电子技术基础--第七章--集成运算放大器的线性应用和非线性应用.ppt

第七章 集成运算放大器的线性应用和非线性应用,第一节 集成运算放大器的线性应用 第二节 集成运算放大器的非线性应用,第一节 集成运算放大器的线性应用,,一、理想运放的条件,1.开环差模电压增益Aod=∞; 2.差模输入电阻Rid=∞; 3.输出电阻Ro=0; 4.共模抑制比CMRR=∞; 5.开环带宽BW=∞; 6.失调、漂移和内部噪声为零主要条件,,条件较难满足， 可采用专用运放 来近似满足8.1 理想集成运算放大器,为简化对集成运放应用电路的分析，常把集成运放视为理想器件其主要满足以下一些条件：,实际运放的技术指标与理想运放比较接近，因此用理想运放代替实际运放分析所产生的误差并不大，在工程计算中是允许的，由此却带来了分析的大大简化1.同相端与反相端呈开路状态 2.输出回路为一受控电压源AV(V+-V-) ， 由于Ro=0,所以Vo=AV(V+-V-),二、理想运放模型,,,三、理想运放的工作状态及其特点,,,,,,,,,Vo,0,VOH,VOL,理想,实际,,,,线性区,非线性区,非线性区,运放的传输特性,VOH为正向输出饱和电压 VOL为负向输出饱和电压 其数值接近运放的正负电源电压,引入深度负反馈,开环或引入正反馈,分析应用电路的工作原理时，首先要分清运放工作性区还是非线性区。

 线性工作状态,1.理想运放的同相和反相输入端电流近似为零,I+=I-≈0,2.理想运放的同相和反相输入端电位近似相等,V+=V-,Rid≈∞,V+-V-=Vo/AU≈0,虚断,虚短,在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短虚地,如将运放的同相端接地V+=0，则V-=0,即反相端是一 个不接“地”的“地”，称为“虚地”,虚地点对地的电位为“0”,由于理想运放的输入电阻非常高，在分析处于线性状态运放时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断三、理想运放的工作状态及其特点,,1.理想运放的同相和反相输入端电流近似为零,2. 当V+V-时，Vo为正向输出饱和电压VOH 当V+V-时，Vo为负向输出饱和电压VOL 其数值接近运放的正负电源电压,I+=I-≈0,分析运放的应用电路时，首先将集成运放视作理想运放，以便抓住主要矛盾，忽略次要矛盾；然后判断运放是工作性区还是非线性区在此基础上分析具体电路的工作原理，其它问题也就迎刃而解了 非线性工作状态,三、理想运放的工作状态及其特点, 比例运算电路, 积分电路, 微分电路, 减法电路, 加法电路,一、运算电路,（一）反相比例运算电路 （二）同相比例运算电路,,,,,,,（一）反相比例运算电路,（二）同相比例运算电路,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2. 加法电路,根据虚短、虚断和N点的KCL得：,若,,,,则有,（加法运算）,输出再接一级反相电路,,可得,,实例1,从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。

2）利用差分式电路以实现减法运算,,,当,则,若继续有,则,根据虚短、虚断和N、P点的KCL得：,方法1,,减法器,运放工作性放大时，可用叠加原理来推导输出表达式 当U2=0时，在输入信号U1的作用下，产生的输出为U'o,当U1=0时，在输入信号U2的作用下，产生的输出为U''o 根据叠加原理：Uo= U'o + U''o,当U1单独作用时：,U'o,当U2单独作用时：,U''o,,方法2,减法器,当U1单独作用时：,当U2单独作用时：,若R1=R2 R3=Rf,, 减法器的输出电压为两个输入信号之差乘以放大系数 Rf/R1, 故又称它为差分放大器  为减小失调误差 R1//Rf=R2//R3,（五）反相积分运算电路,,,,,,,,,第二节 集成运算放大器的非线性应用,（1）运放的同相输入端和反相输入端的电流近似为零，称为“虚断”，这是由于运放的输入电阻非常高，不高于电压源的一个有限的输入电压除以非常高的输入电阻得到一个近似为零的电流 （2）当同相输入端的电位高于反相输入端的电位时，输出为正向饱和电压UOH，其数值接近运放的正电源电压当同相输入端的电位小于反相输入端的电位时，输出为负向饱和电压UOL，其数值接近运放的负电源电压。

1）过零比较器,可以认为,vI 0 时， vOmax = VOH= +VCC,,vI 0 时， vOmax = VOL=-VEE,（同相过零比较器）,vI =0 称为门限电压或阈值电压Vth,,,输入为正负对称的正弦波时，输出为方波电压传输特性,,（同相过零比较器）,思考,1.若过零比较器如图所示，则它的电压传输特性将是怎样的？ 2.输入为正负对称的正弦波时，输出波形是怎样的？,,,,（同相过零比较器）,,,,,反相过零比较器,,（2）门限电压不为零的比较器,电压传输特性,,输入为正负对称的正弦波时，输出波形如图所示门限电压 Vth＝ VREF,VREF可正可负,对两个输入电压进行比较，比较两个电压的大小，将比较结果以高低电平的形式输出用于此功能的运放通常工作在饱和区 通常将一个输入电压固定UR作为参考电压，另一个输入电压Ui与UR比较，结果由Uo反映,输出应为负饱和值，稳压管的导通,输出电压的幅度被限定在Uo=-UD,当Ui≤UR时，输出为正饱和值，由于稳压管的稳压作用， Uo=Uz,输出电压被限定在 （UZ+UD),（2）门限电压不为零的比较器,,由于在ui=Vth=VREF附近出现干扰，uO将时而为VOH，时而为VOL，导致比较器输出不稳定。

如果用这个输出电压uO去控制电机，将出现频繁的起停现象，这种情况是不允许的二、 单门限电压比较器,存在的问题,二、双门限电压比较器（迟滞电压比较器）,（一）反相双门限电压比较器,,,,定义门限电压宽度(回差电压)为两个门限电压之差电路3,迟滞比较器,稳压管和电阻R4构成稳幅电路，使输出电压为±10VR1、R2构成正反馈电路,使,阈值电压,,（二）同相双门限电压比较器,,,,,,上限阈值电压：,下限阈值电压：,,。