最全最詳細運放原理應用電路

1、關于最全最詳細的運放原理應用電路第一張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1 集成運放應用電路的組成原理 根據集成運放自身所處的工作狀態(tài)，運放應用電路分：線性應用電路和非線性應用電路兩大類。 線性應用電路 -+AZ1Zfvovs1vs2iZ1或Zf采用非線性器件（如三極管），則可構成對數、反對數、乘法、除法等運算電路。Z1或Zf采用線性器件(R、C)，則可構成加、減、積分、微分等運算電路。組成：集成運放外加深度負反饋。 因負反饋作用，使運放小信號工作，故運放處于線性狀態(tài)。 第二張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 非線性應用電路 -+AvovIVREF組成特點：運放開環(huán)工作。 由

2、于開環(huán)工作時運放增益很大，因此較小的輸入電壓，即可使運放輸出進入非線區(qū)工作。例如電壓比較器。6.1.1 集成運放理想化條件下兩條重要法則 理想運放 失調和漂移0 推論因則因則第三張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月說明：相當于運放兩輸入端“虛短路”。 虛短路不能理解為兩輸入端短接，只是(v-v+)的值小到了可以忽略不計的程度。實際上，運放正是利用這個極其微小的差值進行電壓放大的。 同樣，虛斷路不能理解為輸入端開路，只是輸入電流小到了可以忽略不計的程度。相當于運放兩輸入端“虛斷路”。 實際運放低頻工作時特性接近理想化，因此可利用“虛短、虛斷”運算法則分析運放應用電路。此時，電路輸出只與外部

3、反饋網絡參數有關，而不涉及運放內部電路。第四張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 集成運放基本應用電路 反相放大器 -+AR1Rf+-vsvoifi1類型：電壓并聯負反饋 因則反相輸入端“虛地”。因則由圖輸出電壓表達式：輸入電阻輸出電阻因因深度電壓負反饋 ，第五張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 同相放大器 -+AR1Rf+-vsvoifi1類型：電壓串聯負反饋 因則注：同相放大器不存在“虛地”。因由圖輸出電壓表達式：輸入電阻輸出電阻因深度電壓負反饋 ，因則第六張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 同相跟隨器 -+A+-vsvo由圖得因由于所以，同相跟隨器性能優(yōu)于射隨器。

4、歸納與推廣 當R1 、Rf為線性電抗元件時，在復頻域內：反相放大器同相放大器拉氏反變換 得注：拉氏反變換時 第七張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 加、減運算電路 反相加法器 6.1.2 運算電路-+AR2Rf+-vs2voifi2R1i1+-vs1因則因則即整理得說明：線性電路除可以采用“虛短、虛斷”概念外，還可采 用疊加原理進行分析。 令vs2=0則令vs1=0則例如第八張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 同相加法器 -+AR2Rf+-vs1voR1+-vs2R3利用疊加原理：則 減法器 Rf-+AR3vs1voR2vs2R1令vs2=0，則令vs1=0，第九張，PPT共四

5、十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 積分和微分電路 有源積分器 -+ARC+-vsvo方法一：利用運算法則則方法二：利用拉氏變換拉氏反變換得第十張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 有源微分器 利用拉氏變換：拉氏反變換得-+ARC+-vsvo 波形變換 tvs0輸入方波積分輸出三角波vot0微分輸出尖脈沖tvo0第十一張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 對數、反對數變換器 對數變換器 -+AR+-vsvo利用運算法得：由于整理得缺點：vo受溫度影響大、動態(tài)范圍小。vs必須大于0。第十二張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 改進型對數變換器 -+A1+-vsvo+-A2VCC+-R

6、LR3R4tovB2R2R5T1T2R1iC2iC1由圖由于（很小）則（T1、T2特性相同）利用R4補償VT ，改善溫度特性。vS大范圍變化時， vO 變化很小。第十三張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 反對數變換器 利用運算法則得由于整理得缺點：vo受溫度影響大。vs必須小于0。-+AR+-vsvoT第十四張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 乘、除法器 vo1-+A1vXRXiXR1iXT1vo2-+A2vYRYiYR2iYT2-+A4T4iOvOR4iO-+A3R3vo3T3vZRZiZiZ因T1、T2、T3、T4 構成跨導線性環(huán)，則分析方法一：由圖整理得（實現乘、除運算）

