第二模塊集成運(yùn)放基本電路

第十二講理想運(yùn)算放大器1理想運(yùn)放的概念

理想運(yùn)放的技術(shù)參數(shù)應(yīng)滿足下列條件

開(kāi)環(huán)差模電壓增益

Aod=∞差模輸入電阻

Rid=∞輸出電阻

Rod=0共模抑制比

KCMR=∞輸入偏置電流

IIB=0開(kāi)環(huán)帶寬

KCMR=∞Introduction-BasicsBasicConfigurationofOpampsThreeterminals(2inputsand1output)BipolarpowersupplyReferencegroundisthe“powersupplyground”BasicConfigurationofOpampsCharacteristicsofOpampsOutputvoltageisproportionaltothedifferencebetweenthetwoinputs.Theopen-loopgainAisveryverylarge,and

canbeconsideredasinfiniteCharacteristicsofOpampsThetwoinputterminalsare“virtuallyopen”.Thatis,theinputimpedanceoftheterminalsare

veryverybig(infinite).Theoutputimpedanceisveryverysmalland

canbeconsideredaszero.CharacteristicsofOpampsWewouldlikeopampstoamplifytheamplitudeofinputsignalbyafactorofany

arbitraryvalue;However,theopen-loopgainisfixedandtoolarge,

thereforesomeexternalcircuitsshouldbeusedto

makethesystemclose-loop;Therearetwoconfigurationsintermsofusingthe

externalcircuits:Non-invertingandInverting.Avirtualshortcircuitmeansthatwhatevervoltageisat2willautomatically

appearat1becauseoftheinfinitegainA.Butterminal2happenstobe

connectedtoground;thusv1=0andv2=0.WespeakofterminalIasbeing

avirtualground—thatis,havingzerovoltagebutnotphysicallyconnectedto

ground.(3)

理想運(yùn)算放大器的等效模型理想運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)電壓增益Aod=∞

uuou∞

虛短差模輸入電阻

Rid=∞∞

iidi+i-虛斷Ⅰ：理想運(yùn)放輸出為有限值uo

II：理想運(yùn)放輸出電阻Rod=0i-運(yùn)放電路簡(jiǎn)化分析的要點(diǎn)輸出端相當(dāng)于理想電壓源虛斷虛短uuouR’運(yùn)放構(gòu)成的兩種基本負(fù)反饋電路1反相放大器(D01fanxiang.ms7)uoRfuuiii+ifi-ui平衡電阻R’=Rf

//R1何種反饋？電壓并聯(lián)深度負(fù)反饋②電路性能分析：

①電路結(jié)構(gòu)：

由虛斷：由虛短：R1“虛地”“虛地”是反相放大器的特點(diǎn)反相比例運(yùn)算放大器完成比例運(yùn)算Rif輸入電阻電壓增益R1ui2同相放大器(D02tongxiang.ms7)①電路結(jié)構(gòu)：

uoRfuui1i+ifi-R’平衡電阻R’=Rf

//R1何種反饋？電壓串聯(lián)深度負(fù)反饋②電路性能分析：

由虛斷：由虛短：電壓增益輸入電阻輸出電阻電壓串聯(lián)深度負(fù)反饋R1uiuoRfuuR’電壓跟隨器一、電壓比較器基本概念

電壓比較器是集成運(yùn)放的另一類基本應(yīng)用電路，作用是對(duì)兩個(gè)輸入電壓進(jìn)行比較，比較的結(jié)果及輸出只有兩種狀態(tài)，既高電平和低電平

當(dāng)ui<uREF

uouiuREFuo=uoH

→“1”當(dāng)ui>uREF

uo=uoL

→“0”模擬與數(shù)字電路的接口電路一位模數(shù)轉(zhuǎn)換電路電壓比較器D03(dianyanbijiaoqi).ms72

集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用1理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)1)開(kāi)關(guān)特性非線性區(qū)的理想運(yùn)放內(nèi)某些三極管飽和或截止，使運(yùn)放工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)uouiuREFuu輸出電壓的值只有兩種可能：或等于正向飽和值；或等于負(fù)向飽和值。時(shí)，發(fā)生狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。此時(shí)的輸入電壓稱為“閥值電壓”或“門(mén)限電壓”，用UTH表示。UOL

UOH

非線性區(qū)非線性區(qū)uOu+-u-0一般運(yùn)放輸出端不接限幅的情況下，輸出電壓的高、低電平在數(shù)值上分別與運(yùn)放的正負(fù)電源電壓值接近uouiuREFuuVCC－VCC理想特性線性區(qū)uo=Aoduid=Aod(u+-u-)理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn)2)理想運(yùn)放的輸入電流等于零——“虛斷”理想運(yùn)放rid=，uouiuREFVCC－VCCi+i-3)理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)不引入負(fù)反饋，一般工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)只在判斷臨界狀態(tài)時(shí)才適用“虛斷”、“虛短”UOL

