第8章集成运算放大器的应用PPT优秀课件

《第8章集成运算放大器的应用PPT优秀课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第8章集成运算放大器的应用PPT优秀课件（93页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、1第八章第八章 集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用集成电路集成电路模拟集成电路模拟集成电路 集成运算放大器。集成运算放大器。数字集成电路数字集成电路集成运算放大器集成运算放大器 制作在一块硅半导体基片上的具制作在一块硅半导体基片上的具有有的直接耦合放大电路。的直接耦合放大电路。多级放大器多级放大器 增加放大倍数。增加放大倍数。中间级中间级输入级输入级输出级输出级uiuori高高Au大大ro小小带负载能力强带负载能力强直接耦合直接耦合 零点漂移零点漂移2电压比较器电压比较器(非线性应用非线性应用)。集成运放的输入级集成运放的输入级 差分放大电路。差分放大电路。集成运放的性能指标和理想运算放

2、大器。集成运放的性能指标和理想运算放大器。放大电路中的负反馈。放大电路中的负反馈。集成运放在信号运算方面的应用集成运放在信号运算方面的应用(线性应用线性应用)。RC桥式正弦波振荡器。桥式正弦波振荡器。本章主要内容本章主要内容差分放大电路差分放大电路抑制零点漂移效果好。抑制零点漂移效果好。用于多级放大器的输入级。用于多级放大器的输入级。差分放差分放大电路大电路u1uo两个输入端两个输入端u238-1 集成运放的输入级集成运放的输入级差分放大电路差分放大电路输入级输入级 零点飘移小、输入电阻零点飘移小、输入电阻ri高。高。差分放大电路。差分放大电路。中间级中间级 电压放大倍数高电压放大倍数高 共射

3、极放大电路。共射极放大电路。输出级输出级 输出功率大、输出功率大、ro小、带负载能力强。小、带负载能力强。偏置电路偏置电路 为上述电路提供偏流，设置合适的静态为上述电路提供偏流，设置合适的静态工作点。工作点。输入输入ui输出输出uo输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路信号源信号源负载负载集成运放的组成框图集成运放的组成框图互补对称功放电路。互补对称功放电路。4uot0直接耦合直接耦合放大电路放大电路ui=0uo-+零点漂移零点漂移温度变化温度变化晶体管参数变化晶体管参数变化工作点偏移工作点偏移虚假信号。虚假信号。Au越大越大 零点漂移影响越严重。零点漂移影响越严重。第一级第一级

4、 放大器产生的放大器产生的 零点漂移影响最严重。零点漂移影响最严重。抑制零点漂移首先从第一级抑制零点漂移首先从第一级 放大电路放大电路(输入级输入级)着手。着手。5RCIC1IE1REIE2IC2V1V2UEEUCCui2ui1RCRBRBuo一一.基本差分放大电路的组成和抑制零点漂移的原基本差分放大电路的组成和抑制零点漂移的原理理（一）基本差分放大电路的组成（一）基本差分放大电路的组成电路的左、右两部分对称。电路的左、右两部分对称。双电源供电。双电源供电。双端输入、双端输出。双端输入、双端输出。6UEE为为V1、V2提供偏流，建立合适的静态工作点。提供偏流，建立合适的静态工作点。UEE正极正

5、极地地V1、V2基极输入端基极输入端RB发射结发射结 REUEE负极。负极。RCIC1IE1REIE2IC2V1V2UEEUCCui2ui1RCRBRBuo静态静态 ui=0。7UREIC1IE1IREIE2IC2（二）抑制零点漂移的原理（二）抑制零点漂移的原理1.电路的对称性电路的对称性V1、V2放大电路静态工作点相同放大电路静态工作点相同 IC1=IC2 VC1=VC2 输出输出 uo=VC1-VC2=0当温度变化时，当温度变化时，IC1、IC2和和VC1、VC2 相同变化，且变化量相同变化，且变化量相等。保持相等。保持 uo=VC1-VC2=0。uo-+RCRCREV1V2UEEUCCu

6、i2ui1RBRB8IC1 VC1例如例如:TIC2 VC2二者变化量相等。二者变化量相等。保持保持 uo=VC1-VC2=0由于电路的对称性由于电路的对称性,采用双端输出方式采用双端输出方式,使每一个管子存在使每一个管子存在的零漂电压在输出端相互抵消。的零漂电压在输出端相互抵消。调零电位器调零电位器 图图8-1-3调零电位器调零电位器 RP调零操作调零操作92.射极公共电阻射极公共电阻RE的负反馈作用的负反馈作用 抑制每一个管子的零漂抑制每一个管子的零漂,在各种输入、输出情况下都起作在各种输入、输出情况下都起作用。用。RE阻值大些阻值大些,抑制零漂效果更好。抑制零漂效果更好。TIC1IC2I

7、REUREVEIC1UBE1IC2UBE2IC2UEEUCCRCRCIC1IREV1V2ui2ui1RBRBuoIE1REIE2URE10二二.差模输入、共模输入和共模抑制比差模输入、共模输入和共模抑制比ui1ui2(一一)差模输入信号与差模电压放大倍数差模输入信号与差模电压放大倍数RRui-UEE+UCCRCRBREV1V2RBuoRCvc1vc2差模信号差模信号 V1、V2基极分别加入大小相等、极性相反基极分别加入大小相等、极性相反的电信号。的电信号。晶体管晶体管V1、V2加入差模信号（双端输入）。加入差模信号（双端输入）。ui1=-ui2=（12）ui相对于接地点相对于接地点11差模电压

