2.1 集成运放应用-基本运算电路

第六章集成运算放大电路4、掌握电流源电路的组成、工作原理及其应用。了解集成运放的组成原则。5、掌握差分放大器的电路组成、工作原理、工程估算以及性能特点，并熟悉其应用场合。学习要求1、熟悉集成运放电路的组成原理。掌握线性工作时，理想运放的两条重要法则：v-→v+，i→02、掌握反相放大器和同相放大器的电路结构和性能特点。3、熟练运用“虚开路(ii=0)”和“虚短路(v+=v–)”分析各种运算电路。2.1集成运放的应用－基本运算电路国内符号国际符号运放符号：vivo+VOM-VOM线性放大区运放传输特性：－＋vNvPvo＋－vNvPvo运算放大器的电路模型开环电压放大倍数高(104-107)；输入电阻高（约几百KΩ）；输出电阻低（约几百Ω）；漂移小、可靠性高、体积小、重量轻、价格低。＋－＋－＋－＋－Avo(vp-vN)VpvNvorirov1v2运放线性应用的条件运放的传输特性vo=f(vi)0vi(mV)vo(V)++-vi1vi2voΔAV+V-在图示运放电路中，有vo=Avo(vi2-vi1)=Avdvid设电源电压为±12V，则运放最大输出电压VOM=±10V设运放Avo=105，则其传输特性如图所示-0.10.1-1010线性区非线性区非线性区结论：运放在开环状态下线性区很窄，只能工作在非线性区。理想运放则无线性区如何使运放工作在线性区呢？降低电压放大倍数如何降低电压放大倍数呢？引入负反馈结论：运放工作在线性区的条件是在电路中加入负反馈。理想运放的条件voAir0or0vooNPAvvv虚短路NPvv放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。0NPii虚开路运放工作在线性区的特点集成运放理想化条件集成运放理想化条件下分析法则•虚短路•虚开路•放大倍数与负载无关，可以分开分析。0NPiiNPvvvPvo_++vNiP信号的放大、运算有源滤波电路运放线性应用2.3基本线性运放电路vN=vP=vi_++RfR1RPvivo1RvRvvifioifovRRv)1(111RRvvAfiov结构特点：信号从同相端输入。2.3.1同相放大电路（1）2.共模输入电压为vi，因此对运放的共模抑制比要求高。1.输入电阻大，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。性能特点：iN=iP=0iiiivR_++vivoiPnovvvv输入电阻大，输出电阻小，在电路中常作为阻抗变换器或缓冲器。作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。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。电压跟随器iiiivR例2.3.1?2.100(max)1SMVMRuAI最大输入电压时，可测的当流，流过动圈电流表指针偏移满刻度时示，磁电式电直流电压表电路如图所+-+-VsR1VNRmIMVPIiI1则有解：,0,iNSPIVVV111RVRVIISNMVARIVMS20010210100661(max)0NPvvi1=i221RvRvoi12RRvvAiovvo_++R2R1RPvii1i2结构特点：信号从反相端输入。2.3.2反相放大电路（1）虚地Ri=R1为保证一定的输入电阻，当放大倍数大时，需增大R2，而大电阻的精度差，因此，在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。RP=R1//R2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。反相放大电路（2）vo_++R2R1RPvii1i2输出电阻小、共模电压为0以及“虚地”是反相输入的特点。1.共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低。2.输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。3.输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。4.在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。性能特点：vo_++R2R1RPviR3R4i1i2i4i3M例：求Av=?应用：用低值电阻实现高电压增益的反相比例运算21iiivRRv12M432iii3OM4M2M00RvvRvRv)1(432312ORRRRvRRviM3342O)111(vRRRRv)1(432312RRRRRRvvAiovvo_++R2R1RPviR3R4i1i2i4i3M(2)该电路作为话筒的前置放大电路，若选R1=51kΩ,R2=R3=390kΩ,当vo=-100vi时，计算R4的值；（3）直接用R2代替T形网络的电阻时，当R1=51kΩ,Av=-100时，求R2值。1003903903901513904RAvkR2.354kkRARRRAvv510051100)3(1212)1(432312RRRRRRvvAiovvIvO-+RfR1AvNvPR2=R1//Rf设计要求：Ri=1M，AV=-100解：R1=Ri=1M1fIORRvvAVM1001fRARVM1//f12RRR设计例题vIvO-+R2R1Ai2i1R5R4R3i3i4vMR2=R1=Ri=1M取：R2R3,R4(k)I34I342412OvRRvRRRRRRv)1()1(R4=99kR3=1k作业：2.3.22.3.52.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用_++R2R1R1vi2voR2vi1NPvv112RvvRvviNNo212RvRvvPPi)(1212iiovvRRv解出：差动放大器放大了两个信号的差，但是它的输入电阻不高（=2R1）,这是由于反相输入造成的。