集成运算放大器及其基本应用电路

R2 uo = (1 + )ui R1
uo R2 Au = =1+ u1 R1
同相比例电路的特点: 同相比例电路的特点: 1. 由于电压负反馈的作用,输出电阻小,可认 由于电压负反馈的作用,输出电阻小, 为是0,因此带负载能力强. 为是 ,因此带负载能力强. 2. 由于串联负反馈的作用,输入电阻大. 由于串联负反馈的作用,输入电阻大. 3. 共模输入电压为 i,因此对运放的共模抑制比 共模输入电压为u 要求高. 要求高.
t t
二,积分运算
iF ui i1 R R2 应用举例1 应用举例1:
C
- ∞ + +
duo iF = C dt
uo ui
0
ui i1 = R
1 uo = ∫ ui dt RC
t
输入方波,输出是三角波. 输入方波,输出是三角波.
uo
0
t
集成运放(OPA) (OPA)的主要参数 4.2 集成运放(OPA)的主要参数
电位为0 电位为0,虚地
反相比例电路的特点: 反相比例电路的特点: 1. 共模输入电压为 ,因此对运放的共模抑制比 共模输入电压为0, 要求低. 要求低. 2. 由于电压负反馈的作用,输出电阻小,可认 由于电压负反馈的作用,输出电阻小, 为是0,因此带负载能力强. 为是 ,因此带负载能力强. 3. 由于并联负反馈的作用,输入电阻小,因此 由于并联负反馈的作用,输入电阻小, 对输入电流有一定的要求. 对输入电流有一定的要求.
R2 2R + RW uo = (ui 2 ui1) R1 RW
例:由三运放放大器组成的温度测量电路. 由三运放放大器组成的温度测量电路.
E=+5V +
∞
A1 + R R1 + RW R2
R
R
∞
ui
_ +
A3 + R2
uo
R
∞
A2 +来自百度文库
Rt
R
R1
Rt :热敏电阻
集成化:仪表放大器 集成化 仪表放大器
u+ = u
uo u u ui1 = R2 R1 ui 2 u + u + = R1 R2
解出: 解出:
ui1 ui2 R1
_
∞ +
+ R1 R2
uo
R2 uo = (ui 2 ui1 ) R1
R2
ui1 ui2 R1
_
∞ +
+ R1 R2
差动放大器放大了两个信号的差, 差动放大器放大了两个信号的差,但是它的 输入电阻不高( 输入电阻不高(=2R1), 这是由于反相输入 造成的. 造成的.
4.OPA的组成 OPA的组成
vN
差分 输入级
vP
中间 放大级 直流偏置
输出级
vo
集成运放的典型组成框图
(1) (2) (3) (4) 差动输入级 (组合电路) 组合电路) 提供高增益,CE) 中间级 (提供高增益,CE) 互补输出) 输出级 (互补输出) 直流偏置,相位补偿,调零电路等) 附加电路 (直流偏置,相位补偿,调零电路等)
uo i1= i2
虚开路 虚短路
_ ∞ + +
虚开路
ui uo = R1 R2
uo R2 A = = u u1 R 1
i2 i1 ui R1 RP
R2
_ ∞ + +
2. 电路的输入电阻 ri=R1 uo RP =R1 // R2
为保证一定的输入 电阻, 电阻,当放大倍数 大时,需增大R 大时,需增大 2,
vN vP
+
v0
AVD : 开环差模增益 AVD > 0
2. 理想运算放大器 (1) 高增益 AV = ∞ (2) 失调小 Ri = ∞ (3) 恒压输出 RO = 0 (4) 频带宽 BW = ∞ (5) 零输入零输出 VP=VN时 VO=0 (6) 没有温度漂移 KCMR = ∞ 3. 输入级的选择 (1) 直接耦合 (2) 零点漂移问题 (3) 差动输入级的优点: 差动输入级的优点: –抑制零点漂移; 抑制零点漂移; 抑制零点漂移 –输入失调小; 输入失调小; 输入失调小 –输入阻抗高. 输入阻抗高. 输入阻抗高
dvO ( t ) SR = dt
max
(2) 全功率带宽 全功率带宽BWP 定义: 是在额定负载和全功率输出(Vom)时最大不失真频率. 定义 是在额定负载和全功率输出(
dvO ( t ) dt
max
V = ω om
ω om < S R V
ω< S R / Vom
SR BWP = 2π om V
附:在分析信号运算电路时对运放的处理
由于运放的开环放大倍数很大,输入电阻高, 由于运放的开环放大倍数很大,输入电阻高, 输出电阻小,在分析时常将其理想化, 输出电阻小,在分析时常将其理想化,称其所谓 理想运放. 的理想运放. 理想运放的条件 运放工作在线性区的特点
Ao = ∞
ri = ∞ ro = 0
平衡电阻, 平衡电阻,使输入端对地 的静态电阻相等, 的静态电阻相等,保证静 态时输入级的对称性. 态时输入级的对称性.
