集成运算放大电路.ppt

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1,第5章运算放大线性处理器,2,第5章运算放大线性处理器,5.4.1运放工作在线性区时的特点5.4.2信号的运算电路5.4.3有源滤波器5.4.4电压源、电流源与电压、电流、电阻的测量,3,Ao越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈才能使其工作于线性区。

例：

若Ec=12V，Ao=106，则|ui|12V时，运放处于线性区。

线性放大区,5.4.1运放工作在线性区时的特点,4,5,由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放。

理想运放的条件,输出电压恒定，放大倍数与负载变化无关。

带负载能力极强。

运放工作在线性区的特点,一、在分析信号运算电路时对运放的处理,6,二、分析运放组成的线性电路的基本原则,虚短路虚开路放大倍数与负载无关。

7,1.比例运算电路,作用：

将信号按比例放大。

类型：

同相比例放大和反相比例放大。

电路结构：

引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。

这样放大倍数与运放本身无关，只与反馈系数即外部元件有关。

5.4.2信号的运算电路,8,i1=i2,1.放大倍数,虚短路,虚开路,一、反相比例运算电路,结构特点：

负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。

电压并联负反馈,9,2.电路的输入电阻,ri=R1,RP=R1/R2,uo,为保证一定的输入电阻，当放大倍数大时，需增大R2，而大电阻的精度差，因此，在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。

10,4.共模电压,输出电阻小；共模电压为0；“虚地”是反相输入的特点。

3.反馈方式,电压并联负反馈,输出电阻很小，输入电阻也不大。

11,反相比例电路的特点：

1.共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低。

2.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。

接近恒压源。

3.由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此从信号源取的电流较大。

对信号源要求较高。

5.在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。

4.输入和输出反相。

12,二、同相比例运算电路,u-=u+=ui,反馈方式：

电压串联负反馈。

输入电阻高。

虚短路,虚开路,结构特点：

负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。

虚开路,13,同相比例电路的特点：

3.共模输入电压为ui，因此对运放的共模抑制比要求高。

1.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。

2.由于串联负反馈的作用，输入电阻大。

4.输入与输出同相，放大倍数大于等于1。

14,此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。

三、电压跟随器,结构特点：

输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入。

电压跟随器是同相比例运算放大器的特例。

15,2.加减运算电路,作用：

将若干个输入信号之和或之差按比例放大。

类型：

同相求和与反相求和。

电路结构：

引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。

这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。

16,一、反相求和运算,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。

17,可用叠加法求,虚地,18,二、同相求和运算,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。

19,先求u+与输出关系，则有：

u+与ui1和ui2的关系如何？

流入运放输入端的电流为0（虚开路）,叠加法,20,左图也是同相求和运算电路，如何求同相输入端的电位？

提示：

1.虚开路：

流入同相端的电流为0。

2.节点电位法求u+。

21,解出：

三减法运算电路：

双端输入差动放大器,叠加法,22,差动放大器放大了两个信号的差，可实现减法运算。

该电路的特点是：

由于采用双端差动输入，故具有高共模抑制比；但是由于有并联负反馈存在，故它的输入电阻不高。

23,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。

多输入信号,24,虚短路,虚开路,虚开路,由节点电压式,25,例：

设计一个加减运算电路，RF=240k，使uo=10ui1+8ui2-20ui3,解:

（1）画电路。

系数为负的信号从反相端输入，系数为正的信号从同相端输入。

26,

（2）求各电阻值。

uo=10ui1+8ui2-20ui3,用节点电压法,27,优点：

元件少，成本低。

缺点：

要求R1/R2/R5=R3/R4/R6。

阻值的调整计算不方便。

单运放的加减运算电路,改进：

采用双运放电路。

28,四、双运放的加减运算电路,29,例：

A/D变换器要求其输入电压的幅度为0+5V，现有信号变化范围为-5V+5V。

试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为0+5V。

uo=0.5ui+2.5（V）,实现此功能的方法很多,30,uo=0.5ui+2.5V,=0.5（ui+5）V,31,五、三运放电路,32,虚短路：

虚开路：

33,因具有差动输入结构，故有高共模抑制比。

由于输入均在同相端，此电路的输入电阻高。

34,例：

由三运放放大器组成的温度测量电路。

Rt：

热敏电阻,集成化:

仪表放大器,选择合适的电阻，使输出电压与温度之间有某一比例关系，由此可实现温度测量及控制。

测温电桥,35,Rt=f（TC）,36,1.它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小。

2.关于输入电阻：

反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。

3.同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。

比例运算电路与加减运算电路小结,37,1.它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小。

2.关于输入电阻：

反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。

3.同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。

比例运算电路与加减运算电路小结,38,3.微分运算电路与积分运算电路,u=u+=0,一、反相微分运算,39,二、反相积分运算,由于是反相积分故为负,例一,40,U,积分时限,如果积分器从某一时刻输入一直流电压，输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。

恒流充电，故积分效果好。

几乎线性，不是指数充电。

41,输入方波，输出是三角波。

例二,也可以构作同相微分和同相积分电路，则输出为正，输入与输出同相。

42,其他一些运算电路：

对数与指数运算电路、乘法与除法运算电路等，由于课时的限制，不作为讲授内容。

积分电路的主要用途：

1.在电子开关中用于延迟。

2.波形变换。

例：

将方波变为三角波。

3.A/D转换中，将电压量变为时间量。

4.移相。

43,运算电路要求,1.熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路图及放大倍数公式。

2.掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。

3.会用“虚开路（ii=0）”和“虚短路（u+=u）”分析给定运算电路的放大倍数。

44,电压源的要求：

输出电阻小。

所以，要有电压负反馈。

电路组成：

比例放大器。

一、电压源,运放线性应用举例电压源、电流源与电压、电流、电阻的测量,45,电路特点:

1.输出电压的大小调节方便。

2.同相比例放大器组成的电压源的输出大于输入。

3.反相比例放大器组成的电压源输出可以小于输入。

4.同相比例放大器的输入电阻大，从信号源取得的电流小。

46,要求：

输出电阻大。

所以，要有电流负反馈。

F,IL,负载悬地！

二、电流源,47,负载接地的电流源,自己推导,48,指针式万用表的缺点：

（1）不能测量微小电压和微小电流；,

（2）万用表的内阻不是0或，因此引起误差；,（3）作交流测量时，表盘刻度是非线性的，影响精度。

三、电压、电流与电阻的测量,49,把表头改装成灵敏度较高、输入电阻较大的电压表。

输入电阻大，相当于电压表的内阻是。

IG正比于UX,若：

RF=10，表头的满偏电流IGmax=100A，,则：

满偏电压Uxmax=IGmaxRF=1mV,1.电压表,虚短路,虚开路,50,此电路的优点：

（1）量程由表头的满偏电流IG和电阻RF决定。

RF选用小电阻，能测量较小的电压；,

（2）输入电阻高，对被测电路影响小；,（3）测量值与表头内阻RG无关，表头的互换性好；,（4）RF小，可以做得较精密。

因此能较准确地测量小电压。

UX=UF=RFIG,51,电压表扩大量程,1mV表头,分压电阻的计算,取R1=100k,R2=900k,R3=1M,52,1mV表头,100,10A,10,100A,1,1mA,表头的满偏电压UG=IGRF=1mV,2.电流表,U=UF=IGRF，U=U+=IXR,53,3.电阻表,1mV表头,54,第5章非线性处理器,55,5.5非线性处理器,5.5.1概述5.5.2电压比较器,56,非线性应用：

是指运放处于非线性工作状态，即工作在饱和区。

此时，输出与输入uo=f（ui）是非线性函数关系。

运放组成非线性电路主要有以下两种形式：

1。

运放处于开环,5.5.1概述,57,2。

运放电路中有正反馈。

由于线性与非线性运放电路的分析方法不同，所以分析前，必须首先确定运放是否工作在线性区。

58,确定运放工作区的方法：

判断电路中有无负反馈。

若有负反馈，则运放工作在线性区；若无负反馈，或有正反馈，则运放工作在非线性区。

处于非线性状态运放的特点：

1.虚短路不成立。

2.输入电阻仍可以认为很大。

3.输出电阻仍可以认为是0。

59,一、过零比较器:

（UR=0时）,5.5.2电压比较器,传输特性曲线,Ui0则输出为正，反之为负。

Ui0则输出为正，反之为负。

60,UR,当uiUR时,uo=-Uom,二、单阈值比较,反相输入,（UR不为零）,61,特点：

运放处于开环状态。

当uiUR时,uo=+Uom当uiUR时,uo=-Uom,同相端输入,62,例：

利用电压比较器将正弦波变为方波。

方波与正弦波同相。

问：

若反相输入则如何？

可实现过零检测,63,电路改进：

用稳压管进行限幅。

+,+,ui,uo,UZ,R,R,注意此电阻不可少,此电路兼有线性与非线性两种工作状态,64,单阈值比较器的特点,1.电路简单。

2.当Ao不够大时，输出边沿不陡。

3.容易引入干扰。