7、第十五張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月vo1-+A1vXRXiXR1iXT1vo2-+A2vYRYiYR2iYT2-+A4T4iOvOR4iO-+A3R3vo3T3vZRZiZiZ分析方法二：A1、A2、A3對數放大器A4反對數放大器第十六張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1.3 精密整流電路 精密半波整流電路 利用集成運放高差模增益與二極管單向導電特性，構成對微小幅值電壓進行整流的電路。vo-+AvIR1voR2RL+-D1D2 vI =0時 vO =0 D1、D2 vO=0 vI 0時 vO 0 D1、D2 vO=0 vI 0 D1、D2 vO= -(R2 / R1)

8、vI工作原理：vOvI-R2 / R1傳輸特性vItvOtvIR2R1-輸入正弦波輸出半波第十七張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 精密轉折點電路 當v- 0，即 vI -(R3 / R1)VR 時： 當v- 0，即 vI 0 D1、D2 傳輸特性vOvI-R2 / R3VRR3R1-vO 0 D1、D2 vO=0 則則第十八張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 精密轉折點電路實現非線性的函數 R/R1vo1-+A1VR1Rr1RD1D2R1vIvo2-+A2VR2Rr2RD3D4R2RR-+A3VR3Rr3RD5D6R3Rvo3-+A4vORR/R2R/R3vOvIvI1vI2

9、vI3傳輸特性第十九張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1.3 儀器放大器 儀器放大器是用來放大微弱差值信號的高精度放大器。 特點：KCMR很高、 Ri 很大， Av 在很大范圍內可調。 三運放儀器放大器 由得由得由減法器A3得：若R1 = R2 、 R3 = R5 、 R4 = R6 整理得vI1+ -A1R1-+A2RGvo1vOvI2-+A3R2R3R4R5R6iGvo2第二十張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 有源反饋儀器放大器 可證明vI1+ -A3R1-+A1RGvOIO+ -A2R2R3VCCR5R6iGvI2RSVEEiSIOR4T1T2T3T4T1、T2差放

10、T3、T4差放A3跟隨器A2跟隨器A1放大器 采用嚴格配對的低噪聲對管和精密電阻，可構成低噪聲、高精度、增益可調的儀器放大器。第二十一張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 儀器放大器的應用 儀器放大器單片集成產品：LH0036、LH0038、AMP-03、AD365、AD524等。例：儀器放大器構成的橋路放大器溫度為規(guī)定值時 RT =R 路橋平衡 vo =0 。溫度變化時 RT R 路橋不平衡 vo 產生變化。儀器放大器RGRTRRRt oVREFvo第二十二張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月6.1.5 電流傳輸器 電流傳輸器：通用集成器件，廣泛用于模擬信號處理電路中。 電流傳輸

11、器電路符號及特點YXZCCvXvYvZiY=0iXiZY輸入端： iY= 0，即 RY ；X輸入端： vX = vY ，且vX與 iX 大小無關，RX0 ；Z輸出端： iZ = iX ，且 iZ 與 vZ大小無關；第二十三張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 電流傳輸器構成的模擬信號處理電路 YXZCCviRLiXiOR+- 互導放大器 互阻放大器 電流放大器 YXZCCisRLiXiOR2R1YXZCC1iiRvoiZ1RLYXCC2Z+-第二十四張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 負阻變換器 YXZCC2iX1R2YXCC1ZviiIiZ2R1iZ1RL第二十五張，PPT共四

12、十四頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2 集成運放性能參數及對應用電路影響 6.2.1 集成運放性能參數Avd高(80140dB)， Rid高(M)， Rod低 (100M) 共模特性 輸入直流誤差特性IIB(10100A)， VIO (mV)， IIO(為IIB的5% 10%) 大信號動態(tài)特性轉換速率SR， 全功率帶寬BWP第二十六張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月6.2.2 直流和低頻參數對性能的影響 Avd、Rid、Rod為有限值的影響 運放應用場合不同，各項性能參數影響也不同。因此工程估算時，可針對不同場合，有選擇地分析運算誤差。-+AR1Rf+-vsvoRLvidRidvO+-v-

13、Avd vid- +Rod+-R1Rfvs+-RL可證明其中Avd對精度影響最大。Avd越大，運算誤差越小。第二十七張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 KCMR、Ric為有限值的影響-+AR1Rf+-vsvoRL可證明其中Avd、KCMR越大，同相放大器運算精度越高。 由于同相放大器輸入端引入了共模信號，因此必須考慮KCMR的影響。 RicvO+-v-Avd vidRod+-R1RfvsRLv+RicRid+-Avd vicKCMR第二十八張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 輸入偏置電流IIB對性能的影響 -+AR1Rf+-vsvoR+= R1/ Rf則IIB在外電路反相端產生

