集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用.ppt

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第5章集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用 end 第5章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用 end 運(yùn)放線性應(yīng)用的條件與特點(diǎn) 1 運(yùn)放的傳輸特性u(píng)o f ui 在圖示運(yùn)放電路中 有uo Aod ui2 ui1 Aodui 設(shè)電源電壓為 12V 則運(yùn)放最大輸出電壓UOM 10V 設(shè)運(yùn)放Aod 104 則其傳輸特性如圖所示 0 1 0 1 10 10 線性區(qū) 非線性區(qū) 非線性區(qū) 結(jié)論 運(yùn)放在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下線性區(qū)很窄 只能工作在非線性區(qū) 理想運(yùn)放則無(wú)線性區(qū) 如何使運(yùn)放工作在線性區(qū)呢 降低電壓放大倍數(shù) 如何降低電壓放大倍數(shù)呢 引入負(fù)反饋 結(jié)論 運(yùn)放工作在線性區(qū)的條件是在電路中加入負(fù)反饋 運(yùn)放線性應(yīng)用的條件與特點(diǎn) 2 運(yùn)放工作在線性狀態(tài)下的兩個(gè)特點(diǎn) RF引入負(fù)反饋 設(shè)U 與U 為運(yùn)放同相與反相端的電位 有uo Aod U U 即 U U uo Aod 因?yàn)閷?duì)于理想運(yùn)放有Aod 所以 U U 虛接 I I I I 設(shè)I 與I 為運(yùn)放同相與反相端的輸入電流 因?yàn)閷?duì)于理想運(yùn)放有rid 所以 I I 0 虛斷 end 分析運(yùn)放組成的線性電路的出發(fā)點(diǎn) 虛接虛斷放大倍數(shù)與負(fù)載無(wú)關(guān) 可以分開(kāi)分析 第5章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用 比例運(yùn)算電路 1 實(shí)現(xiàn)將輸入信號(hào)按比例放大的電路 稱為比例運(yùn)算電路 反相比例運(yùn)算 同相比例運(yùn)算 實(shí)現(xiàn)運(yùn)算uo kui 實(shí)現(xiàn)運(yùn)算uo kui 1 反相比例運(yùn)算電路 InvertingAmplifier 電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn) Rf引入深度負(fù)反饋 該反饋為何種組態(tài) 輸入信號(hào)加入反相端 平衡電阻R R1 RF 實(shí)現(xiàn)將信號(hào)放大并進(jìn)行運(yùn)算的電路 稱為運(yùn)算電路 比例運(yùn)算電路 2 參數(shù)計(jì)算 因?yàn)镮 0 所以i1 if 即 又因?yàn)閁 U R I 0 所以 即電壓放大倍數(shù) 輸入電阻 因?yàn)殡娐芬腚妷贺?fù)反饋 輸出電阻ro 0 若輸出端加負(fù)載 uo改變嗎 則實(shí)現(xiàn)運(yùn)算 虛地 i1 if I 例 R1 10k RF 20k ui 1V 求 uo RP應(yīng)為多大 Auf RF R1 20 10 2uo Aufui 2 1 2VRP R1 RF 10 20 6 7k 反相比例運(yùn)算電路舉例 反相比例電路的特點(diǎn) 1 共模輸入電壓為0 因此對(duì)運(yùn)放的共模抑制比要求低 2 由于電壓負(fù)反饋的作用 輸出電阻小 可認(rèn)為是0 因此帶負(fù)載能力強(qiáng) 1 由于并聯(lián)負(fù)反饋的作用 輸入電阻小 因此對(duì)輸入電流有一定的要求 2 在放大倍數(shù)較大時(shí) 該電路結(jié)構(gòu)不再適用 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 輸入電阻小 共模電壓為0以及 虛地 是反相輸入的特點(diǎn) 比例運(yùn)算電路 3 2 同相比例運(yùn)算電路 NoninvertingAmplifer 電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn) Rf引入深度負(fù)反饋 輸入信號(hào)加入同相端 平衡電阻R R1 RF 該反饋為何種組態(tài) i1 if I 參數(shù)計(jì)算 因?yàn)镮 0 所以i1 if 即 又因?yàn)閁 U ui 所以 即電壓放大倍數(shù) 則實(shí)現(xiàn)運(yùn)算 比例運(yùn)算電路 