电工电子技术(电子技术)——第4讲x-2012(1)

虚短
虚地
运算电路概述
运算：比例、加减、积分与微分等。是线性 范围内的运算，都适用叠加原理。
问题1. 如何保证运放工作在线性区 ? 因为:Auo→∞，即当输入差模信号极小时 （如毫伏级以下的信号），也足以使运放饱和。
解决办法是：在电路中引入深度负反馈。
运算电路概述
问题2: 如何引入
Rf
u
u


R2
i1 i f u u 0
uo Rf R1 ui
ui u ui i1 R1 R1 u uo uo if Rf Rf
Rf uo Auf ui R1
比例运算
if
i i 0 u u
Rf
i1
ui
R1




u f uo
单运放的加减运算电路
ui1 R1 R2 R3 R4
i i 0 u u
R5
+ + R6
ui1 ui 2 1 1 1 uo R5 [ ( )u ] R1 R2 R5 R1 R2 ui1 ui 2 ui 3 ui 4 R5 ( ) R1 R2 R3 R4
减法运算
if
i i 0 u u
Rf
i1
R1




uf
uo
ui1
ui 2
R2
R3
R1 R2 R3 R f Rf uo ( ui 2 ui1 ) R1
R1 R2 R3 R f
uo ui 2 ui1
R3 uo ui1 (1 )( ) ui 2 R1 R1 R2 R3 Rf Rf
ui2
ui3 ui4
_
uo
R1 // R2 // R5 R3 // R4 // R6
积分运算
if
u u 0



uf
i i 0 u u

uc
Cf
i1
ui
R1


ui i1 i f R1
uo
R2
1 1 uo uc i f dt ui dt Cf R1C f
专题二
放大电路基础
主要内容
•
• •
集成运算放大器简介
理想集成运算放大器 基本运算放大电路
2.1 放大器（5）
RS uS + ii + ui Ri + Ro Auoui io + uo RL
结 论 输出电阻越小、开路增益和输入电阻越大，则电压 增益越大。
集成运算 放大器
一个理想放大器的输入电阻为无穷大、输出电阻为0， 等效为一个理想的电压控制电压源。
3. A/D转换中，将电压量变为时间量。
4. 移相。
微分运算
if Rf
i i 0
u u 0
u u
i1
ui
C1


R2


uf
dui i1 i f C1 dt
uo
Ui
0
ui
dui uo R f i f R1C1 dt
t
uo
0
t
当ui为阶跃信号时，uo为尖脉冲电压——输出电压与输入电 压的一次微分成正比。
脚1、4、5外 接调零电位器
集成运算放大器的组成
输入端
输入级
中间级
偏置 电路
输出级
输出端
多级放大器，级间采用直接耦合的方式：集成化， 放大缓变信号和直流信号
集成运算放大器的组成
与uo反相
T4
反相 输入端
u–
同相 输入端 与uo同相
T3 T1 T2
输 入 级
中 间 级
T5
uo
u+
IS
输 出 级
UEE
uo (1
Rf uo Auf (1 ) ui R1
u uo ui uo if Rf Rf
比例运算
if
• 电压跟随器
i i 0 u u
Rf
i1
R1




uf
uo
ui
R2
Rf uo Auf (1 ) ui R1
if Rf
if
i1
R1
ui1
ui2 ui3 i11 R11 if Rf
+
i i 0 u u
i12 R12
i13 R13
R2
∞
+
uo
uo if RF RF RF RF uo ( ui1 ui 2 ui 3 ) R11 R12 R13
加法电路
加法运算
反向加法
i i 0 u u
u u




uo
理想特性
uo
实际特性
U o(sat)
• 理想集成运放的传输特性
u u
0
－U o(sat)
理想集成运算放大器
• 传输特性的特点
分为线性区和非线性区。
线性区
uo
非线性区
U o(sat)
u u
• 工作在线性区时
1.理想运放的两个输入端的电位相等
非线性区
u u
流入运放输入端的电流为0（虚开路）
R22 R21 u ui1 ui 2 R21 R22 R21 R22
RF R12 R11 uo (1 )( ui1 ui 2 ) R1 R11 R12 R11 R12
加法运算
R1 Rf
+
i i 0 u u
KCMMRR
ro 0 Ao
运放符号： u－ u+
－ ∞
＋

＋
uo
u－ u+
－
＋
uo
国际符号
国内符号
理想集成运算放大器
• 理想集成运放的电路模型
（1）开环电压放大倍数 Auo （2）差模输入电阻 rid （3）开环输出电阻 ro 0 （4）共模抑制比 K CMRR
iR R1 ic
C1
+ +
if
RF
∞
0
t
uo
ui
uo
0
t
R2
dui RF uo if RF ( ic i R )RF RF C1 ui dt R1
例1：如图所示，求输出电压的大小。 ui
+5V 20k 20k 10k 20k _ + uo1 10k + 20k _ + +
运放概述
集成运放实质上是一种双端输入、单端输出的具 有高电压放大倍数，高输入阻抗、低输出阻抗的直接 耦合放大器。
1. 集成电路的外形： 国产集成运放的封装外形主要采用圆壳式和双列直插式。
概述
集成电路构成: 将整个电路的各个元件做在同一 个半导体基片上。
集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积 小、重量轻、功耗
概述
接正电源 (+9~+18)V
为输出端
集成运放的管脚顺序及功能 CF741接线如图所示，双列直插式集成运放的管脚顺序是，管 脚向下，标志于左，序号自下而上逆时针方向排列。 接负电源（9~-18）V
为空脚
为反相输入 端（输出信 号与输入信 号反相位）
为同相输入端 （输出信号与输 入信号同相位）
CF741外接线图
负号表示输出与输入反向
Ui
0
ui
t
uo
0
t
1 当ui为阶跃信号时 uo t R1C f
U 0( sat )
最后达到负的饱和值
积分运算
i i 0 u u
运放所构成的有源积分电路其积分曲线的线性度 较好，这是因为充电电流基本恒定。
Ui i f i1 R1
控制和测量系统中常用的比 例-积分调节器（PI调节器）：
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。
减法运算
if
i i 0 u u
Rf
R3 u ui 2 R2 R3 i1 R1 ui1 u ui1 u u f uo i1 R1 R1 R2 ui 2 ui1 u u o u uo R3 if Rf Rf Rf Rf uo ui1 (1 )u R1 R1 Rf Rf R3 uo ui1 (1 )( ) ui 2 R1 R1 R2 R3
f


uo
答案是：通过电阻R 将输出信号引到反相输入端。
基本运算放大电路
• • • • • 比例运算 加法运算 减法运算 积分运算 微分运算
比例运算 • 反向比例运算
if
i i 0 u u
Rf
i1
ui
R1




u f uo
1. 反相端输入； 2. Rf —引到反相输入端； 3. R2 —平衡电阻，R2=R1∥Rf
RF 1 u o ( ui uidt ) R1 R1CF
ui1 if i1 R1
-
RF uc
CF
∞
+
+
uo
R2
PI调节器
可视为反相比例运算和积分运算的叠加。
积分运算
积分电路的主要用途
1. 在电子开关中用于延迟。
i i 0 u u
2. 波形变换。例：将方波变为三角波。