第一节 学习要求
1、熟悉运放三种输入方式的基本运算电路及其设计方法
2、了解其主要特点,掌握运用虚短、虚断的概念分析各种运算电路的输出与输入的函数关系。
3、了解积分、微分电路的工作原理和输出与输入的函 数关系。
学习重点:应用虚短和虚断的概念分析运算电路。
学习难点:实际运算放大器的误差分析
集成运放的线性工作区域
前面讲到差放时,曾得出其传输特性如图,而集成运放的输入级为差放,因此其传输特性类似于差放。
当集成运放工作在线性区时,作为一个线性放大元件
vo=avovid=avo(v+-v-)
通常avo很大,为使其工作在线性区,大都引入深度的负反馈以减小运放的净输入,保证vo不超出线性范围。
对于工作在线性区的理想运放有如下特点:
∵理想运放avo=∞,则 v+-v-=vo/ avo=0 v+=v-
∵理想运放ri=∞ i+=i-=0
这恰好就是深度负反馈下的虚短概念。
已知运放f007工作在线性区,其avo=100db=105 ,若vo=10v,ri= 2mω。则v+-v-=?,i+=?,i-=?
可以看出,运放的差动输入电压、电流都很小,与电路中其它电量相比可忽略不计。
这说明在工程应用上,把实际运放当成理想运放来分析是合理的 。
第二节 基本运算电路
比例运算电路是一种最基本、最简单的运算电路,如图8.1所示。后面几种运算电路都可在比例电路的基础上发展起来演变得到。vo∝ vi:vo=k vi (比例系数k即反馈电路增益 avf,vo=avf vi)
输入信号的接法有三种:
反相输入(电压并联负反馈)见图8.2
同相输入(电压串联负反馈)见图8.3
差动输入(前两种方式的组合)
讨论:
1)各种比例电路的共同之处是:无一例外地引入了电压负反馈。
2)分析时都可利用"虚短"和"虚断"的结论: ii=0、vn=vp 。见图8.4
3)avf的正负号决定于输入vi接至何处:
接反相端:avf<0
接同相端:avf>0,见图8.5
作为一个特例,当r1→∞时avf=1,电路成为一个电压跟随器如图8.6所示。
4) 在同相比例电路中引入串联反馈,所以ri很大,而反相比例电路引入并联负反馈,所以ri不高。
5)由于反相比例电路中,n点是"虚地"点,vn≈0。所以加在集成运放上的共模输入电压下降至0;而同相比例电路中,vn≈vi,所以集成运放将承受较高的共模输入电压。
6)比例电路的同相端均接有r′, 这是因为集成运放输入级是由差放电路组成,它要求两边的输入回路参数对称。 即,从集成运放反相端和地两点向外看的等效电阻等于反相端和 地两点向外看的等效电阻。
这一对称条件, 对于各种晶体管集成运放构成的运算和放大电路是普遍适用的。有时(例高阻型运放)要求不严格。
例:试用集成运放实现以下比例运算:avf=vo/vi=0.5,画出电路原理图,并估算电阻元件的参数值。
解:(1)avf=0.5>0,即vo与vi同相。∴可采用同相比例电路。 但由前面分析可知,在典型的同相比例电路中,avf≥1,无法实现avf=0.5的要求。
(2)选用两级反相电路串联,则反反得正如图8.7所示。使avf1=-0.5, avf2=-1。即可满足题目要求。
电阻元件参数见图8.8。
一、加法电路
求和电路的输出电压决定于若干个输入电压之和, 一般表达式为 :vo=k1vs1+k2vs2+......+knvsn
下面以图8.9为例推导输出/输入之间的函数关系。 该电路的实质是多端输入的电压并联负反馈电路。
根据虚地的概念,即:vi=0→vn-vp=0 , ii=0
电路特点:
在进行电压相加时,能保证各vs 及 vo间有公共的接地端。输出vo分别与各个 vs间的比例系数仅仅取决于rf与各输入回路的电阻之比,而与其它各路的电阻无关。因此,参数值的调整比较方便。
1) 求和电路实际上是利用"虚地"以及ii=0的原理,通过电流相加(if=i1+i2+…)来实现电压