运放基础.ppt

单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本文档所提供的信息仅供参考之用，不能作为科学依据，请勿模仿。文档如有不当之处，请联系本人或网站删除。,1,、,集成运算放大器的转移特性:,u,-,u,+,u,o,u,o,u,-,-,u,+,0,线性工作范围,正饱和,负饱和,输入差模电压的线性工作范围很小（一般仅,十几毫伏），所以常将特性理想化,2、运放线性工作的保障:,两输入端的,电压,必须非常接近，才能保障运放工作在线性范围内，否则，运放将进入饱和状态。,运放应用电路中，负反馈是判断是否线性应用的主要电路,标志,。,集成运算放大器的线性应用,线性应用运放电路的一般分析方法,求输出电压的方法可分步骤进行：,1、利用,i,+,=0，由电路求出同相输入端电压,u,+,；,2、利用,u,+,=,u,-,，确定反相输入端电压,u,-,=,u,+,；,3、利用已知电压,u,-,，由A电路求出电流,i,1,；,4、利用,i,-,=0，求出电流,i,f,=,i,1,；,5、由电路F的特性和,u,-,确定输出电压：,u,o,=,u,-,-,F(,i,f,)；,6*、检验输出电压是否在线性范围内。,一、理想运放模型：,理想运放具有如下性能：,1、开环电压增益,A,Ud,;,2、输入电阻,R,id,;,3、输出电阻,R,o,=0;,4、频带宽度,BW,;,5、共模抑制比,CMRR,;,6、失调、漂移和内部噪声为零,;,对功能电路非常重要,运放的主要特点,根据以上特点推出理想运放线性应用时的重要特性,二、线性应用情况下理想运算放大器具有如下特征：,1、,u,+,=,u,-,(,虚短),2、,i,+,=,i,-,=0,(,虚断),3、输出端呈电压源特性：,同相和反向输入端电流近似为零；,两输入端电压近似相等；,U,i,=U,+,=U,-,=U,o,/A,U,U,i,=U,o,/A,U,0;,U,i,=I,i,R,i,0;,I,i,0;,U,o,U-,U,+,I,+,I,-,A,U,(,U,+,-U,-,),+,-,反相比例运算,同相比例运算,一、比例运算电路,三、积分微分电路,四、对数指数电路,基本反相积分,基本反相微分,对数电路,二、加、减法运算电路,反相加法运算,同相加法运算,减法运算,第二节 基本运算电路,指数电路,U,i,R,1,R,p,R,f,U,o,I,1,I,f,(1)、,I,+,=0 ,U,+,0V,(2)、,U,-,=,U,+,=0V(,虚地),(3)、,I,1,=,U,i,/,R,1,(4)、,I,-,=0，,I,f,=,I,1,=,U,i,/,R,1,(5)、,R,p,=,R,1,/,R,f,1.电路,2.分析,3.构成要求,（R,+,=R,-,）,（一）、反相比例运算电路,结论：(1).闭环增益A,Uf,只取决于R,f,和R,1,；,(2).负号表示U,i,与U,o,反相；,（二）、同相比例运算电路,U,i,R,1,R,f,U,o,I,1,I,f,R,2,R,2,=R,1,/,R,f,(1)、,I,+,=0 ,(2)、,(3)、,(4)、,I,-,=0，,I,f,=,I,1,(5)、,1.电路,3.构成要求,2.分析,（R,+,=R,-,）,结论：闭环增益A,Uf,只取决于R,f,和R,1,；,而与运放本身无关。,同相比例运算电路（特例）,电路：,U,i,R,f,=0,U,o,R,1,=,R,2,当,R,f,=0 ;R,1,=,时：上式中的电压增益为：,是一个理想的电压跟随器。,（一）、反相加法电路,在反相比例电路的基础上加一输入支路，构成反相加法电路。,两输入电压产生的电流都流向,R,f,。,所以输出是两输入信号的比例和。,图07.01 反相求和运算电路,R,p,（二）同相加法电路,在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，就构成了同相输入求和电路，如图所示。,图07.02 同相加法电路,因运放具有虚断的特性；,对运放同相输入端的电位可用叠加原理。,求得：,结论：(1).同相加法器的输出电压与输入电压U,1,U,n,之和成正比。,(2).缺点：调节某一支路的R,n,会影响比例放大倍数。,(3).优点：输入阻抗高。,二、减法电路,减法器为同、反相放大器的组合，利用叠加原理求解：,图07.02 减法电路,1.只考虑U,1,作用时：,2.