8、放大倍数差模电压放大倍数:衡量放大有用信号能力的技术指标。衡量放大有用信号能力的技术指标。在差模信号作用下，在差模信号作用下，V1、V1的集电极电位的集电极电位vc1、vc1向向相反方向变化。相反方向变化。ui1ui2RRui-UEE+UCCRCRBREV1V2RBuoRCvc1vc2uo=vC1-vC2=2vC1 =2uo1 差分放大电路的输差分放大电路的输出出差分放大电路的输出是每管输出的差分放大电路的输出是每管输出的2倍。倍。V2的输出的输出 uo2=vC2=-vC1V1的输出的输出 uo1=vC112差模电压放大倍数差模电压放大倍数iOduuA 差分放大电路在差模信号作用下，充分利用两

9、个晶体差分放大电路在差模信号作用下，充分利用两个晶体管的放大作用，有较高的差模电压放大倍数。管的放大作用，有较高的差模电压放大倍数。（二）共模输入信号和共模电压放大倍数（二）共模输入信号和共模电压放大倍数共模信号共模信号 两个极性相同、大小相等的电信号两个极性相同、大小相等的电信号。共模电压放大倍数共模电压放大倍数:衡量电路对称程度衡量电路对称程度,抑制零漂效果的抑制零漂效果的技术指标。技术指标。零点漂移就相当于零点漂移就相当于V1、V1加入共模信号所产生的效果。加入共模信号所产生的效果。如果差分放大电路完全对称，在共模信号作用下，双端输如果差分放大电路完全对称，在共模信号作用下，双端输出电压

10、为零。这时，差分放大电路对共模信号无放大作用。出电压为零。这时，差分放大电路对共模信号无放大作用。13共模电压放大倍数共模电压放大倍数AC衡量差分放大电路对称程度，对称程度越好，共模电压衡量差分放大电路对称程度，对称程度越好，共模电压放大倍数放大倍数AC越小，抑制零漂效果越好。理想情况下越小，抑制零漂效果越好。理想情况下AC=0。（三）共模抑制比（三）共模抑制比共模抑制比越大越好，通常可达共模抑制比越大越好，通常可达 。761010 综合表示差分放大电路放大差模信号能力和抑制零点综合表示差分放大电路放大差模信号能力和抑制零点漂移能力的技术指标。漂移能力的技术指标。cdCMRAAK共模抑制比共模

11、抑制比14761010 相当于相当于120140db理想情况下，理想情况下，KCMRcdCMRlg20AAK用分贝（用分贝（db）表示）表示15(一一)双端输入、双端输出双端输入、双端输出优点：差模电压放大倍数优点：差模电压放大倍数Ad较高。较高。抑制零漂效果好，抑制零漂效果好，KCMR高。高。缺点：输入端和输出端均不得接地。缺点：输入端和输出端均不得接地。三三.差分放大电路的输入方式和输出方式差分放大电路的输入方式和输出方式ui1ui2RRui-UEE+UCCRCRBREV1V2RBuoRCvc1vc216(二二)双端输入、单端输出双端输入、单端输出差模电压放大倍数差模电压放大倍数Ad是双端

12、输出的一半是双端输出的一半(uo1、uo2)。抑制零漂效果较好。抑制零漂效果较好。输出端可以有接地点。输出端可以有接地点。RRui1ui2ui-UEE+UCCRCRBREV1RBuo1RCuo2V2特点特点17ui-UEE+UCCRCRBREV1RBuoRCV2(三三)单端输入、双端输出单端输入、双端输出单端输入单端输入依靠依靠RE的耦合（的耦合（RE阻值足够大），可形成差模信号分别阻值足够大），可形成差模信号分别加入加入V1、V2的基极。故单端输入效果与双端输入相同。的基极。故单端输入效果与双端输入相同。特点：同双端输入、双端输出方式。特点：同双端输入、双端输出方式。但允许输入端有一端接地。

13、但允许输入端有一端接地。18RB-UEE+UCCRCRE-uo1uiV1RBRCV2-(四四)单端输入、单端输出单端输入、单端输出特点：同双端输入、单端输出方式。特点：同双端输入、单端输出方式。允许输入端和输出端均有一端接地。允许输入端和输出端均有一端接地。198-28-2 集成运放的性能指标和理想运算放大器集成运放的性能指标和理想运算放大器集成运放集成运放典型产品举例典型产品举例 CF741A741OA1OA2IN-IN+1V+V-OUT8541 调零端调零端2 反相输入端反相输入端3 同相输入端同相输入端4 电源端电源端(-VEE)5 调零端调零端6 输出端输出端7 电源端电源端(+VCC