3. 反馈方式 i2 i1 ui R1 RP R2
电压并联负反馈 输出电阻很小! 输出电阻很小!
_ ∞ + +
4. 共模电压
u+ + u =0 2
输入电阻小, 输入电阻小,共模电压 以及"虚地" 为 0 以及"虚地"是反 相输入的特点. 相输入的特点.
三,电压跟随器
_ ui
∞ +
uo
结构特点: 结构特点:输出电压全 部引到反相输入端, 部引到反相输入端,信 号从同相端输入. 号从同相端输入.电压 跟随器是同相比例运算 跟随器是同相比例运算 放大器的特例. 放大器的特例.
+
此电路是电压并联负反馈,输入电阻大, 此电路是电压并联负反馈,输入电阻大,输 出电阻小, 出电阻小,在电路中作用与分离元件的射极输出 器相同,但是电压跟随性能好. 器相同,但是电压跟随性能好.
注意:同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响, 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. 单独调整.
R1 R21 R22 -
RF
∞
ui1 ui2
+ R
+
uo
左图也是同相求和运算 电路, 电路,如何求同相输入 端的电位? 端的电位?
提示: 提示: 1. 虚开路:流入同相端的 虚开路: 电流为0. 电流为 . 2. 节点电位法求 +. 节点电位法求u
uo = u = u+ = ui
一,反相求和运算
ui1 ui2
R11 R12
R2
_ +
∞ +
uo
RP = R // R // RF 11 12
RP
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.
ui1
R11
iF
_ + RP
E=+5V
+
∞
A1 + R R1 + RW R2
R
R
∞
ui
_ +
A3 + R2
uo
R
∞
A2 +
Rt
R
R1
Rt=f (T°C) °
Rt E Rt R ui = E = E Rt + R 2 2(Rt + R)
R2 2R + RW R2 2R + RW Rt R uo = × ui = × × E R1 RW R1 RW 2(Rt + R)
ui1 ui2
+
+
RF u o = (1 + )u + R1
流入运放输入端的电流为0(虚开路) 流入运放输入端的电流为 (虚开路)
R22 R21 u+ = u i1 + ui 2 R 21 + R22 R21 + R22
RF R R 12 11 uo = (1+ )( ui1 + ui 2 ) R R +R R +R 1 11 12 11 12
5. 传输特性(差放特性) 传输特性(差放特性) (1)静态 vID=0 ; vO=0 零入零出 (2)放大区 线性区) (线性区)窄!
线性应用
VOL/AVD<VID<VOH/AVD
v0 v0H 正向饱和区 vP-vN v0L
0
负向饱和区
(3)限幅区
VOH vo = 正向饱和 非线性应用
线性区
VOL 负向饱和
2. 差模特性参数 AvD(开环 ,Rid,fH,VIDM,BWG(单位增益带宽 开环), 单位增益带宽) 开环 单位增益带宽 3. 共模特性参数 KCMR,Ric,VICM 4. 大信号特性参数 (1) 转换速率 R(摆率) 转换速率S 摆率) 定义: 是运放在大信号或高频信号工作时的一项重要指标. 定义 是运放在大信号或高频信号工作时的一项重要指标.
uo = A ( u+ u ) 虚短路 o
Ii = 0 虚开路
u+ =u
放大倍数与负载无关. 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. 可以分别对每个运放进行.