只考虑U,2,作用时：同相端输入电压为：,P,3.总输出电压为：,三、积分电路,积分运算电路的分析方法与加法电路类似，反相积分运算电路如图所示：,图12.05 积分运算电路,i(t)=i,f,(t),i(t)=u,i,(t)/R,1.利用运放虚地的概念：,2.电容两端的电压：,四、微分电路,微分运算电路如图所示:,图 07.07 微分电路,反映了输入输出的,微分关系,。,五、对数电路,图 07.09 对数运算电路,对数运算电路见图12.08。,图中二极管可用三,极管发射接代替。,六、指数运算电路,指数运算电路如图07.10所示。,指数运算电路相当反对数运算电路。,图 07.10 指数运算电路,图中二极管可用三,极管发射接代替。,第二节、电压比较器,一、单门限比较器,二、迟滞比较器,三、单片集成电压比较器,*四、窗口比较器,*五、比较器的应用,比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。,常用的幅度比较电路有电压幅度比较器、窗口比较器，具有迟滞特性的比较器。这些比较器的阈值是固定的，有的只有一个阈值，有的具有两个阈值。,一、,单门限比较器,(1)过零比较器和单门限电压比较器,过零电压比较器是典型的幅度比较电路。,其电路图和传输特性曲线如图所示。,(a),(b),图07.01 过零电压比较器,(a),电路图,(b),传输特性曲线,只有一个门限的,比较器,将过零电压比较器的一个输入端从接地改接到一个电压值,V,REF,上,就得到单门限比较器。,电路图和传输特性曲线如图所示。,图07.02 固定电压比较器,(a),电路图,(b),传输特性曲线,(2)比较器的基本特点,工作在开环或正反馈状态。,开关特性，因开环增益很大，,比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态。,非线性，,因大幅度工作，输出和输入不成线性关系。,二、迟滞比较器,U,称为,上限阈值(触发)电平,。,由输出引一电阻分压支路到同相端，电路如图所示。,当输入电压,U,i,从零逐渐增大：,此时触发电平变为,U,2,，,U,2,称为,下限阈值(触发)电平,。,图07.03(a)滞回比较,器电路图,当,U,i,逐渐减小，且,U,i,=,U,2,以前，始终等于,U,om,-,，,因此出现如图所示的迟滞特性曲线。,门限宽度,U,：,图07.03滞回比较电路,的传输特性,一、方波发生电路,二、三角波发生电路,三、脉冲波 锯齿波发生电路,第四节、,波形发生器,一、方波发生电路,方波发生电路是由滞回比较电路和,RC,定时电路构成的，电路如图14.07所示。,(1)工作原理,电源刚接通时,设,电容,C,充电，升高。参阅图07.08,。,图07.07 方波发生器,当 时，,，所以,电容,C,放电，下降。,当 ，,时，返回初态。,方波周期,用过渡过程公式可以方便地求出,图14.08 方波发生器波形图,(2)占空比可调的矩形波电路,显然为了改变输出方波的占空比，应改变电容器,C,的充电和放电时,间常数。占空比可调,的矩形波电路见图14.09。,C,充电时，充电电流经电位器的上半部、二极管D,1,、,R,f,；,C,放电时，放电电流经,R,f,、二极管D,2,、电位器的下半部。,图14.09 占空比可调方波发生电路,占空比,为：,其中，是电位器中点到上端电阻，是二极管导通电阻。,其中，是二极管导通电阻。即改变 的中点位置，占空比就可改变。,图14.08 方波发生器波形图,14.2.2,三角波发生器,三角波发生器的电路如图14.10所示。它是由滞回比较器和积分器闭环组合而成的。积分器的输出反馈给滞回比较器，作为滞回比较器的 。,1,.当,v,o1,=+,V,Z,时,则电容,C,充电,同时,v,o,按线性逐,渐下降，当使三角波,发生电路A,1,的,V,p,略低,于,V,N,时，,v,o1,从+,V,Z,跳变为,-,V,Z,。波形图,参阅图14.11。,图14.10 三角波发生器,2.,在,v,o1,=,-,V,Z,后，电容,C,开,始放电，,v,o,按线性上升，,当使A,1,的,V,P,略大于零时，,v,o1,从,-,V,Z,跳变为+,V,Z,，,如此周而复始，产生振,荡。,v,o,的上升时间和下降,时间相等，斜率绝对值,也相等，故,v,o,为三角波。,图14.11 三角波发生器的波形,输出峰值,振荡周期：,