14、)8 空脚空脚输出输出uo正比于两个输入端信号电压之差正比于两个输入端信号电压之差 差模输入。差模输入。输出输出uo=Aod(u+-u-)+-+uoAoduu同相输入端同相输入端反相输入端反相输入端单端输入单端输入20输出输出uo=Aod(u+-u-)Aod 开环差模电压放大倍数。开环差模电压放大倍数。输出输出uo正比于两个输入端信号电压之差。正比于两个输入端信号电压之差。+-+uoAoduu一一.集成运放的主要性能指标集成运放的主要性能指标(一一)开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数uuuuuAoioodAod越大越大,运放的运算精度越高。运放的运算精度越高。21(二二)差模输入电阻差模

15、输入电阻ridrid越大，取用的信号电流越小。越大，取用的信号电流越小。rod越小，运放带负载能力越强。越小，运放带负载能力越强。(三三)输出电阻输出电阻rod(四四)共模抑制比共模抑制比KCMRKCMR越大越好。越大越好。+-+uoAoduuridrod互补对称功放互补对称功放(射极输出器射极输出器)。表明其表明其Aod大、抑制零点漂移效果好。大、抑制零点漂移效果好。22uoui0线性区线性区二二.理想运算放大器理想运算放大器（一）理想运放的主要性能指标（一）理想运放的主要性能指标开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数Aod差模输入电阻差模输入电阻rid共模抑制比共模抑制比KCMR输出电阻

16、输出电阻rod=0uo+-uu-+（二）理想运放的电压传输特性（二）理想运放的电压传输特性uo=f(ui)=f(u+-u-)1.线性工作区线性工作区输出电压输出电压uo与输入电压与输入电压ui之间存在线性正比关系。之间存在线性正比关系。23+Uo（sat）-Uo（sat）uiuo0uo=Aodui=Aod(u+-u-)线性区直线的倾斜程度取决于线性区直线的倾斜程度取决于Aod,Aod越大越大,直线越陡直，直线越陡直，线性区越狭窄。线性区越狭窄。理想运放线性区直线与纵轴重合理想运放线性区直线与纵轴重合(Aod)。-Uo（sat）+Uo(sat）uoui0线性区线性区24（1）虚短）虚短uo=Ao

17、dui=Aod(u+-u-)odoAuuu0odoAuuu uu输出输出uo是一个有限值是一个有限值,而理想运放而理想运放Aoduo+-uu-+虚短虚短(路路)理想运放在线性区工作有两个重要特点理想运放在线性区工作有两个重要特点25（2）虚断）虚断理想运放理想运放 ridi+i-0idruiii+uiuo+ridi-i+同相输入端和反相输入端之间如同断开。同相输入端和反相输入端之间如同断开。虚断虚断(路路)26 例题例题8-1运放运放CF741的正、负电源电压是的正、负电源电压是15V，输出电压的饱和，输出电压的饱和值值 Uo（sat）=13V，开环差模电压放大倍数，开环差模电压放大倍数 Ao

18、d=。计算其最大差模输入电压。计算其最大差模输入电压 。5102)(uuuiuou-u+V65102135odo(sat)AUuu解解:运放工作在线性区允许加运放工作在线性区允许加入的最大差模输入电压入的最大差模输入电压运放的线性工作区非常狭窄。运放的线性工作区非常狭窄。同相输入端与反相输入端近似虚短。同相输入端与反相输入端近似虚短。272.非线性工作区非线性工作区输出电压正饱和值输出电压正饱和值 +UO(Sat)负饱和值负饱和值 -UO(Sat)理想运放在非线性区工作理想运放在非线性区工作的两个重要特点的两个重要特点(1)当当u+u-,ui0,输出输出uO=+UO(Sat)。当当u+u-,u

19、i0,输出输出uO=-UO(Sat)。输入输入u+u-,虚短不再存在。虚短不再存在。输出电压只有两种数值输出电压只有两种数值UO(Sat)。理想运放理想运放rid（2）“虚断虚断”仍然存在。仍然存在。i+i-0uoui+Uo（sat）-Uo（sat）0-Uo（sat）+Uo(sat）uoui0非线性区非线性区线性区线性区非线性区非线性区288-3 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈为确保集成运放工作在线性区必须加入负反馈为确保集成运放工作在线性区必须加入负反馈,以减小以减小其电压放大倍数。其电压放大倍数。由不同元、器件组成的负反馈电路使运放完成不同的由不同元、器件组成的负反馈电路使运放完成不

20、同的运算功能。运算功能。R1R2uiuOR1R2uiuORf信号的正向传送信号的正向传送 开环系统开环系统+-uf一一.反馈的基本概念反馈的基本概念29反馈信号可为电压或电流反馈信号可为电压或电流 (xf)。输出信号可为电压或电流输出信号可为电压或电流 (xo)。开环系统与闭环系统开环系统与闭环系统uOR2R1uiRfofxxF 反馈系数反馈系数F 表示反馈的强弱或深度。表示反馈的强弱或深度。uf以图示电路为例以图示电路为例反馈信号反馈信号 反馈电压反馈电压uf输出信号输出信号 输出电压输出电压uoofuuF 将放大电路输出信号将放大电路输出信号(电压或电流电压或电流)的一部分或全部，通的一部

