东北大学电工学-集成运算放大器.ppt

电 工 学 3.1 集成运算放大器 3.1.1集成电路概述 3.1.2 主要技术指标 3.2 运算放大器应用电路的分析方法 3.2.1 理想运算放大器 理想运算放大器的图形符号 运放的三种工作方式 1）当信号从同相输入端对公共地端输入时，输出电压与输入电压同相，——同相输入方式； 3.2.2 运算放大器的电压传输特性和工作区域 输出电压uo与输入电压(u+-u-) 之间关系的特性曲线 uo=f(u+-u-) ， 称为电压传输特性。 可实现比例加法运算 当Ri1 =Ri2 =Ri3=RF=R 时 可实现加法运算，但注意相位相反。 反相求和 平衡电阻： R2= Ri1 // Ri2 // RI3∥RF ui3 uo RF ui1 Ri2 Ri1 + + ? – ? R2 + – · Ri3 ui2 ii1 ii2 ii3 if ui3 uo RF ui1 Ri2 Ri1 + + ? – ? R2 + – · Ri3 ui2 ii1 ii2 ii3 iF 例：图中 Ri1=10KΩ， Ri2=50KΩ，Ri3=100KΩ，RF=100KΩ，ui1=1V，ui2=3V，ui3= －5V， 试求uo。 =－（10ui1+2ui2+ui3）=－（10*1+2*3－5）=－11V iF + uo RF Ri2 + + ? – ? R2 – ui3 ui1 Ri1 · Ri3 ui2 ii1 ii2 ii3 R1 i1 i2 2. 同相求和 因i-=i+，u-=u+ 所以 以下为求u+ ，因 ii1+ii2+ii3=i2 ，所以 + uo RF Ri2 + + ? – ? R2 – ui3 ui1 Ri1 · Ri3 ui2 ii1 ii2 ii3 R1 i1 i2 令 R∑=Ri1∥Ri2∥Ri3∥R2 ，则 + uo RF Ri2 + + ? – ? R2 – ui3 ui1 Ri1 · Ri3 ui2 ii1 ii2 ii3 R1 i1 i2 输出为不同比例各输入量之和。 为保持电路平衡一般取R1∥RF= Ri1∥Ri2∥Ri3∥R2 当R1=RF=RS，Ri1=Ri2=Ri3=R2=2RS 时， u+ ui2 uo RF ui1 Ri2 Ri1 + + ? – ? R1 + – 同相求和的另一形式： 由 3. 双端输入求和 可用前面分析的结果，用叠加原理来求解。 当ui3=ui4=0时，电路为反向求和电路， 当ui1=ui2=0时，电路为同向求和电路， + uo RF R3 + + ? – ? R5 – ui3 ui1 R2 R4 ui2 R1 ui4 ) ( 2 2 1 1 i F i F o o u R R u R R u u + - = ￠ = R∑=R3∥R4∥R5 + uo RF R3 + + ? – ? R5 – ui3 ui1 R2 R4 ui2 R1 ui4 若取R1∥R2∥RF = R3∥R4∥R5 ，则 双端输入求和可实现输入信号的比例加减运算。 例：设计一个运算电路，使之满足uo=4ui2-2ui1 。 解:这是一个比例减法运算，但是不能使用差动输入电路，因差动输出为 这是不可能的。可以考虑使用组合的方式，如第一级采用同相输入，先实现4ui2，第二级采用差动输入方式： 一般运放电路使用的电阻为几KΩ~几百KΩ， 取R1=10KΩ，则 RF=（4-1）×10=30KΩ 取平衡电阻R2=R1∥RF=7.5KΩ。第二级为差放 uo1 RF1 ui2 R2 R1 + + ? – ? ui1 uo RF2 R23 R22 + + ? – ? R21 + – 取RF2=20KΩ，R21=10KΩ，R22=20KΩ，R23=10KΩ，即可实现4ui2-2ui1 。 ui3 uo R6 R8 R7 + + ? – ? R5 uo1 R3 ui1 R2 R1 + + ? – ? R4 ui2 例：下图中R1= R2=20KΩ，R3=10K Ω，R4=5KΩ，R5=R7=5KΩ，R6=R8=10KΩ，试写出uo的表达式。 解： uo ui3 R6 R8 R7 + + ? – ? R5 uo1 ui2 uo RF ui1 R3 R2 + + ? – ? R1 + – + + – – 第二级为差动输入， 差动输入一般表达式为： 如果取 R1 = R2 ，R3 = RF =ui1+ui2+2ui3 对照下面差动输入公式有: 3.3.3 积分运算电路 因 i+=i-=0 , u+=u-=0 ， 有 i1 = if ，而 if i1 uo CF ui R2 R1 + + – – + + ? – ?