5第十一章 集成运算放大器

Ω RF 10kΩ ∞ + + R3 18kΩ Ω
_
∆ ∆ ∆ ∆
uo
RF uo = (1 + )u+ R1 RF R3 ) = (1 + ui R1 R2 + R3 10 18 = (1 + ) ui = 5.4ui 2 2 + 18
习题11.3.2 11.3.2的图 图11.01 习题11.3.2的图
uo = uo '+uo ' '
R3 RF RF uo = (1+ ) ui2 − ui1 R R R2 + R3 1 1
RF RF 当R3 = ∞时 ： uo = (1+ )ui2 − ui1 R1 R1
(5) 积分运算 i1 R uc iF
C
(6)微分运算 (6)微分运算
iF i1 C R
ui
运算关系； 时 例2：电路如图示。求uo与ui运算关系；当ui = 1 V时， uo ＝？ ： 电路如图示。 30 kΩ Ω 20kΩ Ω ui 12kΩ Ω [解] – + + uo1 10kΩ Ω 8 kΩ Ω 40 kΩ Ω – + + uo2 + uo –
30 u 01 = − u i = −1.5u i 20 40 u 02 = (1 + )u 01 = 5 × (−1.5u i ) = −7.5u i 10
uo 正饱和区
线性区 Uim
2. 非线性区 非线性区:
| u+ u− = UiM u+ > u−时：−uo |>+Uo(sat)
u+ − u−
u+ < u−时： uo = −Uo(sat)
1. u+ ≈ u– 不再成立 若 Auo = 106 UO(sat) = ±15 V 2. id ≈ 0 依然成立
3 集成运算放大器在电路结构上放大级之间通常采用 [ A．阻容耦合 B.直接耦合 C.光电耦合
例子
4.
理想运放的开环差模增益AOd为 [ A. 0 B. 1 C. 105
] D. ∞
5 . 理想运算放大器的两个输入端 的 输 入 电 流 等 于 零， 其 原 因 是（ ）。 (a) 同 相 端 和 反 相 端 的 输 入 电 流 相 等 而 相 位 相 反 (b) 运 放 的 差 模 输 入 电 阻 接 近 无 穷 大 (c) 运 放 的 开 环 电 压 放 大 倍 数 接 近 无 穷 大 6 .理想运放工作在线性区存在虚短和虚断的概念，虚短指 虚断是指 . ，
RF RF uo1 = − (ui + 5); uo = (ui + 5) R R
∆ ∆ ∆ ∆
∆ ∆ ∆ ∆
=5k Ω
11.3.2题 P310） 11.3.2题（P310）
已知： 已知：R1=2kΩ , R2=2kΩ , Ω Ω RF=10kΩ , R3=18kΩ ui =1V， Ω Ω =1V， 求:uo 运放构成同相比例电路 【解】 运放构成同相比例电路 ui 2kΩ Ω R1 R2 2kΩ Ω
_ ∞ + +
1.1kΩ Ω
∆ ∆ ∆ ∆
uo
10 1. uo1 = − ui1 = −10ui1 1
uo = 5.4V
11.3.4题 P310） 11.3.4题（P310）
求电路输入输出关系
uo1 uo2
【解】 1.
uo1为反相比例电路输出
RF uo1 = − ui R1
2.
uo2为反相器输出
uo 2 = −uo1
3.