21、分或全部，通过某种电路（反馈电路）反送回输入端，即为反馈。过某种电路（反馈电路）反送回输入端，即为反馈。30正反馈和负反馈正反馈和负反馈若反馈信号与外加输入信号叠加求和后，使净输入信号若反馈信号与外加输入信号叠加求和后，使净输入信号减小，从而使放大电路的放大倍数减小，称为负反馈。减小，从而使放大电路的放大倍数减小，称为负反馈。反馈信号与外加输入信号叠加求和后，使净输入信号增反馈信号与外加输入信号叠加求和后，使净输入信号增强，从而使放大电路的放大倍数增大，称为正反馈。强，从而使放大电路的放大倍数增大，称为正反馈。uduOR2R1uiRfuf反馈信号与外加输入信号反馈信号与外加输入信号叠加求和后，

22、形成运放的叠加求和后，形成运放的净输入信号。净输入信号。以图示电路为例以图示电路为例 反馈电压反馈电压 uf输入信号输入信号 ui净输入信号净输入信号 ud31二二.反馈极性的判别反馈极性的判别-净输入净输入 ud=u+-u-=ui-uf反馈电压反馈电压o1f1fuRRRuuiu+uduo uf ud负反馈负反馈R1R2uiuORfuduf32三三.负反馈的四种组态负反馈的四种组态(一一)电压反馈和电流反馈电压反馈和电流反馈按照反馈电路在输出端按照反馈电路在输出端分为电压反馈分为电压反馈和电流反馈。和电流反馈。电压反馈电压反馈 反馈信号与输出电压成正比。反馈信号与输出电压成正比。R1R2uiu

23、ORf反馈电压反馈电压o1f1fuRRRu判别方法判别方法:将输出端短路将输出端短路,uO=0，反馈信号消失的反馈信号消失的,即为电压反馈。即为电压反馈。uO=0 uf=0 电压负反馈。电压负反馈。ufuf uo33-uf电流反馈电流反馈uf=ioR判别方法判别方法:将将RL短路短路,uO=0，反馈反馈信号仍然存在信号仍然存在,即为电流即为电流反馈。反馈。RLuiR2u-uO R-iOu反馈信号与输出电流成正比。反馈信号与输出电流成正比。RLR2R_ufiOu-uO-u-_ui34电流负反馈有稳定输出电流的作用，使放大电路的电流负反馈有稳定输出电流的作用，使放大电路的 输出输出电阻电阻ro加大

24、。加大。电压负反馈有稳定输出电压的作用，使放大电路的电压负反馈有稳定输出电压的作用，使放大电路的 输出输出电阻电阻ro减小。减小。电压负反馈和电流负反馈对放大电路性能的影响电压负反馈和电流负反馈对放大电路性能的影响35（二）串联反馈和并联反馈（二）串联反馈和并联反馈从输入端看，按照反馈电路在输入端连接方式的不同，从输入端看，按照反馈电路在输入端连接方式的不同，使反馈信号与输入信号叠加方式不同，分为串联反馈使反馈信号与输入信号叠加方式不同，分为串联反馈和并联反馈。和并联反馈。反馈电压与输入信号电压串反馈电压与输入信号电压串联连接。联连接。信号叠加求和方式是电信号叠加求和方式是电压叠加求和，形成净

25、输压叠加求和，形成净输入电压。入电压。净输入电压净输入电压 ud=u+-u-=ui-uf 图图8-3-4所示电路亦为串联负反馈。所示电路亦为串联负反馈。串联负反馈串联负反馈R1R2uiuORfufud36iiifid输入信号输入信号ui加入反相输入端加入反相输入端反馈电路（反馈电路（Rf）接在反相输）接在反相输入端处，对输入信号电路形入端处，对输入信号电路形成一个并联分流支路。成一个并联分流支路。uO-输入信号与反馈信号以电流的方输入信号与反馈信号以电流的方式叠加求和，形成净输入电流。式叠加求和，形成净输入电流。id=ii-if反馈极性判别反馈极性判别R2-ui-R1Rf输入信号输入信号uii

26、iiduoifid削弱净输入电流削弱净输入电流负反馈负反馈并联负反馈并联负反馈37串联负反馈增大放大电路的输入电阻串联负反馈增大放大电路的输入电阻ri。并联负反馈减小放大电路的输入电阻并联负反馈减小放大电路的输入电阻ri。负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态R1R2uiuORf电压串联负反馈电压串联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈R-uiR2iOuu-uOuf38电压并联负反馈电压并联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈RuORL-uiR2iO-ufR1iiidifiiifidR2-ui-R1RfuO-四四.负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响(一一)提高了提高了放

27、大倍数的稳定性。放大倍数的稳定性。(二二)减小了减小了波形失真。波形失真。(三三)对对放大电路输入电阻和输出电阻的影响。放大电路输入电阻和输出电阻的影响。398-4 集成运放在信号运算方面的应用集成运放在信号运算方面的应用线性运用线性运用 引入深度负反馈引入深度负反馈一一.比例运算电路比例运算电路构成其它线性应用电路的基础。构成其它线性应用电路的基础。(一一)反相输入比例运算电路反相输入比例运算电路反相输入。反相输入。电压并联负反馈。电压并联负反馈。特点特点:虚地虚地虚断虚断i 0u 0虚短虚短u=u-0反相输入端反相输入端虚地虚地u u-iiifidR2-ui-R1RfuO-401.电压放大

