集成运算放大器的线性应用基础.ppt

第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的符号、模型和电压传输特性集成运算放大器的符号、模型和电压传输特性集成运算放大器是将电子器件和电路集成在硅片上的放大器。集成运算放大器是将电子器件和电路集成在硅片上的放大器。同相输入端的输入信号与输出信号相位相同；同相输入端的输入信号与输出信号相位相同；反相输入端的输入信号与输出信号相位相反。反相输入端的输入信号与输出信号相位相反。集成运算放大器的符号集成运算放大器的符号1第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的模型集成运算放大器的模型uid=ui+-ui-：差模输入电压；：差模输入电压；Auo：集集成成运运放放的的开开环环电电压压放放大大倍数；倍数；Ri：集成运放的输入电阻；：集成运放的输入电阻；Ro：集成运放的输出电阻。：集成运放的输出电阻。Ri Ro0Auo Ii+=Ii-0理想化理想化条件理想化条件“虚虚断断路路”2第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的电压传输特性集成运算放大器的电压传输特性线线性性放放大大区区：uo=Auo(ui+-ui-)=Auouid“虚虚短短路路”：Auo uid 0限幅区：限幅区：uo=UCC 或或 UEE，uid 可以较大，不再可以较大，不再“虚短路虚短路”。3第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础反相电压传输特性反相电压传输特性4第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础扩展线性放大范围扩展线性放大范围引入深度负反馈引入深度负反馈反相输入组态反相输入组态负负反反馈馈将将反反馈馈信信号号引引向向反反相相输输入入端端，使使反反馈馈信信号号抵抵消消部部分分输输入入信信号号，保保证证在在输输入入信信号号较较大大时时，uid仍仍然然很很小小，在在“虚虚短短路路”范范围围内，从而集成运算放大器工作在线性放大区。内，从而集成运算放大器工作在线性放大区。5第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础同相输入组态同相输入组态可以保证运放工作在线性区可以保证运放工作在线性区6第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础由集成运放构成的基本运算电路由集成运放构成的基本运算电路比例运算放大器比例运算放大器1.同相比例运算放大器同相比例运算放大器7第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础8第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础同相比例放大器的特点：同相比例放大器的特点：(1)信号从同相端输入，输出信号与输入信号同相；信号从同相端输入，输出信号与输入信号同相；(2)U+=U-0，反相端和同相端电压相等，反相端和同相端电压相等,即即“虚短虚短路路”；(3)闭环放大倍数大于等于闭环放大倍数大于等于1，可以设计成电压跟随器；，可以设计成电压跟随器；9第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础(4)闭环输入阻抗进一步增大，趋向于理闭环输入阻抗进一步增大，趋向于理想条件，即想条件，即Rif ；(5)闭环输出阻抗进一步减小，也趋向于理想条件，闭环输出阻抗进一步减小，也趋向于理想条件，即即Rof 0。10第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础【例例】彰显电压跟随器的隔彰显电压跟随器的隔离离(缓冲缓冲)作作用。用。有一内阻有一内阻 Rs=100 k 的信号源，为一个负载的信号源，为一个负载 (RL=1 k)提供电流和电压。一种方案是将它们直接提供电流和电压。一种方案是将它们直接相连相连(如图如图(a)所示所示)；另一种方案是在信号源与负载之间插入一级电；另一种方案是在信号源与负载之间插入一级电压跟随器压跟随器(如图如图(b)所示所示)。试分。试分析两种方案负载析两种方案负载 RL 所得所得到到的电压的电压 uL 和电流和电流 iL。11第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础1)闭环增益与电压传输特性闭环增益与电压传输特性2.反相比例运算放大器反相比例运算放大器12第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础13第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础2)闭环输入电阻闭环输入电阻反相比例放大器的特点：反相比例放大器的特点：(1)信号从反相端输入，输出信号与输入信号反相；信号从反相端输入，输出信号与输入信号反相；(2)U-=U+=0，因为同相端电压为零，因为同相端电压为零(接地接地)，所以反相端呈现，所以反相端呈现“虚地虚地”特特性；性；(3)闭环放大倍数闭环放大倍数 Auf=-=-R2/R1；(4)闭环输入电阻较小，闭环输入电阻较小，Rif R1，闭环输出电阻，闭环输出电阻Rof 0。14第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础【例例】电路如图所示，试问电路如图所示，试问(1)运放运放 A1、A2 的功能各是什么？的功能各是什么？(2)求输出电压求输出电压 与输入电压与输入电压 的关系式，即总增益的关系式，即总增益 的表达式。的表达式。15第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础【例】有一运放组成的反相比例放大器，如右图所示，电源电压UCC=|UEE|=12 V，求输入信号分别为ui1=1sint(V)和 ui2=2sint(V)时的输出波形图。16第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础相加器相加器1.反相相加器反相相加器【例例 2.3.5】试试设设计计一一个个相相加加器器，完完成成 uo=-(2ui1+3ui2)的的运运算算，并并要要求求对对ui1、ui2的的输输入入电电阻阻均均大大于于等等于于100 k。17第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础2.同相相加器同相相加器18第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础相减器相减器19第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础【例【例 2.3.6】利用相减器电路可以构成利用相减器电路可以构成“称重放大器称重放大器”。试问，输出电压试问，输出电压 uo 与重量与重量(体现在体现在 Rx 变化上变化上)有何关系。有何关系。