4 i1 if I 輸入電阻 因?yàn)殡娐芬腚妷贺?fù)反饋 輸出電阻ro 0 當(dāng)Auf 1時(shí) 稱為電壓跟隨器 VoltageFollower 此電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋 輸入電阻大 輸出電阻小 在電路中作用與分離元件的射極輸出器相同 但是電壓跟隨性能好 例題 Rf 10k RF 20k ui 1V 求 uo RP應(yīng)為多大 uo Auui 3 1 3VRP Rf RF 10 20 6 7k 同相比例運(yùn)算電路舉例 同相比例電路的特點(diǎn) 1 共模輸入電壓為ui 因此對(duì)運(yùn)放的共模抑制比要求高 1 由于電壓負(fù)反饋的作用 輸出電阻小 可認(rèn)為是0 因此帶負(fù)載能力強(qiáng) 2 由于串聯(lián)負(fù)反饋的作用 輸入電阻大 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 比例運(yùn)算電路 5 分析圖示電路輸出電壓u0與輸入電壓ui的關(guān)系 i1 if I 因?yàn)镮 0 所以i1 if 即 又因?yàn)閁 U 所以 則 U I 因?yàn)镮 0 所以R2 R3串聯(lián) 比例運(yùn)算電路 6 end 分析圖示電路輸出電壓u0與輸入電壓ui的關(guān)系 U i1 i2 虛接 虛斷 虛斷 比例運(yùn)算電路綜合舉例 例3 求Auf R2 uO1 i1 i2 i3 i4 例 運(yùn)放運(yùn)算電路如圖所示 導(dǎo)出的表達(dá)式 加 減運(yùn)算電路 反相加法器同相加法器減法器加減器 實(shí)現(xiàn)將若干個(gè)輸入信號(hào)之和或之差按比例放大的電路 稱為加 減運(yùn)算電路 加法與減法運(yùn)算電路 1 反相加法器 SummingAmplifer 電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn) Rf引入深度負(fù)反饋 輸入信號(hào)均加入反向端 平衡電阻R R1 R2 R3 Rf 輸入輸出關(guān)系計(jì)算 因?yàn)镮 0 所以i1 i2 i3 if 即 又因?yàn)閁 U R I 0 若取R1 R2 R3 R 則 則實(shí)現(xiàn)運(yùn)算 I 0 加法與減法運(yùn)算電路 2 反相加法器的特點(diǎn) 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 2 由于 虛地 的特點(diǎn) 調(diào)節(jié)反相求和電路的某一路信號(hào)的輸入電阻 不影響其他輸入電壓和輸出電壓的比例關(guān)系 調(diào)節(jié)方便 加法與減法運(yùn)算電路 2 同相加法器 電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn) Rf引入深度負(fù)反饋 輸入信號(hào)均加入同向端 輸入輸出關(guān)系計(jì)算 因?yàn)镮 0 所以i1 i2 i3 0 即 又因?yàn)樵谕啾壤髦杏?則實(shí)現(xiàn)運(yùn)算 I 0 整理得 RP R1 R2 R3 同相加法器的特點(diǎn) 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 2 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 加法與減法運(yùn)算電路 4 3 由于存在共模電壓 對(duì)輸入電壓及運(yùn)放的共模抑制比要求較高 加法與減法運(yùn)算電路 3 減法器 DifferenceAmplifer 輸入信號(hào)同時(shí)加入反相端與同相端 ui1單獨(dú)作用 0 ui2單獨(dú)作用 0 所以 若取R1 R2 R3 Rf則 end 若取R1 R2 R3 Rf則 差動(dòng)放大器 加法與減法運(yùn)算電路 6 例 R1 10k R2 20k ui1 1V ui2 1V 求 uo R2 加法與減法運(yùn)算電路 7 加減器 多個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)加入反相端與同相端 例2 設(shè)計(jì)一個(gè)加減運(yùn)算電路 選用的電阻在100 100K 使uo 10ui1 8ui2 20ui3 解 1 畫(huà)電路 系數(shù)為負(fù)的信號(hào)從第二級(jí)反相端輸入 系數(shù)為正的信號(hào)從第一級(jí)反相端輸入 加法與減法運(yùn)算舉例 加法與減法運(yùn)算舉例 2 1 它們都引入電壓負(fù)反饋 因此輸出電阻都比較小 2 關(guān)于輸入電阻 反相輸入的輸入電阻小 同相輸入的輸入電阻高 3 同相輸入的共模電壓高 反相輸入的共模電壓小 比例運(yùn)算電路與加減運(yùn)算電路小結(jié) 