第6章集成运算放大器的应用案例.ppt

第6章 集成运算放大器的应用 6.1 理想运放及运放工作的两个区域 6.1.1 理想运算放大器 ① 开环差模电压放大倍数Aod=∞； ② 差模输入电阻rid=∞； ③ 输出电阻rod=0； ④ 输入失调电压UIO=0，输入失调电流IIO=0；输入失调电压的温漂dUIO/dT =0，输入失调电流的温漂dIIO/dT=0； ⑤ 共模抑制比KCMR=∞； ⑥ 输入偏置电流IIB=0； ⑦ ?3dB带宽fh=∞； ⑧ 无干扰、噪声。 6.1.2 集成运放的两个工作区域 1．线性工作区 在集成运放应用电路中，运放的工作状态有两种：工作在线性区或工作在非线性区。 图6.1所示为集成运放的电压传输特性。 在线性工作区， uo与ui之间关系可表示为 uo=Aodui=Aod(u+?u?) （6-1） 工作在在线性区时，有：u+?u?≈0，即 这一特性称为理想运放输入端的“虚短”。 运放两个输入端的电流： 这一特性称为理想运放输入端的“虚断”。 式（6-2）和式（6-3）是分析理想运放线性应用电路的重要依据。 2．非线性工作区 集成运放的非线性工作区是指其输出电压uo与输入电压u+?u?不成比例时的输入电压取值范围。 运放的输入信号超出了线性放大的范围，输出电压不再随输入电压线性变化，而是达到饱和，输出电压为正向饱和压降UOH（正向最大输出电压）或负向饱和压降UOL（负向最大输出电压），如图6.1所示。 满足“虚断”条件： i+=i?≈0 （6-4） 为使运放工作在非线性区，一般使运放工作在开环状态，也可外加正反馈。 6.2 运放的线性应用电路 6.2.1 信号运算电路 1．比例运算电路 （1）反相比例运算电路 u+ = u?=0 反相比例运算电路的输出电压与输入电压相位相反，而幅度成正比关系，比例系数取决于电阻Rf与R1阻值之比。 平衡电阻，其阻值为 = Rf?//R1。 （2）同相比例运算电路 根据“虚断”、“虚短”特点，有 i+= i?=0 u+=u?=ui （6-7） 则 同相比例运算电路输出输入电压相位相同，幅度成正比例关系。比例系数取决于电阻Rf与R1阻值之比。 同相比例运算电路中引入了电压串联负反馈，故可以进一步提高电路的输入电阻和输出电阻，该电路的Ri=∞，Ro=0。 若R1=∞或Rf?=0，则uo=ui，此时电路构成电压跟随器，如图6.4所示。 例题6-1：理想集成运放构成的电路如图6.5所示，写出uo～ui的关系式。 解：由电路可知，运放A1构成的电路是一个反相比例运算电路。于是 运放A2构成的电路是一个同相比例运算电路；因此有 可见，该电路是一种比例运算电路。 2．求和运算电路 （1）反相求和电路 电路输出电压uo为输入电压ui1、ui2相加所得结果，即电路可以实现求和运算。 例题6-2：假设一个控制系统中的温度、压力等物理量经传感器后分别转换成为模拟电压量ui1、ui2，要求设计一个运算电路，使电路输出电压与ui1、ui2之间关系为uo=?3ui1?10ui2。 解：采用图6.6所示的反相求和电路，将给定关系式与式（6-10）比较，可得 为了避免电路中的电阻值过大或过小，可先选Rf?=150k?，则 R1= 50k?，R2=15k? = Rf//R1//R2=10.7k? 为保证精度，以上电阻应选用精密电阻。 （2）同相求和电路 由“虚断”、“虚短”可得输出电压为 其中 该电路能够实现同相求和运算。 3．积分微分电路 （1）积分电路 根据“虚短”、“虚断”以及电容电流电压关系 uC（0）是电容两端电压0时刻初始值。 图6.8所示电路输出输入电压关系： 显然输出电压与输入电压间为积分运算关系。 积分电路可以用于波形变换。 例题6-3：理想运放构成的积分运算电路如图6.8所示，当R=10k?，C=0.1?F，ui=2V，电容上初始电压为0V，经t=2ms后，电路输出电压uo为多