模擬電子技術(shù)運(yùn)算放大器電路

1、由前面介紹可知：集成運(yùn)放原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而應(yīng)用時(shí)常采由前面介紹可知：集成運(yùn)放原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而應(yīng)用時(shí)常采用閉環(huán)應(yīng)用用閉環(huán)應(yīng)用線性應(yīng)用線性應(yīng)用，集成運(yùn)放可用理想模型來代替。，集成運(yùn)放可用理想模型來代替。第一節(jié) 理想運(yùn)放模型及閉環(huán)分析運(yùn)放模型分類運(yùn)放模型分類1.按精度分類：按精度分類：理想模型：理想模型：非理想模型：非理想模型：運(yùn)放宏模型：運(yùn)放宏模型：2.按功能分類：按功能分類：直流模型：直流模型：交流小信號模型：交流小信號模型：大信號模型：大信號模型：噪聲模型：噪聲模型：1、集成運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)移特性集成運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)移特性:u-u+uouou- - u+0線性工作范圍正飽和負(fù)飽和輸入差模電壓的線

2、性工作范圍很?。ㄒ话銉H輸入差模電壓的線性工作范圍很?。ㄒ话銉H十幾毫伏），所以常將特性理想化十幾毫伏），所以常將特性理想化2、運(yùn)放線性工作的保障、運(yùn)放線性工作的保障:兩輸入端的兩輸入端的電壓電壓必須非常接近，才能保障運(yùn)放工作必須非常接近，才能保障運(yùn)放工作在線性范圍內(nèi)，否則，運(yùn)放將進(jìn)入飽和狀態(tài)。在線性范圍內(nèi)，否則，運(yùn)放將進(jìn)入飽和狀態(tài)。運(yùn)放應(yīng)用電路中，負(fù)反饋是判斷是否線性應(yīng)用的主運(yùn)放應(yīng)用電路中，負(fù)反饋是判斷是否線性應(yīng)用的主要電路要電路標(biāo)志標(biāo)志。集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用線性應(yīng)用運(yùn)放電路的一般分析方法線性應(yīng)用運(yùn)放電路的一般分析方法求輸出電壓的方法可分步驟進(jìn)行：求輸出電壓的方法可分

3、步驟進(jìn)行：1、利用、利用i+=0，由電路求出同相輸入端電壓，由電路求出同相輸入端電壓u+ ； 2、利用、利用u+=u- -，確定反相輸入端電壓，確定反相輸入端電壓u- -=u+ ； 3、利用已知電壓、利用已知電壓u- -，由，由A電路求出電流電路求出電流i1 ； 4、利用、利用i- -=0，求出電流，求出電流 if =i1 ； 5、由電路、由電路F的特性和的特性和u- -確定輸出電壓：確定輸出電壓：uo=u- - -F(if ) ；6*、檢驗(yàn)輸出電壓是否在線性范圍內(nèi)。、檢驗(yàn)輸出電壓是否在線性范圍內(nèi)。一、理想運(yùn)放模型：一、理想運(yùn)放模型：理想運(yùn)放具有如下性能：理想運(yùn)放具有如下性能：1、開環(huán)電壓增益

4、、開環(huán)電壓增益AUd ;2、輸入電阻、輸入電阻Rid ;3、輸出電阻、輸出電阻Ro=0;4、頻帶寬度、頻帶寬度BW ;5、共模抑制比、共模抑制比CMRR ;6、失調(diào)、漂移和內(nèi)部噪聲為零、失調(diào)、漂移和內(nèi)部噪聲為零 ;對功能電路非常重要對功能電路非常重要運(yùn)放的主要特點(diǎn)運(yùn)放的主要特點(diǎn)根據(jù)以上特點(diǎn)推出理想運(yùn)放線性應(yīng)用時(shí)的重要特性根據(jù)以上特點(diǎn)推出理想運(yùn)放線性應(yīng)用時(shí)的重要特性二、線性應(yīng)用情況下理想運(yùn)算放大器具有如下特征：二、線性應(yīng)用情況下理想運(yùn)算放大器具有如下特征：1、u+=u- -( (虛短虛短) )2、 i+=i- -=0 ( (虛斷虛斷) )3、輸出端呈電壓源特性：、輸出端呈電壓源特性：同相和反向輸