28、倍数电压放大倍数fofof11iiRuRuuiRuRuuii输入信号电流输入信号电流反馈电路电流反馈电路电流据据KCLii=if+id id=i-=0上式中上式中ii=if故故i1fo1ifouRRuRuRu输出电压输出电压 uiiifidR2-ui-R1RfuO-u1fioRRuu411fioufRRuuA电压放大倍数电压放大倍数负号表明负号表明uo与与ui相位相反相位相反-反相输入的特点。反相输入的特点。完成比例运算，比例系数仅由电阻完成比例运算，比例系数仅由电阻R1和和Rf的阻值确定。的阻值确定。2.输入电阻输入电阻iiifidR2-ui-R1RfuO-1iiifRiurR1阻值较小。阻

29、值较小。3.输出电阻输出电阻rof较小，带负载能力强较小，带负载能力强-电压负反馈的特点。电压负反馈的特点。体现了并联负反馈的特点。体现了并联负反馈的特点。42平衡电阻平衡电阻R2=R1RfiiifidR2-ui-R1RfuO-反相器反相器取取Rf=R1 Auf=-1uO=-ui电压放大倍数电压放大倍数1fioufRRuuA43例题例题8-2 反相输入比例运算电反相输入比例运算电路，路，R1=20k、Rf=200k。计算计算Auf、rif和平衡电阻和平衡电阻R2。10202001fufRRA电压放大倍数电压放大倍数平衡电阻平衡电阻R2=R1 Rf=18.18k输入电阻输入电阻rif=R1=20

30、kiiifidR2-ui-R1RfuO-解：解：44输入信号输入信号 ui=0.5sint V例题例题:例题例题8-2所示反相输入比例运算电路输入信号为所示反相输入比例运算电路输入信号为计算输出电压信号计算输出电压信号uo。放大交流信号放大交流信号解解:Vsin5sin5.020200i1fottuRRutui00.5V0.5Vtui0 5V 5V45（二）同相输入比例运放电路（二）同相输入比例运放电路同相输入。同相输入。电压串联负反馈。电压串联负反馈。R1R2uiuORfu-u+虚断虚断u+ui虚短虚短u-u+ui1.电压放大倍数电压放大倍数of11uRRRu反相输入端反相输入端iof11u

31、uRRRu-u+uii1fo)1(uRRu输出电压输出电压46电压放大倍数电压放大倍数1fiouf1RRuuAAuf为正值为正值,表明表明uo与与uI同相。同相。2.输入电阻输入电阻rif 极高，可达极高，可达1000M以上。体现了串联负反馈的特点。以上。体现了串联负反馈的特点。3.输出电阻输出电阻由于引入了电压负反馈，输出电阻小，带负载能力强。由于引入了电压负反馈，输出电阻小，带负载能力强。平衡电阻平衡电阻R2=R1Rf47电压跟随器电压跟随器R2uiuORf取取R1=R2uiuO R1=、Rf=0Auf=1、uo=uI均使均使1fuf1RRA电压放大倍数电压放大倍数48例题例题8-3 同相

32、输入比例运算电路，同相输入比例运算电路，R1=100k、Rf=50k，输入信号输入信号ui=0.3sint V。计算计算uo及平衡电阻及平衡电阻R2。输出电压输出电压Vsin45.0sin3.0)100501()1(i1fottuRRuR2=R1 Rf=33.33k平衡电阻平衡电阻解：解：49从虚短入手从虚短入手 u+=u-i323uRRRu根据虚断根据虚断i323uRRRuu根据虚断和虚短根据虚断和虚短 例题例题8-4 运放电路如图示，写出运放电路如图示，写出uo与与ui的关系式。的关系式。输出输出i323ouRRRuu-uouiR2R3Rf-u-u+解：解：50二二.加法运算电路加法运算电

33、路功能功能 输出电压与多个输出电压与多个输入信号之和成正比。输入信号之和成正比。R11R12R13R2Rfui1i fi i1uo-i i3i i2ui2ui3反相输入加法运算电路反相输入加法运算电路虚地虚地u+=u-=0输入电流输入电流111 i1 iRui 122i2iRui133i3iRui 反馈支路电流反馈支路电流fofRui虚断虚断 i-=0ii1+ii2+ii3=if51fo133i122i111 iRuRuRuRu)(3i13f2i12f1i11fouRRuRRuRRu输出电压输出电压若取若取R11=R12=R13=R1输出电压输出电压)(3i2i1 i1fouuuRRuR2=R

34、11R12R13Rf平衡电阻平衡电阻R11=R12=R13=Rf取取输出电压输出电压)(3i2i1 iouuuu52例题例题8-5 反相输入加法运算电路，反相输入加法运算电路，R11=20k、R12=50k、R13=100k、Rf=100k，ui1=0.1V、ui2=+0.5V、ui3=0.3V。V2.0)3.0(100100)5.0(50100)1.0(20100ou平衡电阻平衡电阻 R2=2050 100 100=11.11k计算计算uo和和R2。输出电压输出电压解：解：53 例题例题8-6 运放电路如图所示，运放电路如图所示，R11=R12=Rf1=51k、R3=Rf2=100k，输入信