14、的直流電壓: 則IIB在外電路同相端產生的直流電壓: 設R-、R+ 分別為外電路在反相端和同相端等效的直流電阻。 輸入偏置電流若則輸出無失調 例：注：平衡電阻R+的接入對性能指標計算沒有影響，但運算精度得到明顯改善。 因此，為減小IIB對運算精度的影響，要求外接在集成運放兩輸入端的直流電阻相等。第二十九張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 失調電流IIO與失調電壓VIO的影響 vO+-R1RfRLIIBIIBIIO2IIO2+ -VIOR+可證明為減小失調的影響：在R+較小時，應選擇VIO小的運放；在R+較大時，應選擇 IIO小的運放。第三十張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月6.

15、2.3 高頻參數對性能的影響 小信號頻率參數 開環(huán)帶寬BW 內補償的集成運放可近似看成是單極點系統(tǒng)，該運放的上限截止頻率即開環(huán)帶寬BW（或稱3dB帶寬）。 單位增益帶寬BWG 指增益下降到1（0dB）時對應的頻率。小信號工作時，其值為常數，且BWG = AvdIBW 。當運放閉環(huán)工作時，BWG等于反饋電路的增益帶寬積。反饋越深，Avf 越小，閉環(huán)帶寬BWf 越寬。即 BWG = AvfBWf第三十一張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 大信號動態(tài)參數 指集成運放輸出電壓隨時間最大可能的變化速率。其值越大，運放高頻性能越好。影響SR主要原因：運放內部存在寄生電容和相位補償電容。 轉換速率（

16、又稱壓擺率） 指集成運放輸出最大不失真峰值電壓時，允許的最高工作頻率。 全功率帶寬 當SR一定時，最大不失真輸出電壓與工作頻率成反比。工作頻率越高，不失真輸出的Vom就越小。第三十二張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月6.4 集成電壓比較器 電壓比較器的作用比較兩輸入信號大小，并以輸出高、低電平來指示。 電壓比較器的特點輸入模擬量，輸出數字量。實現模擬量與數字量間的轉換。6.4.1 電壓比較器的作用 電壓比較器工作原理 只要開環(huán)Avd很大，則v+、v-間的微小差值，即可使運放輸出工作在飽和狀態(tài)。 由可知v+ v- 時， vo=Vomax（正飽和值） v+ v- 時， vo=Vomin （

17、負飽和值） v+ = v- 時，邏輯狀態(tài)轉換 因此第三十三張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 理想比較特性-+AvovIVREFvIvoVREFVomaxVomin0vI VREF 時， vo=VominvI = VREF 時，邏輯狀態(tài)轉換 理想特性vIvoVREFVomaxVomin0 實際比較特性實際特性vI VREF -Vomin /Avd 時， vo=Vomin注：Avd 越大，比較特性越接近理想特性， VREF作為 門限值的比較精度越高。第三十四張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月6.4.1 具有不同比較特性的電壓比較器 單限電壓比較器 特點：運放開環(huán)工作。 過零比較器

18、 -+AvovI+-R1D1D2RR（VREF =0） R1限流電阻，與D1、D2共同構成電平變換電路。VOH = VZ + VD(on) VOL= -( VZ + VD(on) ) vIvoVOHVOL0比較特性tvO0tvI0第三十五張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 單限比較器 -+AvovI+-R3D1D2R1/R2VREFR1R2i1i2分析方法：1）令v-= v+求出的輸入電壓vI 即門限電平。2）分別分析vI大于門限、小于門限時的輸出vO電平。令得門限電平即v+ v-若則vO = VOH比較特性vIvoVOHVOLVREFR2R1-第三十六張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于20

19、22年6月 單限比較器優(yōu)點： 電路結構簡單，可不計有限KCMR的影響。 單限比較器缺點： 電路抗干擾能力差。 例如：過零比較器，當門限電平附近出現干擾信號時，輸出會出現誤操作。 tvO0vIt0第三十七張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月 遲滯比較器（施密特觸發(fā)器） -+AvovI+-R3D1D2RVREFR1R2特點正反饋電路。具有雙門限。令得門限電平： 反相輸入遲滯比較器 遲滯寬度： vIvoVOH0比較特性VOLVILVIH第三十八張，PPT共四十四頁，創(chuàng)作于2022年6月-+AvovI+-R3D1D2RVREFR1R2令得門限電平： 同相輸入遲滯比較器 遲滯寬度： vIvoVOH0比較特性VOLVILVIH 將反相遲滯比較器中的vI與VREF交