用于扫描电路、模数转换器、模拟运算器等,练习：,画出在给定输入波形作用下积分器的输出波形,t,v,s,0,2,1,2,3,4,5,t,v,o,0,-2,-4,-6,C,R,v,S,v,O,+,A,R,+,应用举例：,输入方波，输出是三角波,t,v,s,0,t,v,o,0,C,R,v,S,v,O,+,A,R,+,v,P,=,v,N,=0,2.4.4,微分电路,微分电路,(differential circuit),如图所示。,微分电路还可以用作波形变换，将矩形波变换为尖顶脉冲波。,2.4.4,微分电路,t,v,s,0,t,v,o,0,90,求,v,o,。,i,v,v,o,1,C,R,s,R,+,i,C,例题,电路参数可以是简单的,R,、,C,外，也可以是,R,、,L,、,C,元件的,串,、,并联,组合,利用,拉氏变换,，在,复频域,中有：,反相运算,电路的一般数学表达式，改变,Z,1,(,s,),和,Z,2,(,s,),的形式，可实现不同的数学运算,归纳与推广,归纳与推广,比例,运算,微分,运算,积分,运算,阶跃响应,PID,调节器,PID,调节器是,自动控制,系统中常用的运算电路,2.4.4,微分电路,习题,2.4.10,小结,:,熟练运用虚断与虚短的概念，掌握运放工作在线性区时的分析与计算,。,作业：,p.47 2.3.4,、,2.4.1,、,2.4.2,、,2.4.8,运算放大器,有两个工作区域。在,线性区,放大小信号；输入为大信号时，工作在,非线性区,，输出电压为,饱和值,同相放大电路,和,反向放大电路,是两种最基本的,线性应用电路,，由此推广到,求和,、,求差,、,积分,和,微分等电路,理想运放,具有理想参数,运放稳定地工作在,线性区,时，均需引入,深度负反馈,，具有“,虚短,”、“,虚断,”的特点,电压比较器,将一个模拟电压信号与一,参考电压,相比较，输出一定的高低电平。,功能：,构成：,运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系,v,o,=,f,(,v,i,),是非线性函数。,V,OH,-,V,OL,补充知识,v,v,+,O,i,V,REF,v,o,v,i,0,V,REF,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,