模拟电子技术课件-002.ppt

1、重点难点重点难点重点重点：运放构成的电路系统分析运放构成的电路系统分析。难点难点：理解虚短、虚断和虚地的概念理解虚短、虚断和虚地的概念 8.1 基本运算电路基本运算电路8.2 实际运放电路的误差分析实际运放电路的误差分析8.3 对数和反对数运算电路对数和反对数运算电路8.5 有源滤波电路有源滤波电路8.1 基本运算电路基本运算电路 比例运算电路比例运算电路 积分电路积分电路 微分电路微分电路 减法电路减法电路 加法电路加法电路uu+uo集成运算放大器符号集成运算放大器符号 A0uu+uo国际符号：国际符号：国内符号：国内符号：CCUCCU反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端输出端输出端信号

2、输入方式信号输入方式1 1、反向输入：信号从反向输入，则输出信号与输入信号反向、反向输入：信号从反向输入，则输出信号与输入信号反向2 2、同向输入：信号从同向输入，则输出信号与输入信号同向、同向输入：信号从同向输入，则输出信号与输入信号同向3 3、差分输入：信号从两端输入、差分输入：信号从两端输入duduAuuAu000)(uduouduo+UOM-UOMAo越大，线性范围越大，线性范围越小，必须加负反越小，必须加负反馈才能使其工作于馈才能使其工作于线性区。线性区。_+A0电压传输特性电压传输特性因此，因此，引入深度负反馈引入深度负反馈是集成运放实是集成运放实现现线性应用线性应用的必要条件。的

3、必要条件。)(0dufu 1 1、线性区、线性区:线性区线性区duAuuAu000)(2 2、饱和区：、饱和区：OMUu0饱和区饱和区运算放大器的定义：具有高放大倍数，并带有深度负反馈的直运算放大器的定义：具有高放大倍数，并带有深度负反馈的直接耦合放大器。由于实际运放的开环放大倍数很大，输入电阻极接耦合放大器。由于实际运放的开环放大倍数很大，输入电阻极高，输出电阻极低。故在分析时常采用将其近似理想化。高，输出电阻极低。故在分析时常采用将其近似理想化。一、理想运放的条件一、理想运放的条件理想运算放大器理想运算放大器 0A1 1、ir2 2、0ro3 3、uouu+ud反馈电路反馈电路rori二、

4、理想运放的电压传输特性二、理想运放的电压传输特性uduo+UOM-UOM0AuuuA00即：uu当：输出进入正饱和输出进入正饱和uu当：输出进入负饱和输出进入负饱和三、重要结论三、重要结论-分析基本运算电路的依据分析基本运算电路的依据“虚短路虚短路”1 1、由于、由于uuuA00 uu有：有：2 2、由于、由于ir0iddrui有：有：“虚断路虚断路”3 3、由于、由于00rococLLuuRrRu00有：有：集成运算放大器的分析方法集成运算放大器的分析方法uo uu+ib-ib+RL因为因为ro=0所以放大倍数与负载无所以放大倍数与负载无关，放大倍数可以独立关，放大倍数可以独立计算。计算。r

5、o放大倍数与负载无关，放大倍数与负载无关，为提高精度，一般取为提高精度，一般取f12/RRR 1.比例运算电路比例运算电路vIvO-+RfR1AvNvPR2电压并联负反馈电压并联负反馈 由第由第7章可知，电路为负章可知，电路为负反馈电路。反馈电路。0PN vv即电路处于深度负反馈条件下，即电路处于深度负反馈条件下，虚短虚短和和虚断虚断成立。成立。（1）反相比例运算电路反相比例运算电路利用虚短和虚断得利用虚短和虚断得fON1NIRvvRvv I1fOvRRv 运算放大器输入端共模信号很小运算放大器输入端共模信号很小 运算电路输入电阻较小运算电路输入电阻较小510 A 由于运放的增益一由于运放的增