5、入端電流近似為零；同相和反向輸入端電流近似為零；兩輸入端電壓近似相等；兩輸入端電壓近似相等；Ui=U+=U-= Uo / AU Ui= Uo / AU 0 ; Ui= Ii Ri 0 ; Ii 0 ;UoU-U+I+I-AU(U+-U- )+-一、比例運(yùn)算電路一、比例運(yùn)算電路三、積分微分電路三、積分微分電路四、對數(shù)指數(shù)電路四、對數(shù)指數(shù)電路二、加、減法運(yùn)算電路二、加、減法運(yùn)算電路第二節(jié) 基本運(yùn)算電路UiR1RpRfUoI1If(1)、I+=0 U+0V (2)、U- -=U+=0V(虛地虛地)(3)、I1=Ui /R1(4)、I- -=0，If =I1= Ui /R1(5)、ifffoURRIR

6、UU1Rp=R1/Rf1.電路電路2.分析分析3.構(gòu)成要求構(gòu)成要求（R +=R - -）（一）、反相比例運(yùn)算電路（一）、反相比例運(yùn)算電路結(jié)論：結(jié)論：(1).閉環(huán)增益閉環(huán)增益AUf只取決于只取決于Rf和和R1 ； (2).負(fù)號表示負(fù)號表示Ui與與Uo反相；反相； ifioUfURRUUA1UiR1RfUoI1IfR2R2=R1/Rf(1)、I+=0 (2)、 (3)、 (4)、I- -=0，If =I1( 5)、ifoURRU)1 (1iUUiUUU111RURUIi1.電路電路3.構(gòu)成要求構(gòu)成要求2.分析分析（R +=R - -）11RRUUAfioUf結(jié)論：閉環(huán)增益結(jié)論：閉環(huán)增益AUf只取決

7、于只取決于Rf和和R1 ； 而與運(yùn)放本身無關(guān)。而與運(yùn)放本身無關(guān)。 電路：電路：UiRf =0UoR1 = R2當(dāng)當(dāng) Rf =0 ; R1 = 時(shí)：上式中的電壓增益為：時(shí)：上式中的電壓增益為：1ioUfUUAioUU即：是一個(gè)理想的電壓跟隨器。是一個(gè)理想的電壓跟隨器。（一）、（一）、 反相加法電路反相加法電路在反相比例電路的基礎(chǔ)上加一輸入支路，構(gòu)成反相加法電路。在反相比例電路的基礎(chǔ)上加一輸入支路，構(gòu)成反相加法電路。兩輸入電壓產(chǎn)生的電流都流向兩輸入電壓產(chǎn)生的電流都流向R Rf f 。所以輸出是兩輸入信號的比。所以輸出是兩輸入信號的比例和。例和。)()()(i22fi11ff2i21i1f2ii1o

8、URRURRRRURURIIU相之和。時(shí)，輸出等于兩輸入反當(dāng)f21RRR圖圖07.01 反相求和運(yùn)算電路反相求和運(yùn)算電路 Rp)(i2i1oUUU（二）（二） 同相加法電路同相加法電路在同相比例運(yùn)算電路的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)輸入支在同相比例運(yùn)算電路的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)輸入支路，就構(gòu)成了同相輸入求和電路，如圖所示。路，就構(gòu)成了同相輸入求和電路，如圖所示。圖圖07.02 同相加法電路同相加法電路 因運(yùn)放具有虛斷的因運(yùn)放具有虛斷的特性；特性；對運(yùn)放同相輸入端對運(yùn)放同相輸入端的電位可用疊加原理的電位可用疊加原理。求得：求得：;ofssPURRRUUnIII21:因02211nPnPPRUURUURUUofs

9、sPnnnURRRKURRRRURURU1)111(212211nRKRRRn;:21設(shè))()1 (1)(1 (212211nsfnnsfoUUURRnRURURURRKU結(jié)論：結(jié)論：(1).同相加法器的輸出電壓與輸入電壓同相加法器的輸出電壓與輸入電壓U1 Un之和成正比。之和成正比。 (2).缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)某一支路的缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)某一支路的Rn會影響比例放大倍數(shù)會影響比例放大倍數(shù) 。 (3).優(yōu)點(diǎn)：輸入阻抗高。優(yōu)點(diǎn)：輸入阻抗高。二、二、 減法電路減法電路減法器為同、反相放大器的組合，利用疊加原理求解：減法器為同、反相放大器的組合，利用疊加原理求解：圖圖07.02 減法電路減法電路 1.只考慮只考慮U

