集成运放应用-基本运算电路.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,*,第六章 集成运算放大电路,4,、掌握电流源电路的组成、工作原理及其应用。了解集成运放的组成原则。,5,、,掌握,差分放大器,的电路组成、工作原理、工程估算以及性能特点，并熟悉其应用场合。,学习要求,1,、熟悉集成运放电路的组成原理。掌握线性工作时，理想运放的两条重要法则：,v,-,v,+,，,i,0,2,、掌握反相放大器和同相放大器的电路结构和性能特点。,3,、熟练运用,“虚开路,(,i,i,=0)”,和“虚短路,(,v,+,=,v,)”,分析各种运算电路。,2.1,集成运放的应用基本运算电路,国内符号,国际符号,运放符号：,v,i,v,o,+V,OM,-V,OM,线性放大区,运放传输特性：,v,N,v,P,v,o,v,N,v,P,v,o,运算放大器的电路模型,开环电压放大倍数高,(10,4,-10,7,),；,输入电阻高（约几百,K,）；,输出电阻低（约几百,）；,漂移小、可靠性高、体积小、重量轻、价格低。,A,vo,(v,p,-v,N,),Vp,v,N,v,o,r,i,r,o,v,1,v,2,运放线性应用的条件,运放的传输特性,v,o,=,f(v,i,),0,v,i,(mV,),v,o,(V,),+,+,-,v,i1,v,i2,v,o,A,V,+,V,-,在图示运放电路中，有,v,o,=A,vo,(v,i2,-v,i1,)=,A,vd,v,id,设电源电压为,12V,，,则运放最大输出电压,V,OM,=10V,设运放,A,vo,=10,5,，则其传输特性如图所示,-0.1,0.1,-10,10,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,。,理想运放的条件,虚短路,放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。,虚开路,运放工作在线性区的特点,集成运放理想化条件,集成运放理想化条件下分析法则,虚短路,虚开路,放大倍数与负载无关，,可以分开分析。,v,P,v,o,_,+,+,v,N,i,P,信号的放大、运算,有源滤波电路,运放线性应用,2.3,基本线性运放电路,v,N,=,v,P,=v,i,_,+,+,R,f,R,1,R,P,v,i,v,o,结构特点：,信号从同相端输入。,2.3.1,同相放大电路（,1,）,2.,共模输入电压为,v,i,，因此对运放的共模抑制比要求高,。,1.,输入电阻大，,输出电阻小，可认为是,0,，因此带负载能力强。,性能特点：,i,N,=,i,P,=0,_,+,+,v,i,v,o,输入电阻大，输出电阻小，在电路中常作为阻抗变换器或缓冲器。作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。,结构特点：,输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入。,电压跟随器是同相比例运算放大器的特例。,电压跟随器,例,2.3.1,+,-,+,-,Vs,R,1,V,N,R,m,I,M,V,P,I,i,I,1,i,1,=,i,2,v,o,_,+,+,R,2,R,1,R,P,v,i,i,1,i,2,结构特点：,信号从反相端输入。,2.3.2,反相放大电路（,1,）,虚地,R,i,=R,1,为保证一定的输入电阻，当放大倍数大时，需增大,R,2,，而大电阻的精度差，因此，,在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。,R,P,=,R,1,/,R,2,平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。,反相放大电路（,2,）,v,o,_,+,+,R,2,R,1,R,P,v,i,i,1,i,2,输出电阻小、共模电压为,0,以及,“,虚地,”,是反相输入的特点。,1.,共模输入电压为,0,，因此对运放的共模抑制比要求低。,2.,输出电阻小，可认为是,0,，因此带负载能力强。,3.,输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。,4.,在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。,性能特点：,v,o,_,+,+,R,2,R,1,R,P,v,i,R,3,R,4,i,1,i,2,i,4,i,3,M,例：,求,A,v,=?,应用：用低值电阻实现高电压增益的反相比例运算,v,o,_,+,+,R,2,R,1,R,P,v,i,R,3,R,4,i,1,i,2,i,4,i,3,M,(2),该电路作为话筒的前置放大电路，若选,R,1,=51k,R,2,=R,3,=390k,当,v,o,=-100,v,i,时，计算,R,4,的值；（,3,）直接用,R,2,代替,T,形网络的电阻时，当,R,1,=51k,A,v,=-100,时，求,R,2,值。,设计要求：,R,i,=1M,，,A,V,=,-,100,解：,R,1,=,R,i,=1M,设计例题,R,2,=,R,1,=,R,i,=,1M,取：,R,2,R,3,R,4,(k,),R,4,=,99k,R,3,=,1k,作业：,2.3.2 2.3.5,2.4,同相输入和反相输入放大电路的其他应用,_,+,+,R,2,R,1,R,1,v,i,2,v,o,R,2,v,i,1,解出：,差动放大器放大了两个信号的差，但是它的输入电阻不高（,=2,R,1,）,这是由于反相输入造成的。