35、号，输入信号ui1=0.4V、ui2=0.6V。计算计算uO1和和uO2。A1R11ui1-uo1Rf2uo-A2Rf1R12R2R3R4ui2A1和和A2的工作情况如同单独运用时一样的工作情况如同单独运用时一样。解解:理想运放理想运放 rid=rod=0，前、后极之间互不影响。前、后极之间互不影响。uo1=-(0.4+0.6)=-1VA1反相输入加法运算电路反相输入加法运算电路A2反相比例运算电路反相比例运算电路 反相器反相器uo=-uo1=-(-1)=1V完成加法运算。完成加法运算。54Rfui1R1R2R3uoui2三三.减法运算电路减法运算电路差分输入方式差分输入方式电压负反馈电压负反

36、馈线性运用线性运用 叠加定理叠加定理ui1反相输入端信号反相输入端信号ui1单单独作用独作用,ui2=0(对应输对应输入端接地入端接地)。RfR1R2R3ou输出电压输出电压1i1fouRRu55ui2RfR1R2R3ou 同相输入端信号同相输入端信号ui2单独作用单独作用,ui1=0(对应输入端接地对应输入端接地)。同相输入端对地的电压同相输入端对地的电压2i323uRRRu输出电压输出电压2i3231f1fo)1()1(uRRRRRuRRu 2i3231f1 i1fooo)1(uRRRRRuRRuuu 总输出电压总输出电压56即输出与输入的差值成正比。即输出与输入的差值成正比。若取若取 R

37、1=R2、R3=Rf可得可得)(1 i2i1fouuRRu若取若取 R1=R2=R3=Rf可得可得1 i2iouuu完成减法运算功能。完成减法运算功能。57例题例题:差分输入电路。差分输入电路。2i323uRRRu虚断虚断虚短虚短 u-=u+2i323uRRR11iiRuui电流电流fofRuuiui1RfR1R2R3uoui2u+iiifu-推导推导uo的表示式。的表示式。解解:虚断虚断ii=iffo11iRuuRuufo11iRuuRuu58fo11iRuuRuu输出电压输出电压1f1if1oRRuRuRuu1i1f1f)1(uRRuRR1i12i3231f)1(uRRuRRRRRf与前面

38、用叠加定理推导得出的结果一致。与前面用叠加定理推导得出的结果一致。59四四.积分运算电路积分运算电路电容元件的伏安关系电容元件的伏安关系CiCuC+dtduCiCC输入端电流输入端电流1iiRui 反馈电路电流反馈电路电流dtduCiiCfCf反相输入方式反相输入方式虚地虚地 u=0电压并联负反馈电压并联负反馈R2iCiiuCuOuiR1Cf反馈电路反馈电路 电容电容Cf60虚断虚断 ii=iCdtduCRuof1i输出电压输出电压dtuCRuif1o1uC=-uodtduCiiofCf因为因为所以所以R2iCiiuCuOuIR1Cf积分运算功能。积分运算功能。负号表示反相输负号表示反相输入特

39、点。入特点。61如果输入如果输入uI是直流信号电压是直流信号电压 ui=UitUCRuif1o1uOUi0Ui0UO(sat)-UO(sat)t0非线性运用非线性运用620tui1Vt10VuO00.5s 例题例题8-8 积分运算电路，积分运算电路，R1=50k、Cf=1F。电容的初。电容的初始电压始电压UCO=0。输入信号。输入信号ui是阶跃电压，波形如图所示。是阶跃电压，波形如图所示。计算需要经过多长时间，计算需要经过多长时间，输出输出uo达到达到10V。s5.0)10(110105063oif1uUCRttUCRuif1o1解：阶跃电压解：阶跃电压uit0时，时，ui=0t 0时，时，u

40、i=Ui=1V63 例题例题8-9 两级运放电路，电容初始电压两级运放电路，电容初始电压UCO=0，写，写出出、uO与与ui的关系式。的关系式。CfR2uO1+R2RfuiR1uoR1A2A1解解:A1反相输入比例运算反相输入比例运算i1f1ouRRu64dtuCRRRdtuRRCRdtuCRuif11fi1ff11of1o)(11A2反相输入积分运算反相输入积分运算CfR2uO1+R2RfuiR1uoR1A2A165五五.微分运算电路微分运算电路微分是积分的逆运算。微分是积分的逆运算。CuCRfuouiifR2ii基本微分运算电路基本微分运算电路反相输入方式反相输入方式 虚地虚地dtduCi

41、iuudtduCiiCiiCiCCi输入电流输入电流且且故故fofRui反馈支路电流反馈支路电流66理想运放理想运放 虚断虚断 ii=if CuCRfuoui+ifR2iidtduCRudtduCRuifoifo微分运算功能。微分运算功能。解解:dtdudtdudtduCRuii63ifo101010100 例题例题8-10 基本微分运算电路，基本微分运算电路，Rf=100k、C=10F，ui波形如图所示。对应画出输出波形如图所示。对应画出输出uO的波形。的波形。67210203040ts0uiVV2.01002iotuu分段计算分段计算0 t 10st=100=10sui=20=2Vdtdu

