集成運算放大器的線性應(yīng)用.ppt

第五章 集成運算放大器的線性應(yīng)用,5.1 運放線性應(yīng)用的條件與特點,運放的傳輸特性,線性應(yīng)用的條件,線性應(yīng)用的特點,5.2 基本運算電路,反相比例運算電路,同相比例運算電路,二、加減運算電路,反相加法運算電路,同相加法運算電路,減法運算電路,運放電路分析舉例,一、比例運算電路,第五章 集成運算放大器的線性應(yīng)用,三、積分與微分運算電路,積分運算電路,微分運算電路,5.3 其他線性應(yīng)用舉例,二、限幅電路,一、電壓與電流變換電路,end,運放線性應(yīng)用的條件與特點（1）,運放的傳輸特性uo=f(ui),在圖示運放電路中，有 uo=Aod(ui2-ui1)=Aodui,設(shè)電源電壓為12V， 則運放最大輸出電壓 UOM=10V,設(shè)運放Aod=104，則其傳輸特性如圖所示,-0.1,0.1,-10,10,線性區(qū),非線性區(qū),非線性區(qū),結(jié)論：運放在開環(huán)狀態(tài)下線性區(qū)很窄，只能工作在非線性區(qū)。,理想運放則無線性區(qū),如何使運放工作在線性區(qū)呢？,降低電壓放大倍數(shù),如何降低電壓放大倍數(shù)呢？,引入負(fù)反饋,結(jié)論：運放工作在線性區(qū)的條件是在電路中加入負(fù)反饋。,運放線性應(yīng)用的條件與特點（2）,運放工作在線性狀態(tài)下的兩個特點,RF引入負(fù)反饋,設(shè)U+與U-為運放同相與反相端的電位 ，有 uo=Aod(U+-U-),即： U+-U-=uo/Aod,因為對于理想運放有Aod=，所以,U+=U-,虛接,I-,I+,I-,I+,設(shè)I+與I-為運放同相與反相端的輸入電流 ，因為對于理想運放有rid=，所以,I+=I-=0,虛斷,end,比例運算電路（1）,實現(xiàn)將輸入信號按比例放大的電路，稱為比例運算電路,反相比例運算,同相比例運算,-實現(xiàn)運算uo=-kui,-實現(xiàn)運算uo=+kui,1、反相比例運算電路(Inverting Amplifier),電路結(jié)構(gòu)特點,Rf引入深度負(fù)反饋,該反饋為何種組態(tài)？,輸入信號加入反相端,平衡電阻R=R1/Rf,比例運算電路（2）,參數(shù)計算,因為I-=0，所以 i1=if,即，,又因為U-=U+=RI+=0,所以，,即電壓放大倍數(shù),輸入電阻,因為電路引入電壓負(fù)反饋，輸出電阻 ro=0,若輸出端加負(fù)載，uo改變嗎？,則實現(xiàn)運算：,虛地,i1,if,I-,比例運算電路（3）,2、同相比例運算電路(Noninverting Amplifer),電路結(jié)構(gòu)特點,Rf引入深度負(fù)反饋,輸入信號加入同相端,平衡電阻R=R1/Rf,該反饋為何種組態(tài)？,i1,if,I-,參數(shù)計算,因為I-=0，所以 i1=if,即，,，又因為U-=U+=ui,所以，,即電壓放大倍數(shù),則實現(xiàn)運算：,比例運算電路（4）,i1,if,I-,輸入電阻,因為電路引入電壓負(fù)反饋， 輸出電阻 ro=0,當(dāng)Auf=1時，稱為電壓跟隨器(Voltage Follower)。,比例運算電路（5）,分析圖示電路輸出電壓uo與輸入電壓ui的關(guān)系,虛斷,虛接,虛地,反相比例運算電路,比例運算電路（6）,分析圖示電路輸出電壓uo與輸入電壓ui的關(guān)系,i1,if,I-,因為I-=0，所以 i1=if,即，,又因為U-=U+,所以，,則：,U+=？,I+,同相比例運算電路,因為I+=0，所以R2，R3串聯(lián),比例運算電路（7）,end,分析圖示電路輸出電壓uo與輸入電壓ui的關(guān)系,U+=？,加法與減法運算電路（1）,反相加法器(Summing Amplifer),電路結(jié)構(gòu)特點,Rf引入深度負(fù)反饋,輸入信號均加入反向端,平衡電阻R=R1/R2/R3/Rf,輸入輸出關(guān)系計算,因為I-=0，所以 i1+i2+i3=if,即，,又因為U-=U+=RI+=0,若取R1=R2=R3=R，則,則實現(xiàn)運算：,I-=0,加法與減法運算電路（2）,同相加法器,電路結(jié)構(gòu)特點,Rf引入深度負(fù)反饋,輸入信號均加入同向端,輸入輸出關(guān)系計算,因為I+=0，所以 i1+i2+i3=0,即，,又因為在同相比例器中有，,則實現(xiàn)運算：,整理得，,RP=R1/R2/R3,I+=0,加法與減法運算電路（3）,減法器(Difference Amplifer),-輸入信號同時加入反相端與同相端,ui1單獨作用,=0,ui2單獨作用,0=,所以，,若取R1=R2、 R3=Rf則,加減器,加法與減法運算電路（4）,-反相加法器與同相加法器的組合,運放電路分析舉例(1),例1 電路如圖所示，R1=R2=R3=R4，試求 的值。