第一章 運(yùn)算放大器

第一章集成運(yùn)算放大器

1.1概述1.2集成運(yùn)放的應(yīng)用－基本運(yùn)算電路

1.1概述

集成電路是將半導(dǎo)體三極管、二極管、電阻等元件及連線全部集中制造在同一小塊半導(dǎo)體基片上，成為一個(gè)完整的固體電路。集成電路的元件密度高、引線短、外部接線少，從而提高了電子設(shè)備的可靠性和靈活性，并且減低了成本，為電子技術(shù)的應(yīng)用開辟了一個(gè)新的時(shí)代。一.集成電路

集成電路常有3種外形，即雙列直插式、圓殼式和扁平式，如下圖所示。

在集成電路中，發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的是集成運(yùn)算放大器，它實(shí)際上是一種高放大倍數(shù)的直接耦合多級(jí)放大電路，它是在早期的分立元件運(yùn)算放大電路基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，最初的分立元件運(yùn)算放大器是電子管的，只作為模擬計(jì)算機(jī)的一個(gè)基本部件，用以完成多種數(shù)學(xué)運(yùn)算，所以稱運(yùn)算放大電路，現(xiàn)在，運(yùn)放的應(yīng)用已遍及通信、計(jì)算技術(shù)、自動(dòng)控制、自動(dòng)測(cè)量等幾乎一切電子領(lǐng)域。二.集成運(yùn)算放大器1.2集成運(yùn)放的應(yīng)用－基本運(yùn)算電路－＋

v－

v+

vo＋－v－v+vo國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)運(yùn)放符號(hào)：vivo+VOM-VOM線性放大區(qū)運(yùn)放傳輸特性：vi1.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Avo無(wú)外加反饋回路的差模放大倍數(shù)。一般在105107之間。理想運(yùn)放的Avo為。2.差模輸入電阻RidRid>1M,有的可達(dá)100M以上。一.集成運(yùn)放的性能指標(biāo)4.-3dB帶寬BWRod

=幾-幾十。3.輸出電阻Rod理想運(yùn)放的條件虛短放大倍數(shù)與負(fù)載無(wú)關(guān)。分析多個(gè)運(yùn)放級(jí)聯(lián)組合的線性電路時(shí)可以分別對(duì)每個(gè)運(yùn)放進(jìn)行。虛斷運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)二.集成運(yùn)放理想化條件集成運(yùn)放理想化條件下分析法則虛短虛斷放大倍數(shù)與負(fù)載無(wú)關(guān)，可以分開分析。信號(hào)的放大、運(yùn)算有源濾波電路運(yùn)放線性應(yīng)用v-vov+ii_+i1=i2虛短虛斷結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：信號(hào)從反相端輸入。虛斷1.反相比例運(yùn)算電路三.基本運(yùn)算電路voRfR1RPvii1i2_+Ri=R1平衡電阻，使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相等，保證靜態(tài)時(shí)輸入級(jí)的對(duì)稱性。RP=R1

//Rf為保證一定的輸入電阻，當(dāng)放大倍數(shù)大時(shí)，需增大Rf，而大電阻的精度差，因此，在放大倍數(shù)較大時(shí)，該電路結(jié)構(gòu)不再適用。反相比例運(yùn)算電路voRfR1RPvii1i2_+i1=i2虛短虛斷虛斷例1.如圖,求vo的表達(dá)式。vivoR2R1RPR4R3i1i2i4i3M_+vivov-=v+=vi虛短虛斷結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：信號(hào)從同相端輸入。虛斷2.同相比例運(yùn)算電路RfR1RP_+vivo結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：輸出電壓全部引到反相輸入端，信號(hào)從同相端輸入。電壓跟隨器是同相比例運(yùn)算放大器的特例。電壓跟隨器_+調(diào)節(jié)反相求和電路的某一路信號(hào)的輸入電阻，不影響其它輸入電壓和輸出電壓的比例關(guān)系，調(diào)節(jié)方便。實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加或減少輸入端的個(gè)數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。3.反相求和電路R2RfR1vi2voRPvi1i2iFi1_+此電路如果以v+為輸入，則輸出為：v+與

vi1

和vi2的關(guān)系如何？注意：同相求和電路的各輸入信號(hào)的放大倍數(shù)互相影響，不能單獨(dú)調(diào)整。4.同相求和電路voR3Rfvi1R1R2vi2_+R3RF左圖也是同相求和運(yùn)算電路，如何求同相輸入端的電位？提示：1.虛斷：流入同相端的電流為0。2.節(jié)點(diǎn)電位法求v+或疊加定理。練習(xí)vi1voR1R2vi2R′_+

5.加減運(yùn)算電路R2R5R1vi2vovi1R4vi4vi3R3R6_+解出：差動(dòng)放大器R2R1R1vi2voR2vi1_+優(yōu)點(diǎn)：元件少，成本低。缺點(diǎn)：要求R1//R2//R5=R3//R4//R6。阻值的調(diào)整計(jì)算不方便。改進(jìn)：采用雙運(yùn)放電路。單運(yùn)放的加減運(yùn)算電路總結(jié)雙運(yùn)放的加減運(yùn)算電路RF1vi1vo1R1vi2R2R3RF2voR4vi3R5R6_+_+

例2.

A/D變換器要求其輸入電壓的幅度為0~+5V，現(xiàn)有信號(hào)變化范圍為-5V~+5V。試設(shè)計(jì)一電平抬高電路，將其變化范圍變?yōu)?~+5V。+5V-5V+5V+2.5V電平抬高電路A/D計(jì)算機(jī)vivovo=0.5vi+2.5Vvo=0.5vi+2.5=0.5(vi+5)V10k20k+5V5kvi20kvo1_+vo20k20k10k_+例3.三運(yùn)放構(gòu)成的電路如圖，求輸出電壓的表達(dá)式。vo2RRRWvi1vi2vo1abR1R1R2R2vo_+_+_+vo2RRRWvi1vi2vo1ab_+_+三運(yùn)放電路是差動(dòng)放大器，放大倍數(shù)可變。由于輸入均在同相端，此電路的輸入電阻高。vo2vo1R1R1R2R2vo_+由三運(yùn)放放大器組成的溫度測(cè)量電路Rt

：熱敏電阻集成化:儀表放大器voR1R1R2R2RRRWE=+5VRRRRtvi_+_+_+Rt=f(T°C)voR1R1R2R2RRRWE=+5VRRRRtvi_+_+_+v–=v+=0vit0t0vo若輸入：則：

微分運(yùn)算5.微分運(yùn)算電路與積分運(yùn)算電路vivoRR2i1iFC_+tvi0tvo0輸入方波，輸出是三角波。積分運(yùn)算應(yīng)用舉例i1iFviRR2Cvo_+tvi0tvo0V-VomTM積分時(shí)限注意:如果積分器從某一時(shí)刻輸入一直流電壓，輸出反向積分，經(jīng)過(guò)一