武漢理工大學(xué)模電課件09運放電信

1、下頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021-10-15 9.1 概述概述 9.2 運算運算電路電路基本要求基本要求:1 掌握掌握“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”下下，分析基本線性運算電路，分析基本線性運算電路的分析求解的分析求解2 了解濾波器的分類、應(yīng)用了解濾波器的分類、應(yīng)用3 掌握電壓比較器的工作原理及電路分析掌握電壓比較器的工作原理及電路分析作業(yè)作業(yè)P258:1(8.2.1)、2(2.2)、4(2.4)、7(2.7）8d(2.8d)、13(2.12)，22(8.6.2)、23(6.3)、25(6.5) 9.3 有源濾波器有源濾波器 9.4 電壓比較器電壓比較器 9.5 集成運

2、算放大器集成運算放大器應(yīng)用應(yīng)用中應(yīng)注意問題中應(yīng)注意問題下頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021-10-159.1.1 理想理想運放運放參數(shù)參數(shù)（b）國內(nèi)外常用符號）國內(nèi)外常用符號 9.1 概述概述（a）國標(biāo)符號）國標(biāo)符號AA 開環(huán)電壓增益開環(huán)電壓增益: Avo=, =, （105 很高）很高） 輸入電阻輸入電阻: Ri = = , , （106 很大）很大） 輸出電阻輸出電阻: ro =0=0 （100 很?。┖苄。?開環(huán)帶寬開環(huán)帶寬BW= = , , （實際中很少實際中很少） KCMR= = 。vP=vN ，vO0，失調(diào)電壓為零；，失調(diào)電壓為零； 越大越好的參數(shù)為越大越好

3、的參數(shù)為，越小越好的參數(shù)為，越小越好的參數(shù)為0 0。下頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021-10-159.1.2 運放的運放的線性工作狀態(tài)線性工作狀態(tài)-虛短和虛斷虛短和虛斷又又 Ri = = , , （106 很大）很大） ii 0 0 ，即：，即：虛斷虛斷 利用利用“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”，可以簡化運算放大器電路的分析，可以簡化運算放大器電路的分析過程。過程。 vPvN ，即：，即：虛短虛短； vOAvo(vPvN) 而，而， -VCC vO VCC ） 開環(huán)電壓增益開環(huán)電壓增益: Avo=, =, 下頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021-10

4、-151）運算放大器為理想運放：）運算放大器為理想運放：Aod、 rid 等均等均為為，ro等均為等均為0。滿足：滿足：uNuP，虛短；虛短；iNiP0，虛斷，虛斷3）電路電路構(gòu)成構(gòu)成：引入電壓負反饋。引入電壓負反饋。無源網(wǎng)絡(luò)無源網(wǎng)絡(luò)2 2） 工作于工作于線性線性放大放大區(qū)區(qū): : u uO OA Aodod( (u uP P u uN N) )線性應(yīng)用時運算放大電路的工作條件線性應(yīng)用時運算放大電路的工作條件（2）濾波濾波電路：電路：低通、高通、帶通低通、高通、帶通等等；描述方法：描述方法：運運分析傳遞函數(shù)分析傳遞函數(shù):)()()(iosVsVsA 線性應(yīng)用：線性應(yīng)用：（1）運算電路：）運算電

5、路：加、減、加、減、乘、除、積分、微分、對數(shù)、指數(shù)等乘、除、積分、微分、對數(shù)、指數(shù)等；描述方法：描述方法：運算關(guān)系式運算關(guān)系式 uOf (uI)（3）分析方法：）分析方法：利用利用“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”列相關(guān)節(jié)點電流方程列相關(guān)節(jié)點電流方程。9.1.2 運放的運放的線性工作狀態(tài)線性工作狀態(tài)-虛短和虛斷虛短和虛斷下頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021-10-159.1.3 運算放大器的運算放大器的非線性工作狀態(tài)非線性工作狀態(tài) 一般，在線性工作區(qū)，一般，在線性工作區(qū)， |vP-vN| uN時，時， uOUOM uP2應(yīng)用：應(yīng)用：讓已知頻率的信號通過讓已知頻率的信號通過,通

6、信系統(tǒng)，如收音機等。通信系統(tǒng)，如收音機等。9.3.1 基本概念基本概念下頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021-10-152) 有源濾波電路的有源濾波電路的分類分類(4) 帶阻帶阻（BEF）(陷波陷波)(Band-Elimination Filter)電路構(gòu)成：電路構(gòu)成：低通低通1高通高通2vivo1vo是否可由低通和高通串接而成？是否可由低通和高通串接而成？怎么構(gòu)成？怎么構(gòu)成？1UN即即 vi0 時，時， vOmax = +VCCUPUN 即即vi VN即即viVREF 時，時， vOmax = +VCCVPVN即即viVN， VOH VPVP即即viVT+ 時，時， v

