16章运算放大电路.ppt
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1、16.1 集成运算放大器的简单介绍,16.1.1 集成运算放大器的特点,集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。,特点:高增益、高可靠性、低成本、小尺寸 采用直接耦合方式,需要的电容和电感通常外接。 二极管一般用三极管的发射结构成。,Auo 高: 80dB140dB rid 高: 105 1011 ro 低: 几十 几百 KCMR高: 70dB130dB,16.1.2 电路的简单说明,输入级,中间级,输出级,同相 输入端,输出端,反相 输入端,输入级:输入电阻高,能减小零点漂移和抑制干扰信号,都采用带恒流源的差放 。 中间级:要求电
2、压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。 输出级:与负载相接,要求输出电阻低,带负载能力强,一般由互补对称电路或射极输出器构成。,输入级,中间级,输出级,偏置电路,对于集成运放电路,应首先找出偏置电路,然后根据信号流通顺序,将其分为输入级、中间级和输出级电路。,16.1.3 主要参数,1. 最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。,2. 开环差模电压增益 Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo愈高,所构成的运算电路越稳定,运算精度也越高。,6. 共模输入电压范围 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值,运放的共模抑制性能下
3、降,甚至造成器件损坏。,愈小愈好,3. 输入失调电压 UIO 4. 输入失调电流 IIO 5. 输入偏置电流 IIB, 运放的特点,理想运放:,rid ,KCMRR ,ro 0,Auo , 运放符号:,16.1.4 理想运算放大器及其分析依据,国内符号:,同相输入端,反相输入端,输出端,国际符号:, 运放的电压传输特性:,设:电源电压VCC=10V。 运放的Auo=104,Ui1mV时,运放处于线性区。,Auo越大,线性区越小,当Auo 时,线性区0,Auo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扩大输入信号的线性范围。,理想特性,运算放大器线性应用时的分析依据,1. 差
4、模输入电阻 ,两个输入端的输入电流可认为是零,即虚断。,2. 开环电压放大倍数 输出电压是一个有限值,,即虚短。,运算放大器在饱和区时的情况 当 时,,例题,注意:此时输入端的输入电流也等于零 有“虚断”特性,但是没有“虚短”特性。,16.2 运算放大器在信号运算方面的应用,虚拟短路 虚拟断路 放大倍数与负载无关, 可以分开分析。,i1= if,虚短,虚断,1、反相输入,16.2.1比例运算,当RF= R1时,,反相器,特点:只有一个输入信号,并且通过电阻引入反相输入端,反相,RP =R1 / RF,平衡电阻,使输入端对地的静态电阻相等,保证静态时输入级的对称性。,特点: 共模输入电压=0 (
5、u=u+=0) 缺点: 输入电阻小( Ri=R1),Au只与外部电阻 R1、RF 有关,与运放本身参数无关。,| Au | 可大于 1,也可等于 1 或小于 1 。,例1:电路如下图所示,分别计算开关S断开和闭合时的电压放大倍数。,解:1. S断开 Au= RF R1 = 10K (1+1) K = 5,2. 闭合,由虚断:i+= i = 0 由虚短:u=u+= 0,相当于两个1K电阻并联,运用上一章的多级放大电路的知识如何求解?,例2 求电压放大倍数Au=uo/ui 。,u-= u+=0,iF = i2 +i3 = i1,RP=R1/(RF + R2 /R3),2、同相输入,u-= u+=
6、ui,虚短,虚断,特点:只有一个输入信号,并且通过电阻引入同相输入端,同相,i1= if,2、同相输入,特点:输入电阻高 缺点:共模输入电压0,平衡电阻 R2=R1/RF,Au只与外部电阻 R1、RF 有关,与运放本身参数无关。,Au 1 ,不能小于 1 。,u = u+ 0 ,反相输入端不存在“虚地”现象。,Au 1 等号何时成立?,考虑平衡条件,表达式如何?,此电路的作用与分离元件的射极输出器相同,但是电压跟随性能好。,3、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。,当 (开路)或 时, 称为电压跟随器。,左图是一电压跟随器,
7、电源经两个电阻分压后加在电压跟随器的输入端,当负载RL变化时,其两端电压 uo不会随之变化。,例3:,基准电压电路,例4:图中同相比例运算电路,,求:,解:,此电路为同相比例运算电路,,考虑平衡条件,表达式如何?,例5: 求图中运算电路R5的值。,A1:同相比例运算电路,A2:反相比例运算电路,平衡电阻: R2= Ri1 / Ri2 / Ri3 / RF,由虚短:u= u+= 0,由虚断:i = 0 if = ii1+ ii2 + ii3,当R11 = R12 = R13 = R1时,当R1 = RF时,1、反相求和运算,16.2.2 加法运算,调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻,不影响其
8、它输入电压和输出电压的比例关系,调节方便。,特点:多个输入信号,均通过电阻引入反相输入端,由虚短:u= u+,u+,由同相比例运算:,u+=?,根据叠加原理u+为ui1单独作用(ui20)和ui2单独作用时的代数和,平衡电阻:Ri1 / Ri2 = R1 / RF,2、同相求和运算,注意:同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响,不能单独调整。,特点:多个输入信号,均通过电阻引入同相输入端,考虑平衡条件,表达式如何?,平衡条件:Ri1 / Ri2 = R1 / RF,注意:在满足静态平衡条件下,同相求和电路的各输入信号的放大倍数不再互相影响,可以单独调整。,此图同相求和电路,如何求uo的表达
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