6、益一般有般有 ，。11 FA所以所以输出与输入反相输出与输入反相1.比例运算电路比例运算电路vIvO-+RfR1AvNvP电压串联负反馈电压串联负反馈IPNvvv （2）同相比例运算电路同相比例运算电路利用虚短和虚断得利用虚短和虚断得fON1N0RvvRv I1fO)1(vRRv 运算放大器输入端共模信号较大运算放大器输入端共模信号较大 运算电路输入电阻很大运算电路输入电阻很大输出与输入同相输出与输入同相vIvO-+AvNvP电压跟随器电压跟随器IOvv 加减运算电路加减运算电路作用：作用：将若干个输入信号之和或之差按比将若干个输入信号之和或之差按比例放大。例放大。类型：类型：同相求和、反相求

7、和。同相求和、反相求和。方法：方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联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放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。数有关。2.加法电路加法电路1NS1-RvvfON-Rvv 根据根据虚短虚短、虚断虚断和和N点点的的KCL得：得：2S2f1S1fO-vRRvRRv f21RRR 若若0PN vv2NS2-Rvv R2RfR1vS2vS1iIvONP+则有则有2S1SO-vvv （加法运算）（加法运算）输出再接一级反相电路输出再接一级反相电路R2RfR1vS2vS1iIvO1N

8、P+RRvO+2S1SOvvv 可得可得3.减法电路减法电路 O1vS111fvRR 第一级反相比例第一级反相比例第二级反相加法第二级反相加法 OvS222fvRR O122fvRR（1）利用反相信号求和以实现减法运算）利用反相信号求和以实现减法运算 Ov即即S111f22fvRRRR S222fvRR 当当 时时22f11f RRRR ，得得2S1SOvvv （减法运算）（减法运算）从结构上看，它是反相输从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大入和同相输入相结合的放大电路。电路。fON1NS1RvvRvv （2）利用差分式电路以实现减法运算）利用差分式电路以实现减法运算3P2PS20R

9、vRvv S11fS23231f1O)(vRRvRRRRRRv 当当,231fRRRR 则则)(S1S21fOvvRRv 若继续有若继续有,1fRR 则则S1S2Ovvv 根据根据虚短虚短、虚断虚断和和N、P点的点的KCL得：得：PNvv 单运放的加减运算电路单运放的加减运算电路实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，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。以适应不同的需要。R2_+R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6643521R/R/RR/R/RR2_+R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6)(4433643RuRuR/R/Ruiiuu52211Ru

10、uRuuRuuoii虚短路虚短路虚开路虚开路虚开路虚开路12551212123451234(1)()iioiiiiuuRuRuRRR RuuuuRRRRR643521R/R/RR/R/R例例.R1=10k ,R2=20k ,ui 1=-1V=-1V，ui 2=1V=1V。求求:uo uo_+R2R1R1R2ui1_+ui2_+R2R1RPuo=(uo2-uo1)=(20/10)3-(-1)=8VR2R1uo1=ui1=-1Vuo2=ui2(1+R2/R1)=3V 例例 两级运算电路如图两级运算电路如图 所示。所示。(1)试推试推导导 uo 与与 ui1、ui2、ui3 的运算关系；的运算关系；

11、(2)若若:R1=R2=Rf1=30 k，R3=R4=R5=R6=Rf2=10 k，ui1=0.1 V，ui2=0.2 V，ui3=0.3 V，求，求 uo 的值。的值。uo1+R2Rf1R3R1ui1ui2R6+R4Rf2R5ui3 +uo 解解 (1)uo1=(f11ui1+f12ui2)第一级运算为加法运算：第一级运算为加法运算：uo=Rf2R4)(1+R6R5+R6ui3=uo1f24Rf2R4)(1+R6R5+R6ui3f11ui1+f12ui2)+f24(2)uo=ui3+ui2+ui1=(0.3+0.2+0.1)V=0.6 V+R2Rf1R3R1ui1ui2R6+R4Rf2R5u

12、i3 +uo uo14.积分电路积分电路式中，负号表示式中，负号表示vO与与vS在相位上是相反的。在相位上是相反的。根据根据“虚短虚短”，得得根据根据“虚断虚断”，得得0PN vv0I i即即0I v因此因此RviiS12 电容器被充电，其充电电流为电容器被充电，其充电电流为2i设电容器设电容器C的初始电压为零，则的初始电压为零，则 tRvCtiCvvd1d1S2OI tvRCvd1SO（积分运算）（积分运算）当当vS为阶跃电压时，为阶跃电压时，有有4.积分电路积分电路vO与与 t 成线性关系成线性关系 dtvRCvSO1tRCVS tV S u=u+=0RuioFtuCiidd1Fii 1t