10、1作用時(shí)：作用時(shí)：111URRUfo2.只考慮只考慮U2作用時(shí)：同相端作用時(shí)：同相端輸入電壓為：輸入電壓為：2323URRRUp P 232312)1 (URRRRRUfo1123231212)1 (URRURRRRRUUUffooo1123231212)1 (URRURRRRRUUUffooo3.總輸出電壓為：總輸出電壓為：)(121UURRUfo上式可簡化為：;:321fRRRR若取電阻三、三、 積分電路積分電路積分運(yùn)算電路的分析方法與加法電路類似，反相積積分運(yùn)算電路的分析方法與加法電路類似，反相積分運(yùn)算電路如圖所示：分運(yùn)算電路如圖所示：圖圖12.05 12.05 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路

11、i(t)= if (t)i(t)= ui (t)/R1.利用運(yùn)放虛地的概念：利用運(yùn)放虛地的概念：2.電容兩端的電壓：電容兩端的電壓：ttuRCttiCtutud )(1d )(1)()(ifoc四、四、 微分電路微分電路微分運(yùn)算電路如圖所示微分運(yùn)算電路如圖所示: : 圖圖 07.07 微分電路微分電路ttuCRRiRtituffd)(d )()( :icfo顯然反映了輸入輸出的反映了輸入輸出的微分關(guān)系。ttuCtititidttduCtiid)(d)()()(;)()(iffcc五、五、 對數(shù)電路對數(shù)電路 圖圖 07.09 對數(shù)運(yùn)算電路對數(shù)運(yùn)算電路對數(shù)運(yùn)算電路見圖對數(shù)運(yùn)算電路見圖12.08。s

12、iTsdToTdsddRdolnlnexpRIUUIiUUUUIiiiUU圖中二極管可用三圖中二極管可用三極管發(fā)射接代替。極管發(fā)射接代替。六、六、 指數(shù)運(yùn)算電路指數(shù)運(yùn)算電路 指數(shù)運(yùn)算電路如圖指數(shù)運(yùn)算電路如圖07.1007.10所示。所示。Ti1sTisdfolnexpUUIRUUIRRiRiUffff指數(shù)運(yùn)算電路相當(dāng)反對數(shù)運(yùn)算電路。指數(shù)運(yùn)算電路相當(dāng)反對數(shù)運(yùn)算電路。 圖圖 07.10 07.10 指數(shù)運(yùn)算電路指數(shù)運(yùn)算電路圖中二極管可用三圖中二極管可用三極管發(fā)射接代替。極管發(fā)射接代替。第二節(jié)、電壓比較器 一、一、 單門限比較器單門限比較器 二、二、 遲滯比較器遲滯比較器 三、三、 單片集成電壓比較

13、器單片集成電壓比較器*四、四、 窗口比較器窗口比較器*五、五、 比較器的應(yīng)用比較器的應(yīng)用 比較器是將一個(gè)模擬比較器是將一個(gè)模擬電壓信號與一個(gè)基準(zhǔn)電壓電壓信號與一個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較的電路。相比較的電路。 常用的幅度比較電路常用的幅度比較電路有電壓幅度比較器、窗口有電壓幅度比較器、窗口比較器，具有遲滯特性的比較器，具有遲滯特性的比較器。這些比較器的閾比較器。這些比較器的閾值是固定的，有的只有一值是固定的，有的只有一個(gè)閾值，有的具有兩個(gè)閾個(gè)閾值，有的具有兩個(gè)閾值。值。一、 單門限比較器單門限比較器 (1)過零比較器和單門限電壓比較器過零電壓比較過零電壓比較器是典型的幅器是典型的幅度比較電路。度比較電路