一,反相比例运算电路 i2 i1 ui R1 RP R2
1. 放大倍数
u+ = u = 0
一,微分运算
iF ui i1 C R2
若输入: 若输入: u i 则: uo
uo iF = R
R – ∞ + +
u–= u+= 0
uo
dui i1 = C dt
i1 = i F
dui uo = RC dt
= sin ω t
ui
o
= RC cosωt
0
= RC sin(ωt 90 ) 0 uo
五类: 输入失调参数 五类: 开环差模参数 开环共模参数 大信号特性参数 电源特性参数 1.输入失调参数 输入失调参数 是限制运放能够检测微弱信号最小值的主要因素. 是限制运放能够检测微弱信号最小值的主要因素. (1) 输入失调电压VIO与温漂 IO/dT 输入失调电压 与温漂dV VIO----dVIO/dT----(2) 输入失调电流 IO与温漂 IO/dT 输入失调电流I 与温漂dI IIO =IBP-IBN dIIO/dT----(3) 输入偏置电流 IB 输入偏置电流I IIB = (IBN+IBP〕/ 2
二,同相求和运算
R1 + RF
∞
ui1 ui2
R21 R22
uo
+
R1 // RF = R21 // R22
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.
R1 R21 R22 -
RF
∞
u+ 与 ui1 和 ui2 uo 的关系如何? 的关系如何? 此电路如果以 u+ 为输入 , 则输出为: 则输出为:
uo2 uo1 =
ui1 ui 2 = RW
2R + RW (ui2 ui1) RW
uo1 R1 – + R1 R2
∞
三运放电路是差 动放大器, 动放大器,放大 倍数可变. 倍数可变. uo 由于输入均在同 相端, 相端,此电路的 输入电阻高. 输入电阻高.
A +
uo2
R2
R2 uo = (uo 2 uo1 ) R1
三,单运放的加减运算电路
ui1 ui2 ui3 ui4 R1 R2 R3 R4 R5 ∞ + + R6
_
uo
R1 // R2 // R5 = R3 // R4 // R6
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.
单运放的加减运算电路的特例:差动放大器 单运放的加减运算电路的特例: R2
uo
三运放电路
ui1 +
∞
A + R a
uo1 R1 – + R1 uo2 R2
∞
– ui2 +
∞
A +
RW b R
A +
uo
R2
ui1
+
∞
A + R a
虚短路: 虚短路: uo1
ua = ui1
虚开路: 虚开路:
ub = ui 2
– ui2 +
∞
A +
RW b R uo2
uo1 uo 2 u a ub = 2 R + RW RW
R2
u+ = u = 0
i11 + i12 = iF
uo
i11
ui2
R12
∞ +
i12
R2 R2 uo = ( ui1 + ui2 ) R11 R12
调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻, 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. 响输入电压和输出电压的比例关系,调节方便.
二,同相比例运算电路
R2
虚短路
u-= u+= ui
uo
虚开路 虚开路
_ R1 ui RP
∞ +
uo ui ui = R2 R1
+ 结构特点: 结构特点:负反馈引到反 相输入端,信号从同相端 相输入端, 输入. 输入.
反馈方式:电压串联负反馈.输入电阻高. 反馈方式:电压串联负反馈.输入电阻高.
第4章 集成运算放大器及其基本应用电路 章
4.1 基本概念
1.什么是集成运放 Operation Amplifier (OPA) 多级,直接耦合,高增益集成电路. 多级,直接耦合,高增益集成电路. +:同相输入端 +:同相输入端 -:反相输入端 -:反相输入端
AVD( VP - VN ) vo= -AVD( VN - VP )