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1、4.3 求和运算电路,4.5 对数和指数运算电路,第四章 集成运算放大器的线性应用电路,4.1 运算放大器线性应用电路的特点,4.2 比例运算电路,4.4 积分和微分运算电路,本章主要讲述理想集成运放的特点、基本运算电路。重点掌握理想集成运放的特点及“虚短”、“虚断”的概念，并能应用这两个基本概念分析基本运算电路；,内容简介,满足下列参数指标的运算放大器可以视为理想运算放大器。1.开环差模电压放大倍数Avd=，实际上Avd80dB即可。,一、理想运放的性能指标,2.差模输入电阻Rid=，实际上Rid比输入端外电路的电阻大23个量级即可。,3.输出电阻Ro=0，实际上Ro比输入端外电路的电阻小1
2、2个量级即可。,5.带宽足够宽，上限截止频率 fH=。,4.共模抑制比足够大，KCMR=。实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器都可以视为理想的。只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指标明显下降即可。,6.失调电压、失调电流和温漂均为零，且无任何内部噪声。,实际集成运放的特性很接近理想集成运放，我们仅仅在进行误差分析时，才考虑理想化后造成的影响，一般工程计算其影响可以忽略。,集成运放的电压传输特性,在线性区：uOAod(uPuN)，Aod是开环差模放大倍数。由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压(uPuN)的数值仅为几十一百多V。当其大于此值时，集成运放的输
3、出不是UOM,就是UOM，即集成运放工作在非线性区。,（2）理想集成运放工作于线性区,理想运放工作于线性区：,“虚短”：运放的同相输入端和反相输入端的电位“无穷”接近，好象短路一样，但却不是真正的短路。,“虚断”：运放的同相输入端和反相输入端的电流趋于0，好象断路一样，但却不是真正的断路。,理想运放工作于线性区，因其放大倍数趋于无穷大，所以在输入端只要加一个非无穷小的电压，其输出就会超出其线性工作区，因此，只有电路引入负反馈，才能使其工作于线性区。,（3）理想集成运放工作于非线性区,电路中没有引入负反馈或引入的是正反馈，理想运放工作于非线性区。因其放大倍数趋于无穷大，所以输出电压只有两种可能：
4、,4.2 基本运算电路,比例运算电路,积分微分运算电路,对数指数运算电路,加减运算电路,比例运算电路：将输入信号按比例放大的电路。分类：,按输入信号加入不同的输入端分,反向比例电路,同相比例电路,差动比例电路,比例放大电路是集成运算放大电路的三种主要放大形式,(1)反相比例运算放大器,虚地点,iI=iF+i-=iF,i-=0,i+=0,u+=0,u=u+=0,平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):R=R1/RF,F,电压放大倍数:,反相比例运算放大器输入电阻,反馈电阻,运算放大器输入端无共模信号 运算电路输入电阻较小,例题1.R1=10k,RF=20k,ui=-1V。求:uo，R应为多大？,
5、Auf=-（RF/R1）=-20/10=-2uo=Auf ui=(-2)(-1)=2VR=R1/RF=10/20=6.7 k,(2)同相比例运算放大器,u-=u+=ui,i+=0,i-=0,iF=i1,R=R1/RF,同相比例运算放大器输入电阻：,运算放大器输入端有共模信号 运算电路输入电阻很大,当RF=0时,Auf=1,uo=ui,(3)电压跟随器,此电路输入电阻大，输出电阻小，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。,例题2.R1=10k,RF=20k,ui=-1V。求:uo，R应为多大？,uo=Auf ui=(3)(-1)=-3VR=R1/RF=10/20=6.7 k
6、,(4)差动放大器,i+=0,i-=0,u-=u+,例题3.R1=10k,R2=20k,ui 1=-1V，ui 2=1V。求:uo,(5)反相求和运算：,虚地,若R1=R2=R,取R=R1/R2/RF,i1+i2=iF,(6)同相求和运算：,取R1/R2=RF/R,单运放的加减运算电路,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。,虚短路,虚开路,虚开路,例4：设计一个加减运算电路，RF=240k，使uo=10ui1+8ui2-20ui3,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。,(2)求各电阻值。,uo=10ui1+8ui2-20ui3,优
7、点：元件少，成本低。,缺点：要求R1/R2/R5=R3/R4/R6。阻值的调整计算不方便。,单运放的加减运算电路,改进：采用双运放电路。,双运放的加减运算电路,(7)反相积分运算,uc=-uo,u-=u+=0,1)输入为阶跃信号时的输出电压波形？2)输入为方波时的输出电压波形？3)输入为正弦波时的输出电压波形？,波形变换,移相,线性积分,应用举例：,(8)微分运算：,u-=u+=0,i-=0,(9)对数运算电路,(10)指数运算电路,以上两个电路温漂很严重，实际电路都有温度补偿电路,指数运算电路相当反对数运算电路。,运算电路要求,1.熟记前8种基本运算电路的电路图及放大倍数公式。2.以上基本运
8、算电路级联后输出的计算。3.会用 i-=0,i+=0,u+=u-分析给定运算电路的 放大倍数。,数据放大器（三运放电路）,三运放电路(续),u-=u+,R、RW、R三个电阻可视为串联,三运放电路(续),三运放电路是差动放大器，放大倍数可调。,由于输入均在同相端，此电路的输入电阻高。,三运放电路的特点,例6:由三运放放大器组成的温度测量电路,Rt 热敏电阻,Rt=f(TC),集成化:仪表放大器,例7.求电压放大倍数Au=uo/ui。,u-=u+=0,i1=iF=i2+i3,RP=R1/(RF+R2/R3),例8.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。,uo=(ui/2)+2.5 V,例8(续),uo=(ui/2)+2.5 V,=(ui+5)/2,uo1=-(10/20)(ui+5)=-(ui+5)/2,uo=-(20/20)uo1=-uo1=(ui+5)/2,