13、uRCuiodduit0t0uou i+uoRR2i1iFCtuisin若输入：若输入：则：则：)90sin(costRCtRCuo5 5、微分运算、微分运算例、已知下图所示各电路中的集成运放均为理想运例、已知下图所示各电路中的集成运放均为理想运放。放。1.试说明各运放组成何种电路；试说明各运放组成何种电路；2.试分别求解各电路的运算关系。试分别求解各电路的运算关系。解：图（解：图（a）所示电路）所示电路A1A1为求和运算电路、为求和运算电路、A2A2为为积分电路。积分电路。d1 )1()()a(O1OI343421f2I21I1fO1tuRCuuRRRRRRRuRuRu练习、练习、电路如下图

14、所示，集成运放输出电压电路如下图所示，集成运放输出电压的最大幅值为的最大幅值为14V，填表。，填表。uI/V0.10.51.01.5uO1/V uO2/V 解：解：uO1(Rf/R)uI10 uI，uO2(1+Rf/R)uI11 uI。当集成运放工作到非线性区时，输出电压不是14V，就是14V。uI/V0.10.51.01.5uO1/V151014uO2/V1.15.51114练习、练习、在下图（a）所示电路中，已知输入电压uI的波形如图（b）所示，当t0时uO0。试画出输出电压uO的波形。解解：输出电压的表达式为 )(d11O IO21tutuRCutt)()(100 )()(10101 )

15、()(11O12I1O12I75112IOtuttututtututtuRCuO若t0时uO0，则t5ms时 uO10055103V2.5V。当uI为常量时 当t15mS时 uO100(5)10103（2.5）V2.5V。因此输出波形如下图所示。作业：nP375 8.1.1 8.1.2nP376 8.1.4 8.1.5nP378 8.1.10nP379 8.1.11电压电压电流变换电路电流变换电路测量放大电路测量放大电路单电源供电放大电路单电源供电放大电路稳压电源稳压电源电压电压电流变换电路电流变换电路 电流电流电压变换电路电压变换电路IsUo=-IsRfUoRfRP-+RLUsUo-+R1I

16、L 电压电压电流变换电路电流变换电路IL=Us/R1测量放大电路测量放大电路 电桥放大器电桥放大器RfRRR RX=R+RURUo-+RfUo-+RRURRURR+R主要用于非电量测量如压力，温度，应变等。主要用于非电量测量如压力，温度，应变等。RX的阻值随被测量的变化而变，的阻值随被测量的变化而变，RX=R+R.当当RX=R时电桥平衡，时电桥平衡，Ui=0,Uo=0当当RX产生产生 R变化时，输出电压将变化变化时，输出电压将变化 Uo，Uo正比于正比于 R。当电阻当电阻RfR,且相对变化且相对变化=R/RU-时，时，Uo为正饱和值为正饱和值 当当U+U-时，时，Uo为负饱和值为负饱和值 闭环

17、运放的两种基本电路闭环运放的两种基本电路1.反相放大器。它实质上是一个电压并联负反馈放大器，反相放大器。它实质上是一个电压并联负反馈放大器，主要特点是反相输入端呈主要特点是反相输入端呈“虚地虚地”.电压增益电压增益:AUf-RfRl式中，式中，Rf是反馈电阻，是反馈电阻，R1是反相输入端电阻。是反相输入端电阻。反相放大器的反相放大器的输入电阻输入电阻rif=R1，输出电阻，输出电阻rof=0。2.同相放大器。它实质上是一个电压串联负反馈放大器，同相放大器。它实质上是一个电压串联负反馈放大器，电压增益电压增益:AUf1+RfRl注意：式中注意：式中Rl是反相端电阻，是反相端电阻，Rf是反馈电阻。是反馈电阻。同相放大器的同相放大器的输入电阻输入电阻rif=，输出电阻，输出电阻rof=0小小 结结