2 RF uo = ( −uo1 ) − uo1 = −2uo1 = ui R1
现有信号变化范围为-5V ~ +5V 。试设计一电平转换电路， 试设计一电平转换电路， 例4 现有信号变化范围为 [解] 将其变化范围变为 0V ~ +5V 。 1.根据要求 o与ui关系为： uo = (ui /2)+2.5 V 根据要求u 关系为： 根据要求
uo = 0.5 (ui +5)
2. 电路为加法电路（ ui 及5V是输入）. 电路为加法电路（ 是输入） 是输入 现采用反相输入加法电路，加一级反相器构成。如下图： 现采用反相输入加法电路，加一级反相器构成。如下图： RF R ui 20kΩ Ω RF = 0.5 R R 20kΩ Ω _ ∞ +5V uo 若令 R=20k Ω _ ∞ + uo1 + + + 则：RF=10k Ω 10k Ω R1 R1=R//R//RF 3. 由图可知： 由图可知： =20//20//10
则 ±UIM = ±0.015 mV 运放要工作在线性 因为理想运放 A o →∞ u 区必须有负反馈。 UIM ≈0 故： 区必须有负反馈。
uo ≠ Auo (u+ − u− )
–UO(sat) 负饱和区 实际运放电压传输特性 理想运放电压传输特性
例子
1 集 成 运 算 放 大 器 的 失 调 电 压 uid 是 指[ [ 1 (1) 输入电压ui=0时的输出电压 (2) 输入电压ui=0时的输出电压折算到输入端 的 电 压 (3.) 输 入 电 压ui=0时 的 输 出 电 压 2 为了减小温漂，通用型集成运放的输入级多采用 [ A.共射电路 B.共集电路 C.差动放大电路 ] ] ]。
RP
- ∞ + +
ui uo
－+ +
R2
∞
uo
1 uo = − ∫ u i dt RC
为阶跃电压时， 当 ui 为阶跃电压时，则
du i u o = − RC dt
当 ui 为阶跃电压时 , uo 为尖脉冲电压。 为尖脉冲电压。
Ui uo = − t R1C F
例1： ：
R1=10kΩ , R2=20kΩ , ui 1=-1V， ui 2=1V 。求:uo 1V， Ω Ω R2
当 ui = 1V uo = – 6 V
u0 = u02 − u01 = −7.5ui − (−1.5ui ) = −6ui
例3
ui1
电路如图示。计算u0 电路如图示。计算
[解] 1. 由虚短可知：
u ab = u a − u b = u i 2 − u i1
+ A1 u01 R – + RF ub ui1 uab Rw ui2 ua RF – A2 + + u02 u R
当 1 = R ， R = RF时 R ： 2 3 RF uo = （ i2 − ui1 u ） R 1
RF RF 当R3 = ∞时 ： uo = (1+ )ui2 − ui1 R1 R1
减法运算
RF ui1 ui2 R1
– + +
R3
R2
uo
+ –
RF ui1单独作用：uO ' = − ui1 R1 u i 2单独作用： RF RF R3 u O ' ' = (1 + )u + = (1 + ) ui2 R1 R1 R 2 + R 3
7 .有一运放开环放大倍数为100dB，差模输入电阻为3MΩ，最 大输出电压UOPP为±13V，为了保证工作在线性区，请求开环 . 时U+、U-的最大允许差值
9 电路如图所示，输入电压 ui ＝1V，其 正确的关系式应是 ( )。
(a) ui = u- ≠ u+ = 0
(b) ui ≠ u- = u+ = 0 ( c ) ui = u- = u+ = 1V
第11章 集成运算放大器 章
1. 集成运放概述 2. 运算电路 3. 比较电路
1. 集成运算放大器概述
结构:集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接耦合放大器。 结构 集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接耦合放大器。 集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接耦合放大器 +UCC 正电源 反相 输入端
ui1
_ ∞ + +
∆ ∆ ∆ ∆ R1 ui2 RP
uo1 R1
R2
_ ∞ + + ∆ ∆ ∆ ∆ R2
uo
1. uo1为同相器输出 uo1= ui1= -1V
R1
_
∞ + + ∆ ∆ ∆ ∆
2. uo2为同相比例电路输出
uo2
uo2= (1+R2/R1) ui2 =3V 3. uo为减法电路输出 为减法电路输出 R2 20 uo = ( u o 2 − u o1 ) = (3 − ( − 1)) = 8 V R1 10
R2
ui
R1
- ∞
＋ ＋
uO
2. 运算电路
(1) 反相比例运算放大器 if RF ii
(2)同相比例运算放大器 (2)同相比例运算放大器
RF R1