7、O =VOLVPVN即即viVT-時，時， vO = VOH回差電壓為：回差電壓為： TVVVTTvi上升時與上升時與VT+比較，比較，vI下下降時與降時與VT-比較。比較。viVT+ 時，時， vO =VOLViR1VoVREFR2A9.4.3 遲滯遲滯電壓比較器電壓比較器下頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021(RRRVRRRVRRRVVVVoiioiP 同相輸入遲滯電壓比較器同相輸入遲滯電壓比較器ViR1VoVREFR2A 同相輸入遲滯電壓比較器同相輸入遲滯電壓比較器（1）電路的組成：）電路的組成： 引入正反饋電路，輸入信號從正相引入正

8、反饋電路，輸入信號從正相端輸入。端輸入。（2）門限電壓的計算：）門限電壓的計算：令令VP=VN, 得到上門限電壓為：得到上門限電壓為：1212/)(RRVRRVVoLREFT 得到下門限電壓為：得到下門限電壓為：1212R/RV)RR(VVoHREFT VPVN=VREF， VOH VPVN即即viVT+ 時，時， vO =VOHVNVP即即viVT+時，時，vo=VOHvi到到viVT+時翻轉(zhuǎn)，時翻轉(zhuǎn)，vo=VOHvi到到viVT-時翻轉(zhuǎn)，時翻轉(zhuǎn)，vo=VOL過程分析：過程分析：viuN=uREF， uZ uPURH時，時，uO1= uO2= UOM，D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，D2截止；截止； uO=

9、 UZ。當(dāng)當(dāng)uIURL時，時，uO2= uO1= UOM，D2導(dǎo)通，導(dǎo)通，D1截止；截止； uO= UZ 。當(dāng)當(dāng)URLuI URH時，時， uO1= uO2= UOM，D1、D2均截止；均截止； uO= 0。將將vi變化區(qū)間分成三個，變化區(qū)間分成三個，下頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021-10-151）單門限：）單門限：單運放開環(huán)，只有一個閾值，單運放開環(huán)，只有一個閾值，輸入電壓單調(diào)變化輸入電壓單調(diào)變化使輸出電壓只躍變一次。使輸出電壓只躍變一次。 三種比較器總結(jié)三種比較器總結(jié)2）遲滯）遲滯(雙門限雙門限)：單運放正反饋，有二個閾值；單運放正反饋，有二個閾值；輸入電壓的輸

10、入電壓的變化方向不同，閾值電壓也不同，變化方向不同，閾值電壓也不同，上升時閾值為上門限值，上升時閾值為上門限值，下降時閾值為下門限值；下降時閾值為下門限值；輸入電壓單調(diào)變化使輸出電壓只躍輸入電壓單調(diào)變化使輸出電壓只躍變一次。變一次。具有滯回特性。具有滯回特性。2）窗口：雙）窗口：雙運放開環(huán)，有二個閾值；運放開環(huán)，有二個閾值；輸入電壓單調(diào)變化使輸輸入電壓單調(diào)變化使輸出電壓躍變出電壓躍變二二次。次。下頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021-10-15基本構(gòu)成基本構(gòu)成基本原理：基本原理： 通過遲滯比較器輸出的正、負飽和電壓對通過遲滯比較器輸出的正、負飽和電壓對RC電路進行充電路進

11、行充電或放電，電容上電壓的升高或降低，又作為比較器控制電或放電，電容上電壓的升高或降低，又作為比較器控制Uo狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的信號，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的信號，Uo的跳變又進而控制了電容上的電壓是充的跳變又進而控制了電容上的電壓是充電或放電，如此循環(huán)，可在比較器的輸出端得到方波或矩形電或放電，如此循環(huán)，可在比較器的輸出端得到方波或矩形波。波。 遲滯比較器遲滯比較器RC充放電充放電定時電路定時電路積分電路積分電路Vo9.4.5 方波發(fā)生器方波發(fā)生器下頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021-10-15R2R1 Uo經(jīng)經(jīng)R對對C充電，充電，Uc，以指數(shù)規(guī)律趨向，以指數(shù)規(guī)律趨向+UZ，當(dāng)當(dāng)UcUTH，

12、狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，Uo從從+UZ-UZ，C放電，放電，UC減小，減小，當(dāng)當(dāng)UcUTL，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，Uo從從-UZ+UZ，然后周而復(fù)始，然后周而復(fù)始，Uo為方波。為方波。設(shè)設(shè)Uc(o)0, Uo=+UZ, 212UURRRoP UTH、UTL工作原理工作原理 9.4.5 方波發(fā)生器方波發(fā)生器下頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021-10-15占空比可調(diào)電路占空比可調(diào)電路為了占空比調(diào)節(jié)范圍大，為了占空比調(diào)節(jié)范圍大，R3應(yīng)如何取值？應(yīng)如何取值？ 正向充電和反向充電時間常數(shù)可正向充電和反向充電時間常數(shù)可調(diào)，占空比就可調(diào)。調(diào)，占空比就可調(diào)。9.4.5 方波發(fā)生器方波發(fā)生器下

