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1、2.1 集成运算放大器的符号、模型和电压传输特性,集成运算放大器是将电子器件和电路集成在硅片上的放大器。,同相输入端的输入信号与输出信号相位相同； 反相输入端的输入信号与输出信号相位相反。,2.1.1 集成运算放大器的符号,2,2.1.2 集成运算放大器的模型,uid = ui+ - ui-：差模输入电压； Auo：集成运放的开环电压放大倍数； Ri：集成运放的输入电阻； Ro：集成运放的输出电阻。,Ri Ro0 Auo Ii+= Ii-0,理想化,理想化条件,“虚断路”,3,2.1.3 集成运算放大器的电压传输特性,线性放大区：uo = Auo(ui+ - ui-) = Auouid,“虚短
2、路”：Auo uid 0,限幅区：uo = UCC 或 UEE，uid 可以较大，不再“虚短路”。,4,反相电压传输特性,5,2.2 扩展线性放大范围引入深度负反馈,反相输入组态,负反馈将反馈信号引向反相输入端，使反馈信号抵消部分输入信号，保证在输入信号较大时，uid仍然很小，在“虚短路”范围内，从而集成运算放大器工作在线性放大区。,6,同相输入组态,可以保证运放工作在线性区,7,2.3 由集成运放构成的基本运算电路,2.3.1 比例运算放大器,1. 同相比例运算放大器,8,9,同相比例放大器的特点： (1) 信号从同相端输入，输出信号与输入信号同相； (2) U+ = U- 0，反相端和同相
3、端电压相等,即“虚短路”； (3) 闭环放大倍数大于等于1，可以设计成电压跟随器；,10,(4) 闭环输入阻抗进一步增大，趋向于理想条件，即Rif ；,(5) 闭环输出阻抗进一步减小，也趋向于理想条件，即Rof 0。,11,【例 2.3.1】彰显电压跟随器的隔离 (缓冲) 作用。 有一内阻 Rs = 100 k 的信号源，为一个负载 (RL = 1 k) 提供电流和电压。一种方案是将它们直接相连 (如图(a) 所示) ；另一种方案是在信号源与负载之间插入一级电压跟随器 ( 如图(b) 所示) 。试分析两种方案负载 RL 所得到的电压 uL 和电流 iL 。,12,1) 闭环增益与电压传输特性,
4、2. 反相比例运算放大器,13,14,2) 闭环输入电阻,反相比例放大器的特点： (1) 信号从反相端输入，输出信号与输入信号反相； (2) U- = U+ = 0，因为同相端电压为零( 接地) ，所以反相端呈现“虚地”特性； (3) 闭环放大倍数 Auf = - R2 / R1； (4) 闭环输入电阻较小，Rif R1，闭环输出电阻Rof 0。,15,【例 2.3.3】电路如图所示，试问 (1) 运放 A1、A2 的功能各是什么？ (2) 求输出电压 与输入电压 的关系式，即总增益 的表达式。,16,【例 2.3.4】有一运放组成的反相比例放大器，如右图所示，电源电压UCC = | UEE
5、| = 12 V，求输入信号分别为ui1 = 1sint (V) 和 ui2 = 2sint (V) 时的输出波形图。,17,2.3.2 相加器,1. 反相相加器,【例 2.3.5】试设计一个相加器，完成 uo = - (2ui1 + 3ui2) 的运算，并要求对ui1、ui2的输入电阻均大于等于100 k。,18,2. 同相相加器,19,2.3.3 相减器,20,【例 2.3.6】利用相减器电路可以构成“称重放大器” 。,试问，输出电压 uo 与重量 ( 体现在 Rx 变化上) 有何关系。,21,2.3.4 积分器,差动积分器,22,23,【例 2.3.7】电路如右图所示，当t = t1 (
6、1s) 时，开关 S 接 a 点； 当t = t1 (1s) t2 (3s) 时，开关 S 接 b 点；而当 t t2 (3s) 时，开关 S 接 c 点。已知运算放大器电源电压 15 V，初始电压 uC(0) = 0，试画出输出电压 uo(t) 的波形图。,24,25,2.3.5 微分器,利用积分器和相加器求解微分方程,26,2.3.6 电压一电流变换(V/I)和电流一电压变换(I/V),一,电压一电流变换(V/I),负载电流 与负载 无关，而与输入信号 成正比,27,二，电流一电压变换I/V,28,【例 2.3.8,】,精密直流电压测量电路,29,【例 2.3.9】,30,增益可调电路,3
7、1,【例 2.3.10】,32,【例 2.3.11】,33,【例 2.3.12】,34,【例 2.3.13】,35,2.4 有源RC滤波器,2.4.1 理想滤波器特性及其“逼近”,低通,带通,高通,低通,带阻,全通,勃特沃斯滤波器,切比雪夫滤波器,贝塞尔滤波器,椭园滤波器,36,37,2.4.2 常用的一阶、二阶有源滤波器,一阶有源RC滤波器,38,2. 运放作为有限增益放大器的二阶有源滤波器,39,二阶低通滤波器,40,41,3，运放作为无限增益放大器的多重反馈有源滤波器,42,二阶带通滤波器,43,44,双T网络带阻滤波器,45,用带通和相加器构成的陷波器,46,47,5. 全通滤波器一一移相器,48,6. 状态变量滤波器一一多功能滤波器,高通,带通,低通,状态变量滤波器由积分器与相加器(相减器)组成,49,2.5 集成运放的非理想特性对实际应用的限制,精度,速度,开环增益 Au,共模抑制比,输入电阻 Ri,输出电阻 Ro,失调电压 Uos,失调电流 Ios,输入偏流,失调漂移,单位增益带宽,压摆率 SR,50,1.失调电压Uos的影响,51,2. 失调电流与输入偏流的影响,失调电流,输入偏流,52,3. 有限的开环增益和带宽带导致的误差,53,4. 有限的压摆率带耒的误差,定义：压摆率SR,54,例,F3140,F318,F007,通用型,指标一般,