,2.4.1,求差电路,例,2.4.1,求图所示电路的输出电压,v,o,2,的表达式，并说明该电路的特点。,-,R,2,1,+,A,1,v,i,1,v,o,1,R,1,R,2,-,R,2,2,+,A,2,v,o2,R,22,v,i2,v,N,R,2,电路的输入电阻为无穷大。,当,R,1,=R,21,时,2.4.2,仪用放大器,v,o,R,3,R,3,R,4,R,4,R,2,R,2,R,1,_,+,_,+,_,+,i,R1,v,3,v,1,+,-,v,2,v,R1,=v,1,-v,2,A,1,A,2,A,3,v,4,v,n3,v,P3,调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。,R,2,_,+,+,R,f,R,1,v,i,2,v,o,R,P,v,i,1,i,2,i,F,i,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。,2.4.3,求和电路,此电路如果以,v,+,为输入，则输出为：,v,P,与,v,i,1,和,v,i,2,的关系如何？,注意：,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。,流入运放输入端的电流为,0,（虚开路）,-,R,3,R,f,+,+,v,i,1,v,o,R,1,R,2,v,i,2,同相求和运算,-,R,3,R,F,+,+,v,i,1,v,o,R,1,R,2,v,i,2,R,左图也是同相求和运算电路，,如何求同相输入端的电位？,提示：,1.,虚开路：流入同相端的电流为,0,。,2.,节点电位法求,v,+,。,例,R,2,_,+,+,R,5,R,1,v,i,2,v,o,v,i,1,R,4,v,i,4,v,i,3,R,3,R,6,虚短路,虚开路,虚开路,单运放的加减运算电路,优点：,元件少，成本低。,缺点：,要求,R,1,/,R,2,/,R,5,=,R,3,/,R,4,/,R,6,。,阻值的调整计算不方便。,改进：,采用双运放电路。,单运放的加减运算电路,-,R,F,1,+,+,v,i,1,v,o,1,R,1,v,i,2,R,2,R,3,-,R,F,2,+,+,v,o,R,4,v,i,3,R,5,R,6,双运放的加减运算电路,例：,设计一个加减运算电路，,R,F,=240k,，,使,v,o,=10,v,i,1,+8,v,i,2,-20,v,i,3,解,:,(1),画电路。,系数为负的信号从反相端输入，系数为正的信号从同相端输入。,-,R,3,R,F,+,+,v,i,1,v,o,R,2,R,1,v,i,2,R,4,v,i,3,运放加减电路设计（,1,）,(2),求各电阻值。,-,R,3,R,F,+,+,v,i,1,v,o,R,2,R,1,v,i,2,R,4,v,i,3,v,o,=10,v,i,1,+8,v,i,2,-20,v,i,3,运放加减电路设计（,1,）,例：,A/D,变换器要求其输入电压的幅度为,0 +5V,，,现有信号变化范围为,-5V+5V,。,试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为,0+5V,。,+5V,-5V,+5V,+2.5V,电平抬高电路,A/D,计算机,v,i,v,o,v,o,=0.5,v,i,+2.5 V,运放加减电路设计（,2,）,v,o,=0.5,v,i,+2.5,=0.5(,v,i,+5)V,_,+,+,10k,20k,+5V,5k,v,i,20k,v,o,1,v,o,_,+,+,20k,20k,10k,运放加减电路设计（,2,）,求电压增益表达式,解：,A,1,、,A,2,为电压跟随器，,所以,对,A,3,利用,虚短,、,虚断,有,A,4,为反相比例,解得：,加减电路分析,1,(1),求,v,O,表达式,(2),说明,A,1,A,2,各构成什么功能电路。,集成运放均是理想的,解,:,第一级,A,1,同相比例,第二级,A,2,差分电路,具有高输入电阻的减法电路,加减电路分析,2,例：,由三运放放大器组成的温度测量电路。,R,t,：,热敏电阻,集成化,:,仪表放大器,v,o,R,1,R,1,R,2,R,2,R,R,R,W,E,=+5V,R,R,R,R,t,v,i,_,+,_,+,_,+,R,t,=,f,(,T,C),v,o,R,1,R,1,R,2,R,2,R,R,R,W,E,=+5V,R,R,R,R,t,v,i,_,+,_,+,_,+,i,1,i,F,t,v,i,0,t,v,o,0,输入方波，输出是三角波。,v,i,-,+,+,R,R,2,C,v,o,1,、积分电路,应用举例,2.4.4,微分电路与积分电路,v,i,-,+,+,R,R,2,C,v,o,t,v,i,0,t,v,o,0,V,-,V,om,T,M,积分时限,例,.,如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反,向积分，经过一定的时间后输出饱和。,思考：,如果输入是正弦波，输出波形怎样,?,v,N,=,v,P,=0,v,i,t,0,t,0,v,o,v,i,+,+,v,o,R,R,2,i,1,i,F,C,若输入：,则：,2,、微分电路,其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法与除法运算电路等，由于课时的限制，不作为讲授内容。,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。,积分电路的主要用途：,微分电路与积分电路,4,作业：,2.4.7 2.4.9 2.4.14,