1、1,电子技术,第五章 运算放大器的应用,模拟电路部分,2,5.1 运放的线性应用5.1.1 运放工作在线性区时的特点5.1.2 运放的线性应用 5.2 运放的非线性应用5.2.1 运放工作在非线性区时的特点5.2.2 运放的非线性应用,第五章 运放的应用,3,Ao越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。,例：若UOM=12V，Ao=106，则|ui|12V时，运放处于线性区。,线性放大区,5.1.1 运放工作在线性区时的特点,5.1 运放的线性应用,4,由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放。,
2、理想运放的条件,放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。,运放工作在线性区的特点,一、在分析信号运算电路时对运放的处理,5,二、分析运放组成的线性电路的出发点,虚短路 虚开路 放大倍数与负载无关，可以分开分析。,6,一、比例运算电路,作用：将信号按比例放大。,类型：同相比例放大和反相比例放大。,方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。,5.1.2 运放的线性应用,7,i1= i2,1. 放大倍数,虚短路,虚开路,（一）反相比例运算电路,结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。,虚
3、开路,8,2. 电路的输入电阻,ri=R1,RP =R1 / R2,uo,为保证一定的输入电阻，当放大倍数大时，需增大R2，而大电阻的精度差，因此，在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。,9,4. 共模电压,输入电阻小、共模电压为 0 以及“虚地”是反相输入的特点。,3. 反馈方式,电压并联负反馈,输出电阻很小！,10,反相比例电路的特点：,1. 共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低。,2. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。,3. 由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。,4. 在放大倍数较大时，该电路结构不再适用 。,11,例：
4、求Au =?,i1= i2,虚短路,虚开路,虚开路,12,该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电阻。但R3的存在，削弱了负反馈。,13,（二）同相比例运算电路,u-= u+= ui,反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高。,虚短路,虚开路,结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。,虚开路,14,同相比例电路的特点：,3. 共模输入电压为ui，因此对运放的共模抑制比要求高。,1. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。,2. 由于串联负反馈的作用，输入电阻大。,15,此电路是电压并联负反馈，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
5、是电压跟随性能好。,（三）电压跟随器,结构特点：输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入。电压跟随器是同相比例运算放大器的特例。,16,二、 加减运算电路,作用：将若干个输入信号之和或之差按比例放大。,类型：同相求和和反相求和。,方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。,17,（一）反相求和运算,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。,18,调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。,19,（二）同相求和运算,实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不
6、同的需要。,20,此电路如果以 u+ 为输入 ，则输出为：,u+ 与 ui1 和 ui2 的关系如何？,注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。,流入运放输入端的电流为0（虚开路）,21,左图也是同相求和运算电路，如何求同相输入端的电位？,提示： 1. 虚开路：流入同相端的电流为0。 2. 节点电位法求u+。,22,例1：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。,加减、比例运算电路的分析举例,23,虚短路,虚开路,虚开路,24,解出：,单运放的加减运算电路的特例：差动放大器,25,例2：双运放的加减运算电路,26,例3：三运放电路
7、,27,虚短路：,虚开路：,28,三运放电路是差动放大器，放大倍数可变。 由于输入均在同相端，此电路的输入电阻高。,29,例：由三运放放大器组成的温度测量电路。,Rt ：热敏电阻,集成化:仪表放大器,30,Rt=f (TC),31,1. 它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小 。,2. 关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。,3. 同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。,比例运算电路与加减运算电路小结,32,三、微分运算电路与积分运算电路,u= u+= 0,（一）微分运算,33,输入方波，输出是三角波。,（二）积分运算,34,U,积分时限,应用举例2：如果积分器从
8、某一时刻输入一直流电压，输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。,35,其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法与除法运算电路等，由于课时的限制，不作为讲授内容。,积分电路的主要用途：,1. 在电子开关中用于延迟。 2. 波形变换。例：将方波变为三角波。 3. A/D转换中，将电压量变为时间量。 4. 移相。,36,运算电路要求,1. 熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路图及放大倍数公式。 2. 掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。 3. 会用 “虚开路(ii=0)”和“虚短路(u+=u) ”分析给定运算电路的 放大倍数。,37,非线性应用：是指由运放组成的电路处于非线性状态，输出与输
9、入的关系 uo=f( ui ) 是非线性函数。,由运放组成的非线性电路有以下三种情况：,1. 电路中的运放处于非线性状态。,比如：运放开环应用,运放电路中有正反馈，运放处于非线性状态。,5.2 运放的非线性应用,38,2. 电路中的运放处于线性状态，但外围电路有非线性元件（二极管、三极管、稳压管等）。,ui0时：,ui0时：,39,3. 另一种情况，电路中的运放处于非线性状态，外围电路也有非线性元件（二极管、三极管）。,由于处于线性与非线性状态的运放的分析方法不同，所以分析电路前，首先确定运放是否工作在线性区。,确定运放工作区的方法：判断电路中有无负反馈。,若有负反馈，则运放工作在线性区； 若
10、无负反馈，或有正反馈，则运放工作在非线性区。,处于非线性状态运放的特点：,1. 虚短路不成立。 2. 输入电阻仍可以认为很大。 3. 输出电阻仍可以认为是0。,40,运放处于线性状态，但外围电路有非线性元件稳压二极管。,R：限流电阻。一般取100 。,DZ双向稳压管,一、限幅器,5.2.2 运放的非线性应用,41,另一种形式的限幅器：双向稳压管接于负反馈回路上。,当 时，在双向稳压管的作用下，,当 时，双向稳压管不通，运放工作在 线性状态。,42,传输特性,43,特点：运放处于开环状态。,当ui UR时 , uo = +Uom 当ui UR时 , uo = -Uom,（一）若ui从同相端输入,
11、二、电压比较器,44,UR,当ui UR时 , uo = -Uom,（二） 若ui从反相端输入,45,（三）过零比较器: (UR =0时),46,例：利用电压比较器将正弦波变为方波。,47,电路改进：用稳压管稳定输出电压。,48,比较器的特点,1. 电路简单。,2. 当Ao不够大时， 输出边沿不陡。,3. 容易引入干扰。,49,（一）下行迟滞比较器,分析,1. 因为有正反馈，所以输出饱和。,2. 当uo正饱和时(uo =+UOM) ：,U+,3. 当uo负饱和时(uo =UOM) ：,特点：电路中使用正反馈， 运放处于非线性状态。,1. 没加参考电压的下行迟滞比较器,三、迟滞比较器,50,分别
12、称UH和UL上下门限电压。称(UH - UL)为回差。,当ui 增加到UH时，输出由Uom跳变到-Uom；,当ui 减小到UL时，输出由-Uom跳变到Uom 。,传输特性：,小于回差的干扰不会引起跳转。跳转时，正反馈加速跳转。,51,例：下行迟滞比较器的输入为正弦波时，画出输出的波形。,52,2. 加上参考电压后的下行迟滞比较器,加上参考电压后的上下限：,53,下行迟滞比较器两种电路传输特性的比较:,54,u+=0 时翻转，可以求出上下门限电压。,（二）上行迟滞比较器,当u+ u- =0 时, uo= +UOM 当u+ u- =0时, uo= -UOM,1. 没加参考电压的上行迟滞比较器,55,上下门限电压：,56,上下门限电压：,当uo= +UOM时：,当uo= -UOM时：,2. 加上参考电压后的上行迟滞比较器,57,传输特性：,