積分與微分運(yùn)算 1 1 積分運(yùn)算電路 Integrator 電容C引入深度負(fù)反饋 i1 ic I 在圖示電路中 因?yàn)镮 0 所以i1 ic 又因?yàn)閁 0 所以 uc 則 對(duì)該式積分 有 若設(shè)電容上電壓初始值為uc 0 則 積分電路的主要用途 1 在電子開(kāi)關(guān)中用于延遲 2 波形變換 例 將方波變?yōu)槿遣?3 A D轉(zhuǎn)換中 將電壓量變?yōu)闀r(shí)間量 4 移相 積分與微分運(yùn)算 2 積分與微分運(yùn)算 2 例 設(shè)積分電路中 uc 0 0 運(yùn)放輸出U0M 10V 試求 1 當(dāng)C 1uF R1分別為1k 和2k 輸入為階躍信號(hào)時(shí) uo 2 設(shè)R1C 10mS 輸入為矩形脈沖 uo 解 1 當(dāng)R1 1k 時(shí) 則 當(dāng)R1 2k 時(shí) 同理有 結(jié)論 RC的大小決定積分的速度 稱為時(shí)間常數(shù) 積分與微分運(yùn)算 3 當(dāng)輸入為圖示矩形脈沖時(shí) 可由公式進(jìn)行分段積分如下 1 當(dāng)0 t t1時(shí) ui 2V 2 當(dāng)t1 t t2時(shí) ui 2V 3 當(dāng)t2 t t3時(shí) ui 2V 同理有 積分與微分運(yùn)算 4 實(shí)際積分電路中存在積分漂移現(xiàn)象 積分電路對(duì)集成運(yùn)放中的失調(diào)與漂移同樣進(jìn)行積分 使輸出達(dá)到飽和的現(xiàn)象 盡可能選用失調(diào)與漂移小的運(yùn)放 在積分電容兩端并接電阻Rf Rf的作用 引入直流反饋 有效的抑制失調(diào)的影響 積分與微分運(yùn)算 5 2 微分運(yùn)算電路 Differentiator i1 ic I uc 在圖示電路中 因?yàn)镮 0 所以i1 ic 又因?yàn)閁 0 所以 則 微分電路輸出只與電路輸入變化率有關(guān) end 運(yùn)算電路要求 1 熟記各種單運(yùn)放組成的基本運(yùn)算電路的電路圖及放大倍數(shù)公式 2 掌握以上基本運(yùn)算電路的級(jí)聯(lián)組合的計(jì)算 3 會(huì)用 虛斷 ii 0 和 虛接 u u 分析給定運(yùn)算電路的放大倍數(shù) 第5章集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用 end 電壓與電流的變換 1 電壓 電流變換 Voltage to CurrentConverter 將電壓信號(hào)變換為電流信號(hào) 因?yàn)閁 U ui iL i1 所以 iL ui R1 即該電路可將電壓信號(hào)ui轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)iL輸出 電路特點(diǎn) 適用于負(fù)載不需要接地的場(chǎng)合 電壓測(cè)量 將RL換為一個(gè)表頭 可測(cè)量電壓 由于運(yùn)放入端電流接近零 輸出電流與表頭內(nèi)阻無(wú)關(guān) 故測(cè)量精度很高 電壓與電流的變換 2 電路特點(diǎn) 適用于負(fù)載需要接地的場(chǎng)合 輸出電流iL分析 u0 設(shè)輸出電壓為u0 則由疊加原理 反相輸入端電位U 為 由KCL有 iL i3 i2 則 因?yàn)閁 U 并設(shè)Rf R1 R3 R2 整理得 iL ui R3 即該電路可將電壓信號(hào)ui轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?hào)iL輸出 電壓與電流的變換 3 電流 電壓變換 Current to VoltageConverter 將電流信號(hào)變換為電壓信號(hào) 因?yàn)镮 0 所以 ii if uo Rfii 又因?yàn)閁 U 0 所以 即該電路可將電流信號(hào)ii轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)uo輸出 電阻測(cè)量 將Rf換為被測(cè)電阻RX 可測(cè)量電阻 end 限幅電路 1 限幅電路 又稱鉗位電路 當(dāng)輸入信號(hào)在一定范圍內(nèi)變化時(shí) 輸出跟隨變化 當(dāng)輸入信號(hào)變化超出范圍后 輸出保持恒定 UZ 定義 使輸出恒定時(shí)的輸入為門(mén)限電壓Uth Uth UZ Uth 本電路Uth 限幅電路 2 例 求圖示限幅電路的門(mén)限電壓Uth 解 電路輸出由二極管工作狀態(tài)決定 若D截止 則 若D導(dǎo)通 則 如何判斷二極管的工作狀態(tài) ua 設(shè)D截止 則 則當(dāng)uD UD時(shí)D導(dǎo)通 而D導(dǎo)通時(shí)輸出變化 即 所以 Uth UO 單向限幅 end