14、。其電路圖和傳其電路圖和傳輸特性曲線如輸特性曲線如圖所示。圖所示。(a)(b) 圖07.01 過零電壓比較器(a)電路圖(b)傳輸特性曲線只有一個(gè)門限的只有一個(gè)門限的比較器比較器將過零電壓比較器的一個(gè)輸入端從接地改接到一個(gè)將過零電壓比較器的一個(gè)輸入端從接地改接到一個(gè)電壓值電壓值VREF 上上 , 就得到單門限比較器。就得到單門限比較器。電路圖和傳輸特性曲線如圖所示。電路圖和傳輸特性曲線如圖所示。 圖圖07.02 固定電壓比較器固定電壓比較器(a)電路圖電路圖(b)傳輸特性曲線傳輸特性曲線(2)(2)比較器的基本特點(diǎn)比較器的基本特點(diǎn) 工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。 開關(guān)特性，因

15、開環(huán)增益很大，開關(guān)特性，因開環(huán)增益很大，比較器的輸比較器的輸出只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。出只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。 非線性，非線性，因大幅度工作，輸出和輸入不成因大幅度工作，輸出和輸入不成線性關(guān)系。線性關(guān)系。二、遲滯比較器二、遲滯比較器om222REF1URRRRRURUfffom222REF2URRRRRURUfffU 稱為稱為上限閾值上限閾值(觸發(fā)觸發(fā))電平電平。由輸出引一電阻分壓支路到同相端，電路如圖所示。由輸出引一電阻分壓支路到同相端，電路如圖所示。當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓Ui從零逐漸增大：從零逐漸增大：時(shí)；當(dāng)UUi. 1omoUU此時(shí)觸發(fā)電平變?yōu)榇藭r(shí)觸發(fā)電平變?yōu)閁 2 ，

16、U 2 稱為稱為下限閾值下限閾值(觸發(fā)觸發(fā))電平電平。omoUUUU時(shí)：當(dāng)i. 2圖圖07.03(a)滯回比較滯回比較 器電路圖器電路圖當(dāng)當(dāng) Ui逐漸減小，且逐漸減小，且Ui = U 2 以前，以前， 始終等于始終等于Uom- ，因此出現(xiàn)如，因此出現(xiàn)如圖所示的遲滯特性曲線。圖所示的遲滯特性曲線。門限寬度門限寬度 U ：omom22 21UURRRUUUf圖圖07.03滯回比較電路滯回比較電路 的傳輸特性的傳輸特性一、 方波發(fā)生電路二、 三角波發(fā)生電路三、脈沖波 鋸齒波發(fā)生電路第四節(jié)、第四節(jié)、 波形發(fā)生器 一、一、 方波發(fā)生電路方波發(fā)生電路 方波發(fā)生電路是由滯回比較電路和RC定時(shí)電路構(gòu)成的，電路

17、如圖14.07所示。(1)(1)工作原理工作原理電源剛接通時(shí), 設(shè)21Z2PZoC, 0RRVRVVvv所以 電容C充電， 升高。參閱圖07.08。Cv圖圖07.07 方波發(fā)生器方波發(fā)生器 當(dāng) 時(shí)， ，所以 電容C放電， 下降。PNcVVvZoVv21Z2PRRVRVCv 當(dāng) ，時(shí)，返回初態(tài)。PNcVVvZoVv 方波周期用過渡過程公式可以方便地求出 )21ln(212fRRCRT 圖14.08 方波發(fā)生器波形圖(2)(2)占空比可調(diào)的矩形波電路占空比可調(diào)的矩形波電路 顯然為了改變輸出方波的占空比，應(yīng)改變電容器C的充電和放電時(shí)間常數(shù)。占空比可調(diào)的矩形波電路見圖14.09。 C充電時(shí)，充電電流經(jīng)電位器的上半部、二極管D1、Rf； C放電時(shí)，放電電流經(jīng)Rf、二極管D2、電位器的下半部。 圖14.09 占空比可調(diào)方波發(fā)生電路 占空比為：2111TTCRrRf1d w1 其中， 是電位器中點(diǎn)到上端電阻， 是二極管導(dǎo)通電阻。 wR1drCRrRRf2d ww22dr 其中， 是二極管導(dǎo)通電阻。即改變 的中點(diǎn)位置，占空比就可改變。wR2dr 圖14.08 方波發(fā)生器波形圖14.2.2 三角波發(fā)生器 三角波發(fā)生器的電路如圖14.10所示。它是由滯回比較器和積分器閉環(huán)組合而成的。積分器的輸出反饋給滯回比較器，作為滯回比較器的 。REFV1.當(dāng)vo