第11章运算放大器10.ppt
11.1.111.1.1运算放大器的组成运算放大器的组成1.元器件参数的一致性和对称性好；元器件参数的一致性和对称性好；2.二极管多用三极管的发射结代替；二极管多用三极管的发射结代替；3.电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流源代替，电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流源代替，电位器需外接；电位器需外接；4.电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电容、电感 和变压器均需外接。和变压器均需外接。集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接耦合放大器。集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接耦合放大器。a.集成运放的内部电路结构框图集成运放的内部电路结构框图输入级输入级(ri 大大)差动放大器差动放大器输出级输出级(ro小小)射极输出器或互补对称功率放大器射极输出器或互补对称功率放大器中间级中间级(Au大大)电压放大器电压放大器b.集成运算放大器的符号集成运算放大器的符号uu+uo u u+uoA0 ri 大大:几百几百 k k 以上以上c.运放的特点：运放的特点：共模抑制比共模抑制比KCMR 很大很大 ro 小：几十小：几十 几百几百 开环开环A o 很很大大:10:104 4 10 107 7理想理想运放：运放：ri KCMR ro 0 0Ao 1.运算放大器的电压传输特性运算放大器的电压传输特性 uo=f(ui),其中其中 ui =u+u uiuo+线性关系线性关系非线性关系非线性关系2.理想运放工作在理想运放工作在线性区线性区的分析依据的分析依据+iiuiriduiiirid=对于理想运放对于理想运放相当于两输入端之间相当于两输入端之间断路断路uOii 0rid,+相当于两输入端之间相当于两输入端之间短路短路ui 02.理想运放工作在理想运放工作在线性区线性区的分析依据的分析依据对于理想运放对于理想运放 u u+,Auouo=uiu=u Auo+uiuO+uiuo由由“虚断路虚断路”原则原则 ii=0,有有 u+=0；u+u=0如图，运放工作在线性放大区：如图，运放工作在线性放大区：由由“虚短路虚短路”原则原则2.理想运放工作在理想运放工作在线性区线性区的分析依据的分析依据“虚断路虚断路”成立；成立；3.理想运放工作在理想运放工作在非线性区非线性区的分析依据的分析依据注意注意:u+=u 输出输出u0只有两种可能：只有两种可能：u+u-时，时，u0=UOM;u+1，称为，称为深度负反馈深度负反馈，此时：，此时：FA1f 1)串联反馈串联反馈:使电路的输入电阻增加使电路的输入电阻增加并联负反馈并联负反馈:使电路的输入电阻降低使电路的输入电阻降低1)电压负反馈电压负反馈:使电路的输出电阻降低使电路的输出电阻降低2)电流负反馈电流负反馈:使电路的输出电阻提高使电路的输出电阻提高AF+1变化比例关系(为获得电压为获得电压)(为获得电流为获得电流)(为提供电压为提供电压)(为提供电流为提供电流)理想运放工作在理想运放工作在线性区线性区的分析依据的分析依据+iiuiriduOii 0+u u+“虚断路虚断路”成立；成立；理想运放工作在理想运放工作在非线性区非线性区的分析依据的分析依据注意注意:u+=u 输出输出u0只有两种可能：只有两种可能：u+u-时，时，u0=UOM;u+R4,求求AufR4R3R4+uo=RF1代入代入 if=i1由由 RFR4,有：有：Auf=R1RF(1+)R4R3ui uouo=R4R3R4+uo得得 uoif=RFRFRR1 12uiuouf2.同相比例运算电路同相比例运算电路 uo=1+u+RFR1 1 =1+ui RF R1 1虚断路虚断路id 0虚短路虚短路uiu =+uou =fR1R1 RF+u-u =+故有：故有：_+uiuoiouuuu=+此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分立元件的射输出电阻小，在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。极输出器相同，但是电压跟随性能好。电压跟随器电压跟随器3.差动比例运算电路差动比例运算电路uoRFR1R2R3利用叠加原理进行分析利用叠加原理进行分析ui1i2uu0=uo+u0=1+ui2RFR1R2+R3R3-ui1RFR1uO =-ui1RFR1 1uO =1+u+RFR1=1+ui2RFR1R2+R3R3减法电路（调整电阻值使减法电路（调整电阻值使uo=ui2-ui1）F1u o31.反相加法运算电路反相加法运算电路Pui1 ui3ui2 u=(+)ui2 oui1 ui3 RFRFRFR1R2R3i1i2i3if11.3.2 2（调整电阻值使（调整电阻值使uo=-(ui1+ui2+ui3)）1.差动比例运算电路差动比例运算电路uoRFR1R2R3利用叠加原理进行分析利用叠加原理进行分析ui1i2uu0=uo+u0=1+ui2RFR1R2+R3R3-ui1RFR1uO =-ui1RFR1 1uO =1+u+RFR1=1+ui2RFR1R2+R3R311.3.3 减法运算电路减法运算电路uo=ui RF R1uiuoi1ifRFR1R2反相比例运算电路反相比例运算电路RFRR1 12uiuouf同相比例运算电路同相比例运算电路 uo =1+ui RF R1 1 11ui121例：例：两级反相输入减法运算电路两级反相输入减法运算电路132212N2N1uoF1uRRRRRRRi2F2uo=ui1 ui2 11RRRRRR 13 12F1F2F2uo1ui反相积分运算电路反相积分运算电路CFuo211.3.4 积分电路积分电路由虚断和虚地由虚断和虚地ui1=iR1iC=i1iCuC duCdt CF iC=uO=uC可可得得dtuCRdtCRudtCiuiFFiFCo=111习题习题 11.3.13:已知电源电压为已知电源电压为15V15V，ui1=1.1V,ui1=1.1V,ui2=1Vui2=1V。问。问:输出电压输出电压uouo由由0 0上升到上升到10V10V所需时间。所需时间。tVdtuCRuoFo10114=VuRRuRRRRRuiFiFo2.0)1(11223311=+=uuOi 11.3.5 反相微分运算电路反相微分运算电路C1 duidtuo=RF C1 uouiF输出与输入的关系式为输出与输入的关系式为若输入为方波若输入为方波则输出波形为则输出波形为ic1ic1“虚断路虚断路”成立；成立；理想运放工作在理想运放工作在非线性区非线性区的分析依据的分析依据注意注意:u+=u 输出输出u0只有两种可能：只有两种可能：u+u-时，时，u0=UOM;u+u-时，时，u0=-UOM;（u+-u-）R1R2uouiUOM-UOMuiuo(1)反相输入过零比较器反相输入过零比较器0(2)同相输入过零比较器同相输入过零比较器uiuo0R1R2uoui-UOMUOMR1R2UOM-UOMttUOM-UOM000uiuouOuiuiuo0uiuoR1R2R3DzuiuoUZ2.过零限幅比较器过零限幅比较器-UOMUOM-UZUZ