42、uio20100u0V0.2ts0.2304068210 2030 40ts0uiV20100u0V0.2ts0.23040uo=010 s t 30s30 s t 40sV2.01020iotuu69微分运算微分运算电路电路正弦波正弦波余弦信号余弦信号波形变换波形变换tuo0tui070六六.运放线性应用举例运放线性应用举例三量程欧姆表+VRXR1R2R3S1235V+基准电阻基准电阻 R1=500kR2=5kR3=50被测电阻被测电阻RX。电压表电压表 满量程满量程10V。工作原理工作原理反相输入比例运算电路反相输入比例运算电路V)5(1XoRRu当当S位于位置位于位置1,电压表达到满量程

43、电压表达到满量程10V时时M11050051051031XRR结论结论 电压表显示输出电压电压表显示输出电压uo与被测电阻与被测电阻RX成正比成正比欧姆表量程是欧姆表量程是1M。71工作原理工作原理反相输入比例运算电路反相输入比例运算电路V)5(1XoRRu当当S位于位置位于位置2时时,欧姆表的量程欧姆表的量程k1055105102XRR当当S位于位置位于位置3时时,欧姆表的量程欧姆表的量程100505105103XRR该欧姆表刻度均匀该欧姆表刻度均匀(uoRX),),精度较高。精度较高。72u+uuo=+Uo(sat)u+uuo=Uo(sat)虚断虚断 i+=i =08-5 电压比较器电压比

44、较器uuou+i+i-特点特点:运放非线性运用运放非线性运用-开环运用或加入正反馈。开环运用或加入正反馈。电压比较器的功能电压比较器的功能 比较两个电压数值的大小。比较两个电压数值的大小。被比较电压被比较电压ui和参考电压和参考电压 UR。通过输出表示通过输出表示ui UR或或ui UR。73一一.过零比较器过零比较器通过运放的输出通过运放的输出uo=+Uo(sat)或或uo=Uo(sat),自动显示自动显示输入信号输入信号ui0或或ui0。R1uiR2uo反相输入过零比较器反相输入过零比较器被比较信号被比较信号ui经电阻经电阻R1加入反加入反相输入端。相输入端。同相输入端经同相输入端经R2接

45、地。接地。输入信号输入信号ui与零电位进行比较与零电位进行比较,参考电压参考电压 UR=U+=0。过零比较器过零比较器74工作原理工作原理 运放工作在非线性区。运放工作在非线性区。输入信号输入信号ui参考电压参考电压 UR=U+=0时时,输出输出uo=UO(sat)。输入信号输入信号ui参考电压参考电压 UR=U+=0时时,输出输出uo=+UO(sat)。R1uIR2uo0Uo(sat)uiuoUo（sat）电压传输特性电压传输特性 uo=f(ui)uo=f(u+u)75UZui0uoUZR1uiRUZVDZR2uo稳定电压稳定电压 (UZ+UD)UZUDUZUZ双向稳压管双向稳压管VDZ和限

46、流电阻和限流电阻R。带限幅环节的反相过零比较器带限幅环节的反相过零比较器VDZUZ双向稳压管双向稳压管VDZ76同相输入过零比较器同相输入过零比较器R1uiRUZVDZR2uo例题例题8-11 正弦信号正弦信号ui=2sintV,分别加入反相和同相过零分别加入反相和同相过零比较器输入端。已知运放的比较器输入端。已知运放的Uo（sat）=13.5V,双向稳双向稳压管的压管的Uz=6V。画出输出电压。画出输出电压uo的波形。的波形。解：过零比较器的应用。解：过零比较器的应用。0UZUZuo当当 ui0,uo+UZ ui0,uoUZ ui77u02V0662T2T2tuiV006tt6uO1VR1u

47、iRUZVDZR2uo1R1uiRUZVDZR2uO2自动判别输入信号电压的正负极性自动判别输入信号电压的正负极性(正负半周正负半周)。变换波形变换波形(正弦波正弦波方波方波)。反相输入反相输入同相输入同相输入78二二.任意电平电压比较器任意电平电压比较器参考电压参考电压UR0。反相输入任意电平电压比较器反相输入任意电平电压比较器R1uiRUZURVSR2uo当当 uiuR时时,输出输出 uoUZ。当当 uiUR时时,输出输出uo+UZ。UZ0+UZuouiURUR0UZ0+UZuouiURUR079 例题例题8-12 两级运放电路，第一级两级运放电路，第一级A1的输入信号的输入信号ui=3s

48、intV，第二级，第二级A2的同相输入端加入参考电压的同相输入端加入参考电压UR=1V。运放的运放的Uo（sat）=13V，双向稳压管的，双向稳压管的UZ=6V。与。与ui对应画出对应画出uo的波形。的波形。A2-+URUZRVDZuoui-A1uO1解解:A1 电压跟随器电压跟随器uo1=ui=3sint V80uiV33t010t66uoVA2反相输入任意电平反相输入任意电平电压跟随器电压跟随器参考电压参考电压UR=1V当当 uO1UR=1V时，时，输出输出 uO6V 。当当 uO1UR=1V时，时，输出输出uO+6V。A2-+URUZRVDZuoui-A1uO1818-6 RC 桥式正弦