20第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础积分器积分器差动积分器21第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础22第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础【例例 2.3.7】电电路路如如右右图图所所示示，当当t=t1(1s)时时，开开关关 S 接接 a 点点；当当t=t1(1s)t2(3s)时时，开开关关 S 接接 b 点点；而而当当 t t2(3s)时时，开开关关 S 接接 c 点点。已已知知运运算算放放大大器器电电源源电电压压 15 V，初始电压初始电压 uC(0)=0，试画出输出电压，试画出输出电压 uo(t)的波形图。的波形图。23第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础24第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础微分器微分器利用积分器和相加器求解微分方程利用积分器和相加器求解微分方程25第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础2.3.6 电压一电流变换电压一电流变换(V/I)和电流一电压变换和电流一电压变换(I/V)一一,电压一电流变换电压一电流变换(V/I)负载电流负载电流 与负载与负载 无关，而与输入信号无关，而与输入信号 成正比成正比26第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础二，电流一电压变换二，电流一电压变换I/V27第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础【例【例】精密直流电压测量电路精密直流电压测量电路28第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础【例【例 2.3.9】29第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础增益可调电路增益可调电路30第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础【例【例 2.3.10】31第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础【例【例 2.3.11】32第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础【例【例 2.3.12】33第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础【例【例 2.3.13】34第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础2.4 有源有源RC滤波器滤波器2.4.1 理想滤波器特性及其理想滤波器特性及其“逼近逼近”低通低通带通带通高通高通低通低通带阻带阻全通全通勃特沃斯滤波器勃特沃斯滤波器切比雪夫滤波器切比雪夫滤波器贝塞尔滤波器贝塞尔滤波器椭园滤波器椭园滤波器35第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础36第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础2.4.2 常用的一阶、二阶有源滤波器常用的一阶、二阶有源滤波器一阶有源一阶有源RC滤波器滤波器37第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础2.运放作为有限增益放大器的二阶有源滤波器运放作为有限增益放大器的二阶有源滤波器38第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础二阶低通滤波器二阶低通滤波器39第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础40第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础3，运放作为无限增益放大器的多重反馈有源滤波器，运放作为无限增益放大器的多重反馈有源滤波器41第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础二阶带通滤波器二阶带通滤波器42第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础43第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础双双T网络带阻滤波器网络带阻滤波器44第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础用带通和相加器构成的陷波器用带通和相加器构成的陷波器45第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础46第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础5.全通滤波器一一移相器全通滤波器一一移相器47第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础6.状态变量滤波器一一多功能滤波器状态变量滤波器一一多功能滤波器高通高通带通带通低通低通状态变量滤波器由积分器与相加器状态变量滤波器由积分器与相加器(相减器相减器)组成组成48第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础2.5 集成运放的非理想特性对实际应用的限制集成运放的非理想特性对实际应用的限制精度精度速度速度开环增益开环增益 Au共模抑制比共模抑制比输入电阻输入电阻 Ri输出电阻输出电阻 Ro失调电压失调电压 Uos失调电流失调电流 Ios输入偏流输入偏流 失调漂移失调漂移单位增益带宽单位增益带宽压摆率压摆率 SR49第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础1.失调电压失调电压Uos的影响的影响50第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础2.失调电流与输入偏流的影响失调电流与输入偏流的影响失调电流失调电流 输入偏流输入偏流51第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础3.有限的开环增益和带宽带导致的误差有限的开环增益和带宽带导致的误差52第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础4.有限的压摆率带耒的误差有限的压摆率带耒的误差定义：压摆率定义：压摆率SR53第第2 2章章 集成运算放大器的线性应用基础集成运算放大器的线性应用基础例例F3140F318F007通用型通用型指标一般指标一般54