,ui1,+,+,-,u0,ui2,+,+,-,R1,R2,R3,R4,a,b,解：,由虛接可得,由虛斷可得,運放電路分析舉例(2),例2 試用理想運放設(shè)計一個能實現(xiàn)uo=3ui1+0.5ui2-4ui3運算電路。,方法一：,用三只運放分別實現(xiàn)uo1=-3ui1,uo2=-0.5ui2,uo3=4ui3,解：,然后再用一只運放進(jìn)行反相輸入的加法運算，使uo=-(uo1+uo2+uo3).,uo=3ui1+0.5ui2-4ui3,運放電路分析舉例(3),運放電路分析舉例(4),方法二：,用一只運放構(gòu)成加減器實現(xiàn)運算,ui3單獨作用時,uo=3ui1+0.5ui2-4ui3,ui2單獨作用時,ui1單獨作用時,end,積分與微分運算（1）,1、積分運算電路(Integrator),-電容C引入深度負(fù)反饋,i1,ic,I-,在圖示電路中，因為I-=0，所以 i1=ic,又因為U-=0，所以,uc,則,，對該式積分，有：,若設(shè)電容上電壓初始值為uc(0)，則,積分與微分運算（2）,例：設(shè)積分電路中，uc(0)=0，運放輸出U0M=10V。試求： （1）當(dāng)C=1uF，R分別為1k和2 k，輸入為階躍信號時，uo=? （2）設(shè)RC=10mS，輸入為矩形脈沖，uo=?,解：（1）當(dāng)R=1k時，,則，,當(dāng)R=2k時，同理有,結(jié)論：RC的大小決定積分的速度，稱為時間常數(shù),積分與微分運算（3）,當(dāng)輸入為圖示矩形脈沖時,可由公式進(jìn)行分段積分如下：,（1）當(dāng)0tt1時，ui=-2V,（2）當(dāng)t1tt2時，ui=2V,（3）當(dāng)t2tt3時，ui=-2V，同理有,積分與微分運算（4）,實際積分電路中存在積分漂移現(xiàn)象,-積分電路對集成運放中的失調(diào)與漂移同樣進(jìn)行積分，使輸出達(dá)到飽和的現(xiàn)象。,盡可能選用失調(diào)與漂移小的運放,在積分電容兩端并接電阻Rf,積分與微分運算（5）,2、微分運算電路(Differentiator),i1,ic,I-,uc,在圖示電路中，因為I-=0，所以 i1=ic,又因為U-=0，所以,則,微分電路輸出只與電路輸入變化率有關(guān),end,電壓與電流的變換（1）,電壓/電流變換(Voltage-to-Current Converter),-將電壓信號變換為電流信號,因為U-=U+=ui，iL=i1，所以：,iL=ui/R1,即該電路可將電壓信號ui轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘杋L輸出,電路特點：適用于負(fù)載不需要接地的場合,電壓測量：將RL換為一個表頭，可測量電壓。,由于運放入端電流接近零、輸出電流與表頭內(nèi)阻無關(guān)，故測量精度很高。,電壓與電流的變換（2）,電路特點：適用于負(fù)載需要接地的場合,輸出電流iL分析,u0,設(shè)輸出電壓為u0，則由疊加原理，反相輸入端電位U-為,由KCL有，iL=i3-i2，則：,因為U+=U-，并設(shè)Rf/R1=R3/R2，整理得：,iL=-ui/R2,即該電路可將電壓信號ui轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘杋L輸出,電壓與電流的變換（3）,電流/電壓變換(Current-to-Voltage Converter),-將電流信號變換為電壓信號,因為I-=0，所以：,ii=if,uo=-Rfii,又因為U-=U+=0，所以：,即該電路可將電流信號ii轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘杣o輸出,電阻測量：將Rf換為被測電阻RX，可測量電阻。,end,限幅電路（1）,限幅電路（又稱鉗位電路）,-當(dāng)輸入信號在一定范圍內(nèi)變化時，輸出跟隨變化；當(dāng)輸入信號變化超出范圍后，輸出保持恒定。,-UZ,定義：使輸出