UOH

非線性區(qū)非線性區(qū)uOu+-u-0線性區(qū)鑒別不靈敏區(qū)4)鑒別靈敏度

uouiuREFVCC－VCCAud=∞由于實(shí)際的運(yùn)放

Aud≠∞ui在UREF附近的一個(gè)很小范圍內(nèi)存在一個(gè)鑒別不靈敏區(qū)，在該范圍內(nèi)輸出狀態(tài)即非UOH又非UOL

，故無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入電平大小進(jìn)行判別。一般Aud↑→△U↓→鑒別靈敏度↑2電壓比較器1)反向電壓比較器uiURuouu基準(zhǔn)參考電壓時(shí)，發(fā)生狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。此時(shí)的輸入電壓ui稱為“閥值電壓”或“門(mén)限電壓”，用UTH表示。UTH＝UR0uiuOUoLUoHUR輸入電壓00uiuO2)過(guò)零比較器（零電平檢測(cè)器）-+uiuORR'根據(jù)虛斷：UOLUOHRO閥值電壓：uituot-+uiuORR'RO過(guò)零比較器的輸入、輸出波形003

集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用加法運(yùn)算電路

反相加法運(yùn)算電路

同相加法運(yùn)算電路

差動(dòng)加法運(yùn)算電路

uuou1反相加法運(yùn)算電路

R’uoii1i+ifi-ui1R1RfR2ui2R3ui3平衡電阻R’=Rf

//R1//R2//R3由虛斷：ii2ii3由虛短：由虛地：若R1＝R2＝R3＝R反相加法運(yùn)算電路優(yōu)點(diǎn)

（1）改變R1R2R3可調(diào)相加比例參數(shù)

（2）由于疊加點(diǎn)為虛地，輸入信號(hào)之間滿足線性疊加定理，互不影響。2同相加法運(yùn)算電路電路平衡Rf

//R=R’//R1//R2//R3由虛斷：ii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+ifi-Rii1R’iR’由虛短：消除u+和u-得uo和ui關(guān)系式若R1＝R2＝R3Rui1uoRfuui1i+ifi-R1同相加法運(yùn)算電路缺點(diǎn)

輸入信號(hào)之間相互影響iR1uiuoRfuui1i+ifi-R’由虛斷：ii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+ifi-Rii1R’iiR’ii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+ifi-Rii1R’iR’i

7.4.2差動(dòng)放大器ui2R2R1ui1uoRfuui+ifi-ii1R’ii2平衡電阻R’//R2=Rf

//R1由虛斷：由虛短：

一般要求：R’=Rf

R2=R1Rf差模電壓增益ui2R2R1ui1uoRfuui+ifi-ii1R’ii2R3R1u1uoR’R/2R’R/2u2R2R4

例1求輸出電壓表達(dá)式uo2uo1同相放大器輸出同相放大器輸出差動(dòng)放大器輸出

例2求輸出電壓表達(dá)式R’uoR2uui1i+i2i-uiR1R4R3i4i3由虛斷：Ｍ由“虛地”uoR4ui2R1R1ui1uui+i-R2R2R3R5

例3求輸出電壓表達(dá)式i3ii1ii2由虛斷：uo1由虛短：由反相放大器：

例4求輸出電壓表達(dá)式ui4R’uoii1i+ii4i-ui1R1R2ui2R3ui3ii2ii3KuXuYYXuo1R4由虛斷：由“虛地”

例5試設(shè)計(jì)一個(gè)加減運(yùn)算電路，使uo=10ui1+8ui2-20ui3加減運(yùn)算電路的設(shè)計(jì)步驟先根據(jù)函數(shù)關(guān)系畫(huà)出電路，然后計(jì)算參數(shù)R3ui3ii3i+uoRfifi-R’R1ui1ii1R2ui2ii2解(1)

畫(huà)出電路(2)

計(jì)算電阻平衡電阻R’//R1//R2=Rf

//R3取Rf

=240kΩ一般取Rf

=（幾kΩ至1MΩ）R3ui3ii2R3ui1ii3uo1

例5試設(shè)計(jì)一個(gè)加減運(yùn)算電路，使uo=10ui1+8ui2-20ui3R2ui2ii2i+Rf1ifi-R5R4ii3i+uoRf2ifi-R6取Rf1=取Rf2=積分器1反相積分器R’uoRfuuiii+iCi-uiR平衡電阻R’=RuC由虛斷：由“虛地”實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的積分運(yùn)算，還可實(shí)現(xiàn)延時(shí)、移相、波形變換作用R’uoRfuuiii+iCi-uiRuCR’uoRfuuiii+i-uiR反相放大器輸出當(dāng)s=jω→0時(shí)，uo(s)→∞uo(s)→±VCC阻塞失真Auf(s)→∞R’uoZ2uuiii+i-uiZ12實(shí)際應(yīng)用的積分器R’uouuiii+i-uiRuCRf反相比例放大器輸出當(dāng)s=jω→0時(shí)，Auf(s)→-Rf

/R避免阻塞失真當(dāng)sRf

RC>>R時(shí)R’uoRfuuiii+ifi-uiR微分器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的微分運(yùn)算，還可實(shí)現(xiàn)移相、波形變換作用uCiC1反相微分器平衡電阻R’=Rf由虛斷：由“虛地”R’uoZfuuiii+i-uiZ1反相放大器輸出iCuCR’uoRfuui+ifi-uiCfR2實(shí)際應(yīng)用的微分器R限制輸入電流，降低高頻噪聲ω↑→1/ωC↓→iC

↑→高頻噪聲Cf相位補(bǔ)償，抑制自激振蕩對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路R’uoRfuuiii+ifi-uiRiD由虛斷：由于PN結(jié)電壓與電