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1、电子电路电子电路IIII课程介绍课程介绍 成绩：平时20%，期中20%,课程设计20% 期末40% 联系方式： 王昊 QQ 群：电基zju 18657167770 短号：628285 共用邮箱：，密码 申请免修：如何获得平时成绩 如何学好这门课：参考书，习题，注意概念 6个班同时开课 助教：刘杰，569191，15167150265 1.3 求和运算电路 1.5 对数和指数运算电路 1.1 运算放大器线性应用电路的特点 1.2 比例运算电路 1.4 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、电路运用的基本规则、运算 放大器的各种应用电路以及运算放大器在 应用过程中的一
2、些注意事项。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 双电源供电 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12 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
3、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。 理想运放的等效模型 预设问题：KCL如何应用 ？ 实际的运放什么样子？ 第4章集成运算放大器的线性应用电路 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 ，集成运放的输出不是UOM , 就是UOM ，即集成运放工作在非
4、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： 基本运算电路 比例运算
5、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 _ + + RF R1 R uiuo iI iF i- i+ 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 Ri=R1 输入电阻(小): uo _ + + RF R1 RP ui iI
6、 iF i- i+ 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 _ + + RF R1 R uiuo iI iF i- i+ 例题1. R1=10k , RF=20k , ui =-1V。求:uo ，R 应为多大？ Auf=-（RF/R1）=-20/10=-2 uo= Auf ui=(-2)(-1)=2V R=R1/RF=10/20=6.7 k (2) 同相比例运算放大器 u-= u+= ui i+ =0 i- =0 _ + + RF R1 R ui uo iF i1 Auf=1+ RF R1 iF=i1 R=R1/RF 同相比例运算放大器输入电阻： _ + + RF Rf R
7、P ui uo 运算放大器输入端有共模信号 运算电路输入电阻很大 Ri= 输入电阻(大): _ + + RF Rf RP ui uo Auf=1+ RF Rf 当RF=0时,Auf=1uo=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。 _ + + RF R1 R ui uo iF i1 例题2. R1=10k , RF=20k , ui =-1V。求:uo ，R 应为多大？ uo= Auf ui=(3)(-1)=-3V R=R1/RF =10/20=6.7 k Auf=1+ =1+20/10=3 RF R1 (4
8、) 差动放大器 _ + + RF R1 R1 ui1 uo RF ui2 i+ =0 i- =0 ui1RF R1 + RF u+ = u- = u+ u- = uo R1 + ui2 RF R1 + RF uo R1 + ui2 RF R1 + RF ui1RF R1 + RF = 例题3. R1=10k , R2=20k , ui 1=-1V， ui 2=1V 。 求:uo uo _ + + R2 R1 R1 R2 ui1 _ + + ui2 _ + + R2 R1 RP uo= (uo2- uo1) =(20/10)3-(-1) =8V R2 R1 uo1= ui1=-1V uo2= u
9、i2(1+R2/R1)=3V (5) 反相求和运算： _ + + RF R1 R2 ui2uo R ui1 i1 i2 iF 虚地 uo =-( ui1 R1 RF + ui2 R2 RF ) 若R1 =R2 =R, uo = - (ui1 R RF +ui2 ) 取R = R1/ R2/RF uo _ + + RF R1 R ui i+ =0i- =0, i1 + i2= iF ui1 R1 = ui2 R2 + -uo RF (6) 同相求和运算： Auf= RF R1 1+ uo = Auf u+ =( )( + ) RF R1 1+ R2 R1 + R2 ui1 R1 R1 + R2
10、ui2 取R1/R2=RF/R 当R1 = R2 时, uo = ( )(ui1 + ui2) RF R1 1+ 1 2 RRF + + u i1 uoR1 R2 ui2 - u+ _ + + RF R1 R ui uo 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。 R2 _ + + R5R1 ui2uo ui1 R4 ui4 ui3 R3 R6 R2 _ + + R5R1 ui2uo ui1 R4 ui4 ui3 R3 R6 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)
11、 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。 - R3RF + + ui1 uo R2 R1 ui2 R4 ui3 (2) 求各电阻值。 - R3RF + + ui1 uo R2 R1 ui2 R4 ui3 uo=10ui1+ 8ui2 - 20ui3 优点：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 - RF1 + + ui1 uo1 R1 ui2 R2 R3 - RF2 + + uo R4 ui3 R5 R6 (7) 反相积分运算 i1 iC u
12、 i - + + R R C uo uc uc = -uo i+ =0i- =0, iC =C duc dt -C duo dt ui R = 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 u i + +uo R R iC iR C i- =0 t ui 0 t uo 0 例5：,求uo。 u i + +uo R R2 iC iR C 90 (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
13、 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） + + A1 - + A2 R R RW ui1 ui2 uo1 uo2 a b + R1 R1 - + A3 R2 R2 uo + + + A1 _ + A2 R R RW ui1 ui2 uo1 uo2 a b + 三运放电路(续) i1- i2- i+ =0i- =0, u-= u+ , R、RW、R三个电阻可视为串联
14、三运放电路(续) uo R1 R1 + + A3 R2 R2 uo1 uo2 + + A1 _ + A2 R R RW ui1 ui2 uo1 uo2 a b + uo= 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 uo R1 R1 + + A3 R2 R2 + + A1 _ + A2 R R RW + U=+5V R R R Rt ui ui = Rt - R 2(Rt+R) U Rt 热敏电阻 uo= ui = Rt - R 2(Rt+R) U Rt=f(TC) 集成化:仪表放大器 例7.
15、求电压放大倍数Au=uo/ui 。 i+ =0i- =0, u-= u+=0 _ + + RF R1 RP uiuo i1 iF i- i+ R2 R3 i2 i3 uF i1 =iF = i2 +i3 ui R1 -uF RF = = -uF RF uF -uo R2 uF R3 + uo = - ui R1 RF + R2 + RF R2 R3 R1 RF + R2 + RF R2 R3 Au= 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。 +5V -5V +5V +2.5V 电平抬高电路 A/D计算机ui uo uo = (ui /2)+2.5 V 例8 (续) uo = (ui /2)+2.5 V = (ui +5) /2 _ + + 10k 20k +5V 5k ui 20k uo1 uo _ + + 20k 20k 10k uo1=-(10/20)(ui+5)=- (ui+5)/2 uo=-(20/20)uo1=- uo1 =(ui+5)/2 经典放大电路，课本例1.1