49、波振荡器桥式正弦波振荡器自激振荡自激振荡波形产生电路不需任何外加输入信号波形产生电路不需任何外加输入信号,就能够依靠自身就能够依靠自身的工作原理的工作原理,在输出端产生不同形状的周期变化的信号在输出端产生不同形状的周期变化的信号波形。波形。应用应用测试仪器、通讯技术等。测试仪器、通讯技术等。正弦波信号发生器正弦波信号发生器分类分类正弦波信号发生器。正弦波信号发生器。非正弦波信号发生器非正弦波信号发生器 方波、矩形波、三角波等。方波、矩形波、三角波等。82一一.产生自激振荡的条件产生自激振荡的条件基本放大电路基本放大电路-开环放大电路开环放大电路 Au输入正弦信号输入正弦信号iUiuoUAU输出

50、输出加入反馈网络加入反馈网络F反馈电压反馈电压ofUFU调节反馈系数调节反馈系数F,使使ifUU实现自激实现自激S-“1”Ui放大电路放大电路Uo“2”Uf反馈网络反馈网络FofUUF83(1)正反馈正反馈 uf与与ui同相同相相位平衡条件相位平衡条件(2)要有足够的反馈量要有足够的反馈量 即即 Uf=Ui (1AF)幅度平衡条件幅度平衡条件自激条件自激条件ifUUAuF=1iuoUAU输出输出反馈电压反馈电压ofUFUiuofUAFUFU放大电路放大电路Au-“1”UiUo“2”Uf反馈网络反馈网络F84二二.自激振荡的建立与稳定自激振荡的建立与稳定起始扰动信号起始扰动信号放大放大输出输出正

51、反馈正反馈 放大放大稳定波形大到进入特性曲线的非线性区，波形大到进入特性曲线的非线性区，使信号幅度自动稳定在确定数值上。使信号幅度自动稳定在确定数值上。三三.正弦波振荡器的组成正弦波振荡器的组成放大电路放大电路反馈网络反馈网络正反馈正反馈选频网络选频网络决定输出正弦信号的频率决定输出正弦信号的频率。放大电路放大电路AuUo“2”Uf反馈网络反馈网络F85RfR1负反馈电路负反馈电路同相输入比例运放同相输入比例运放四四.RC桥式正弦波振荡器桥式正弦波振荡器(一一)电路组成电路组成放大电路放大电路集成运放组成集成运放组成1fu1RRA-RRCCufRC串并联电路串并联电路反馈网络反馈网络选频网络选

52、频网络RC串并联网络串并联网络负反馈网络负反馈网络同相输入比例运算电路同相输入比例运算电路-uoui86RfR1负反馈电路负反馈电路(二二)工作原理工作原理-uo-RRCCufRC串并联电路串并联电路关键是关键是RC串并联网络的选频特性串并联网络的选频特性(正反馈网络正反馈网络)C-Z2fURZ1RC-OURC串联部分阻抗串联部分阻抗 Z1RC并联部分阻抗并联部分阻抗 Z2反馈系数反馈系数212ofZZZUUF87000f031F只要只要3uA幅度平衡条件幅度平衡条件对于对于=o的正弦波的正弦波,31F为最大值为最大值即可满足幅度平衡条件即可满足幅度平衡条件即即 Uf=Ui 1AF放大电路放大

53、电路Au-“1”UiUo“2”Uf反馈网络反馈网络F相位平衡条件相位平衡条件对于对于=o的正弦波的正弦波f=0 uf与与uo同相同相RC1o88同相输入比例运放同相输入比例运放311fuRRA最后满足最后满足 幅度平衡条件幅度平衡条件只要只要Rf2R1即可满足起振条件即可满足起振条件振荡频率振荡频率RC1oRCf21o-RRCCufRC串并联电路串并联电路-uoRfR189RfR1负反馈电路负反馈电路-RRCCufRC串并联电路串并联电路-uo（三）负反馈网络的稳幅作用（三）负反馈网络的稳幅作用 反馈电阻反馈电阻Rf是具有负温是具有负温度系数的热敏电阻，度系数的热敏电阻，其阻值随温度升高减小。

54、其阻值随温度升高减小。刚一接通电源刚一接通电源,Rf 阻值大阻值大,Rf 2R1(F F小小),),Au大大,容易容易起振。起振。自动稳幅自动稳幅 温度升高温度升高,Rf阻值减小阻值减小,Au减小减小,Rf=2R1。1fu1RRA起振条件起振条件 Rf2R1908-14 RC桥式正弦波振荡电路，桥式正弦波振荡电路，R=16k、C=0.01F、Rf=3.3k、R1=1.5k。试判断该电路能否产生自激振荡？。试判断该电路能否产生自激振荡？如果能，则计算振荡频率如果能，则计算振荡频率fo。-uo-RRCCufRC串并联电路串并联电路RfR1负反馈电路负反馈电路幅度平衡条件幅度平衡条件 Au=3Au=1+31fRR解：解：起振条件起振条件 Au3现现2.25.13.31fRR可使可使 Au3满足起振条件满足起振条件91振荡频率振荡频率Hz9951001.01016212163oRCf起振后自动稳幅起振后自动稳幅满足幅度平衡条件满足幅度平衡条件 Au=3Au=1+31fRR92本章结束本章结束个人观点供参考，欢迎讨论