[信息与通信]第五章集成运放电路及其应用.ppt

第5章 集成运放电路及其应用 5.1基本运算放大电路(工作在放大区,满足虚短/虚断概念) 5.1.1比例运算 1．反相比例运算电路 反相比例运算电路如下图所示，输入信号ui经输入电阻R1从反相输入端输入，同相输入端经电阻R2接地，反馈电阻Rf跨接在反相输入端与输出端之间，形成电压并联负反馈。 根据运放工作在线性区存在虚短和虚断，由u－＝u＋，i－＝i＋＝0，故电阻R2上无电压降，于是得： 5.1 基本运算放大电路 由图得： 由此可得： 闭环电压放大倍数为： 上式表明输出电压u0与输入电压ui是一种比例运算关系，或者说是比例放大的关系，比例系数只取决于电阻Rf与R1的比值，而与集成运放本身的参数无关。选用不同的电阻比值，就可得到数值不同的闭环电压放大倍数。 5.1 基本运算放大电路 由于电阻的精度和稳定性可以做得很高，所以闭环电压放大倍数的精度和稳定性也是很高的。式中的负号表示输出电压u0与输入电压ui的相位相反，因此这种运算电路称为反相比例放大电路。 同相输入端的外接电阻R2称为平衡电阻，其作用是消除静态基极电流对输出电压的影响，以保证运算放大器差分输入级输入端静态电路的平衡。运算放大器工作时，两个输入端静态基极偏置电流会在各电阻上产生电压，从而影响差分输入级输入端的电位，使得运算放大器的输出端产生附加的偏移电压。亦即当外加输入电压ui=0时，输出电压uo将不为零。平衡电阻R2的作用就是当输入电压ui=0时，使输出电压u0也为零。因为当输入电压ui=0时， 5.1 基本运算放大电路 输出电压u0=0，所以电阻R1和Rf相当于并联，反相输入端与地之间的等效电阻为，因而平衡电阻R2应为： 在上图所示的电路中，当Rf＝R1时，则有： 即输出电压uo与输入电压ui的绝对值相等，而两者的相位相反，这时电路相当于作了一次变号运算。这种运算放大电路称为反相器。 5.1 基本运算放大电路 2．同相比例运算电路 同相比例运算电路如下图5-2所示，输入信号ui经电阻R2从同相输入端输入，反相输入端经电阻Rl接地，反馈电阻Rf跨接在反相输入端与输出端之间，形成电压串联负反馈。 根据运放工作在线性区的虚短和虚断，即u-=u+，i-=i+=0可知，因i＋=0，故电阻R2上无电压降，于是得： 由图可得： 5.1 基本运算放大电路 由此可得： 闭环电压放大倍数为： 上式表明输出电压uo与输入电压ui也是一种比例运算关系或者说是比例放大关系。与反相比例放大电路一样，当运算放大器在理想化的条件下工作时，同相比例放大电路的闭环电压放大倍数也仅与外部电阻R１和Rf的比值有关，而与运算放大器本身的参数无关。选用不同的电阻比值，就能得到不同大小的电压放大倍数，因此电压放大倍数的精度和稳定性都很高。 5.1 基本运算放大电路 电压放大倍数为正值，表明输出电压uo与输入电压ui的相位相同，因此这种运算电路称为同相比例放大电路。同时，同相比例放大电路的闭环电压放大倍数总是大于或等于1。 同反相比例运算电路一样，为了提高差分电路的对称性，平衡电阻R2=R1//Rf。在图5-2所示的同相比例运算电路中，如果将反相输入端的外接电阻R１去掉（即R1＝∞），R2短接，再将反馈电阻Rf短接（即），如图5-3所示，则有： 5.1 基本运算放大电路 由于输出电压u0与输入电压ui大小相等，相位相同，所以，这种电路称为电压跟随器。它与第2章讨论的射极输出器的性能相似，是同相比例放大器的一个特例，通常用作缓冲器。 5.1.2加法和减法运算 1．加法运算电路 如图5-4所示是实现两个信号相加的反相加法运算电路，它是在图5-1所示反相比例运算电路的基础上增加了一个输入回路，以便对两个输入电压实现代数相加。 在图中，先将输入电压转换成电流，然后在反相输入端相加。由于反相输入端为虚地，所以： 5.1 基本运算放大电路 因为： 由此可得： 若 ，则： 5.1 基本运算放大电路 若 ，则 ： 可见输出电压与两个输入电压之间是一种反相加法运算关系。这一运算关系可推广到有更多个信号输入的情况。平衡电阻R3=R1∥R2∥Rf 。 2. 减法运算 减法运算电路如图5-6所示，由叠加定理可以得到输出与输入的关系。 5.1 基本运算放大电路 ui1单独作用时成为如图5-1所示的反相输入比例运算电路，其输出电压为： ui2单独作用时成为如图5-2所示的同相输入比例运算电路，其输出电压为： 根据叠加定理， ui1和ui2共同作用时，输出电压为： 5.1 基本运算放大电路 若 ，则： 由此可见，输出电压与两个输入电压之差成正比，实现了减法运算。该电路又称为差分输入运算电路或差分放大电路。 5.1.3积分和微分运算 1. 积