ui
+ R1 –
– + +
R2
iR2
uo
Байду номын сангаас
+ –
+ –
ui
– + +
uo
+ –
放大倍数
Auf
uo RF = =− ui R1
uo RF = 1+ 放大倍数 A uf = ui R1
– + +
R2
+ – uo
ui2
– + +
R3
R2
uo
+ –
RF RF u o = −( u i1 + u i2 ) R1 R2 当 1 = R2时 R ： RF uo = − (ui1 + ui2 ) R 1
R3 RF RF uo = (1+ ) ui2 − ui1 R R2 + R3 R 1 1
若 R1 = RF 则 uo = − ui
－－－反相器
若 R1 = ∞ 则
uo = ui
－－同相器 同相器
同相器
uo = ui
RF
同相器 +
ui
–
R2
– + +
uo
+ –
(3)加法运算 (3)加法运算
i2 ui2 i1 ui1 R1 R2 if RF
(4)减法运算 (4)减法运算
ui1 R1
RF
∇ ∇
集成运算放大器的技术指标
(1) 开环差模电压放大倍数大 Auo= uo/(u+-u-)=105-107倍; (2) 共模抑制比高 CMRR=100db以上; CMRR=100db以上; 以上 (3) 输入电阻大 >1MΩ 有的可达100 以上; 100M ri>1MΩ, 有的可达100MΩ以上; (4) 输出电阻小 几十Ω ro =几Ω-几十Ω
i2
RF1
又由虚断可知： Rw uab = (uo2 − uo1) 2RF + RW
故有 u0
– A3 + + RF1
u o 2 − u o1
2RF + RW = (ui2 − ui1) Rw
2. R F1 (u o 2 − u o1 ) uo = R
2R F + R = Rw
W
u ab
减法运算
RF1 2RF + RW = × (ui2 − ui1) R Rw
习题11.3.6 11.3.6的图 图11.05 习题11.3.6的图
11.3.7题 P311） 11.3.7题（P311）
求:求输入输出运算关系 1kΩ Ω ui1 910Ω Ω 【解】
10kΩ Ω _ ∞ + + ∆ ∆ ∆ ∆ 10kΩ Ω 5kΩ Ω 2kΩ Ω
10kΩ Ω
uo1
ui2 ui3
理想运算放大器分析依据
传输特性: 传输特性 id=0 – rid uo u– + u+ +
1. 线性区 线性区:
u “虚短路 |< UiM 1. u+ ≈ |u–+ − u−虚短路” 虚短路”
2. id ≈ 0
uo = Auo ( u+ − u− )
“虚断路” 虚断路” 虚断路
UO(sat) –Uim O
11.3.6题 P310） 11.3.6题（P310）
已知： 已知： RF=2 R1 , 求:uo _ ∞ + + ∆ ∆ ∆ ∆ ui R1
RF _ ∞ + + ∆ ∆ ∆ ∆
uo
【解】 1. 2.
uo1
R2
uo1 = ui
uo为反相比例电路输出
RF uo = − uo1 = −2uo1 = −2ui R1
主要参数 1. 最大输出电压 UOPP 2. 开环电压 Auo 3. 输入失调电压 UIO 4. 输入失调电流 IIO 5. 输入偏置电流 IIB 6. 共模输入电压范围 UICM
由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件， 由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，而 用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化， 用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化，因此 后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的 运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。 后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。
u–
输出端
同相 输入端
u+
输入级
实际运放 开环电压放大倍数 理想运放
uo
中间级 输出级 –UEE 负电源
运算放大器的符号: 运算放大器的符号 理想运放： 理想运放： 输入级：输入电阻高，能减小零点漂移， 输入级：输入电阻高，能减小零点漂移，都采用差放 。 Ao = ∞ Auo ∞ 反相输入端 u－ － 中间级：放大倍数高,采用共射放大电路。 中间级：放大倍数高,采用共射放大电路。 ＋ ri = ∞ 输出端 uo 同相输入端 u+ ＋ 输出级：带负载能力强，采用互补对称电路或射极输出器。 输出级：带负载能力强，采用互补对称电路或射极输出器。 ro = 0 偏置电路 : 由镜像恒流源等电路组成