2.4.1求差电路例2.4.1求图所示电路的输出电压vo2的表达式，并说明该电路的特点。-R21+A1vi1vo1R1R2-R22+A2vo2R22vi2vNR2''2222i2222222(1)oiRRvvvRRR由产生的输出电压11212221222'211-iooovRRRRvRRvv产生的输出电压由112111iovRRv解：)2(12222''2'22iiooovvRRvvv电路的输入电阻为无穷大。当R1=R21时2.4.2仪用放大器voR3R3R4R4R2R2R1_+_+_+iR1v3v1+-v2vR1=v1-v2A1A2A3v4vn3vP3)(21)(2112344334vvRRRRvvRRvo)(2122112111243vvRRvRRRvvR)2/()(/124311RRvvRvR解：12342121RRRRvvvAov0NPvvFiii21)(2211ififovRRvRRv调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。R2_++RfR1vi2voRPvi1fPRRRR////21i2iFi1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。2.4.3求和电路此电路如果以v+为输入，则输出为：PfovRRv)1(3vP与vi1和vi2的关系如何？))(1(221112123iifovRRRvRRRRRv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。流入运放输入端的电流为0（虚开路）22111212iiPvRRRvRRRv-R3Rf++vi1voR1R2vi2213////RRRRf同相求和运算-R3RF++vi1voR1R2vi2R´左图也是同相求和运算电路，如何求同相输入端的电位？提示：1.虚开路：流入同相端的电流为0。2.节点电位法求v+。例R2_++R5R1vi2vovi1R4vi4vi3R3R6))((4433643////RvRvRRRviivv52211RvvRvvRvvoii虚短路虚开路虚开路)(])111([44332211552122115RvRvRvRvRvRRRRvRvRviiiiiio643521R//R//RR//R//R643521////////RRRRRR单运放的加减运算电路优点：元件少，成本低。)(443322115RvRvRvRvRviiiio缺点：要求R1//R2//R5=R3//R4//R6。阻值的调整计算不方便。改进：采用双运放电路。单运放的加减运算电路-RF1++vi1vo1R1vi2R2R3-RF2++voR4vi3R5R625461213FFR//R//RR,R//R//RR)(221111RvRvRviiFo53221141253412)()(RvRvRvRRRRvRvRviiiFFioFo双运放的加减运算电路例：设计一个加减运算电路，RF=240k，使vo=10vi1+8vi2-20vi3解:(1)画电路。系数为负的信号从反相端输入，系数为正的信号从同相端输入。-R3RF++vi1voR2R1vi2R4vi3运放加减电路设计（1）(2)求各电阻值。-R3RF++vi1voR2R1vi2R4vi3FRRRRR//////3421)(332211RvRvRvRviiiFok240FRvo=10vi1+8vi2-20vi3k241Rk302Rk123Rk804R运放加减电路设计（1）例：A/D变换器要求其输入电压的幅度为0~+5V，现有信号变化范围为-5V~+5V。试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为0~+5V。+5V-5V+5V+2.5V电平抬高电路A/D计算机vivovo=0.5vi+2.5V运放加减电路设计（2）vo=0.5vi+2.5=0.5(vi+5)V_++10k20k+5V5kvi20kvo1vo_++20k20k10k)5(5.0)5(20101iiovvv)5(5.020201ioovvv运放加减电路设计（2）R2R3vS2vS1A1vO1NP+–vO+–+–R1+–vO2A2A3A4vO4vAR1R2R4求电压增益表达式S1S2OVvvvA解：A1、A2为电压跟随器，所以S2O2S1O1vvvv对A3利用虚短、虚断有2N1NO1RvRvv2O4P1PO2RvvRvvO43O4vRRvA4为反相比例解得：3142VRRRRA)(O1O212O4vvRRv加减电路分析1A1A2R13kR227kR32.2kR422k2k2.7kvi1vovo1vi2(1)求vO表达式(2)说明A1,A2各构成什么功能电路。集成运放均是理想的解:第一级A1同相比例i1i112o110)1(vvRRv第二级A2差分电路o134i234o)1(vRRvRRvo1i21011vvi11234i234o)1()1(vRRRRvRRvi2i111100vv具有高输入电阻的减法电路加减电路分析2例：由三运放放大器组成的温度测量电路。Rt：热敏电阻集成化:仪表放大器voR1R1R2R2RRRWE=+5VRRRRtvi_+_+_+Rt=f(T°C)22()ttittRRREvEERRRR2211222()WWtoiWWtRRRRRRRRvvERRRRRRvoR1R1R2R2RRRWE=+5VRRRRtvi_+_+_+i1iFtvi0Rvii1dtdvCioFdtvRCvio1tvo0输入方波，输出是三角波。vi-++RR2Cvo1、积分电路应用举例2.4.4微分电路与积分电路vi-++RR2Cvot=0t1t20401205-10st/VvI/t1t20401208st/V