13、頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021-10-15矩形波經(jīng)過矩形波經(jīng)過積分積分器器三角波。三角波。兩個兩個RC環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)實際電路將兩個實際電路將兩個RC 環(huán)節(jié)合二為一環(huán)節(jié)合二為一ZUuO要取代要取代uC，必須改變輸入端。，必須改變輸入端。集成運放應(yīng)用電路的分析方法：集成運放應(yīng)用電路的分析方法：化整為零（分塊），分析功能（每塊），統(tǒng)觀整體，性能估算化整為零（分塊），分析功能（每塊），統(tǒng)觀整體，性能估算9.4.5 方波發(fā)生器方波發(fā)生器下頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021-10-15l鋸齒波發(fā)生鋸齒波發(fā)生器器T思考？思考？R3大的大小對波大的大小對波形的影響

14、形的影響？使三角波電路的正、反向積分時間常數(shù)使三角波電路的正、反向積分時間常數(shù)不同不同鋸齒波電路。鋸齒波電路。下頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021-10-159.5 集成運算放大器應(yīng)用中應(yīng)注意的問題集成運算放大器應(yīng)用中應(yīng)注意的問題P280：1）集成運算放大器器件的選用）集成運算放大器器件的選用2）集成運算放大器器件的測試）集成運算放大器器件的測試3）集成運算放大器器件的調(diào)零）集成運算放大器器件的調(diào)零4）集成運算放大器器件的保護：）集成運算放大器器件的保護： （1）電源極性保護；）電源極性保護；（2）輸入保護；）輸入保護；（3）輸出保護）輸出保護下頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課

15、程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021-10-15 O1vS111fvRR 第一級反相比例第一級反相比例第二級反相加法第二級反相加法 OvS222fvRR O122fvRR 例：例：利用反相信號求和以實現(xiàn)減法運算利用反相信號求和以實現(xiàn)減法運算 Ov即即S111f22fvRRRR S222fvRR 當(dāng) 時22f11f RRRR ，得得2S1SOvvv （減法運算）（減法運算）例題例題下頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021-10-15圖圖1R1RRfvovi1vi2例例2-1：如圖電路是由理想集成運算放大器構(gòu)成的放大電路試寫如圖電路是由理想集成運算放大器構(gòu)成的放大電路試寫出出VO

16、與與Vi或或Vi1，Vi2及及Vi3之間關(guān)系式。之間關(guān)系式。 解：解：方法一：方法一：根據(jù)根據(jù)“兩虛兩虛“列列KCL方程方程圖一：圖一：vvP P=v=vN N，i ii i=0, v=0, vP P=v=vi1i1,i,iR1R1=i=iRfRf, ,圖圖2R4R9R7R6vi1vi2R2R8vo1vo2R1R5R3vovi3R10f1io12i1iRvvRvv 1f2i1f1ioR/Rv)R/R1(vv 11i1of2if1iRvRvRvRv 例題例題下頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021-10-15例例2-1：如圖電路是由理想集成運算放大器構(gòu)成的放大電路試寫如圖電路

17、是由理想集成運算放大器構(gòu)成的放大電路試寫出出VO與與Vi或或Vi1，Vi2及及Vi3之間關(guān)系式。之間關(guān)系式。 圖圖1RR1Rfvovi1vi2解：解：方法一：方法一：根據(jù)根據(jù)“兩虛兩虛“列列KCL方程方程圖圖2R4R9R7R6vi1vi2R2R8vo1vo2R1R5R3vovi3R10圖二：圖二：vP=vN，ii=0, vP1=vi1,iR1=iR2, vP2=vi2,iR5=iR6, vP3=vN321i1o11iRvvRv 62i2o52iRvvRv 82o3P33P1oRvvRvv 10oP393P3iRvvRvv 9103i3562i8121i83910oR/RVR)R/R1(VR)R

18、/R1(VRR)R/R1(V 例題例題下頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021-10-15例例2-1：如圖電路是由理想集成運算放大器構(gòu)成的放大電路試寫如圖電路是由理想集成運算放大器構(gòu)成的放大電路試寫出出VO與與Vi或或Vi1，Vi2及及Vi3之間關(guān)系式。之間關(guān)系式。 圖圖1RR1Rfvovi1vi2圖圖2R4R9R7R6vi1vi2R2R8vo1vo2R1R5R3vovi3R10解：解：方法二：方法二：熟悉基本運算單元電路，熟悉基本運算單元電路，結(jié)合疊加法直接寫出單級關(guān)系式結(jié)合疊加法直接寫出單級關(guān)系式121f,o2ivRRv0v 時時，1i1f, ,o2iv )RR1(v0

19、v 時時，, ,o,oovvv 圖一：圖一：當(dāng)當(dāng)v vi1=0=0時，為反相比例運算；時，為反相比例運算； v vi2=0=0時，是同相比例運算時，是同相比例運算1f2i1f1ioR/Rv)R/R1(vv 例題例題下頁下頁電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20122021-10-15例例2-1：如圖電路是由理想集成運算放大器構(gòu)成的放大電路試寫如圖電路是由理想集成運算放大器構(gòu)成的放大電路試寫出出VO與與Vi或或Vi1，Vi2及及Vi3之間關(guān)系式。之間關(guān)系式。 圖圖1RR1Rfvovi1vi2圖圖2R4R9R7R6vi1vi2R2R8vo1vo2R1R5R3vovi3R10解：解：方法二：方法二：熟悉基本運算單元電路，熟悉基