模电七:集成运算放大器(上)

模电七:集成运算放大器(上)!!!!

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什么是集成运算放大器?
集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。
集成运算放大器的特点
高增益、高可靠性、低成本、小尺寸
这些优点怎样表现在参数上?
(放大倍数)Auo 高: 80dB~140dB
(输入阻抗)rid 高: 105 ~ 1011Ω(输入阻抗越高,对前级干扰越小)
(输出电阻)ro 低: 几十Ω ~ 几百Ω (输出电阻越小,对后级影响越小)
(共模抑制比)KCMRR高: 70dB~130dB (值越大,抗干扰能力越强)

模电七:集成运算放大器(上) 模电七:集成运算放大器(上)
模电七:集成运算放大器(上) 模电七:集成运算放大器(上)

工作在线性区
(1)理想运放两输入端电位相等(虚短),即 U正约等于U负
∵ uo=Audui=Aud(uP-uN)
∴ uP-uN=uo/Aud=0 (Aud可看成趋近于无穷大,所以U的正负之差接近于零)
∴ uP=uN

(2)理想运放输入电流等于零(虚断)(由于输入阻抗高,输入电流几乎接近于零)
∵ 理想的Rid= ∞
∴ iP=iN=0

工作在非线性区
输出只有两种可能 +Uo(sat) 或– Uo(sat)
当 u+> u– 时, uo = + Uo(sat)
u+< u– 时, uo = – Uo(sat)
同时“虚断”仍然适用

1. 反相比例运算原理

模电七:集成运算放大器(上) 模电七:集成运算放大器(上)

1、由于反馈电阻的存在工作在线性区,满足虚断,i+= i = 0(输入电阻无穷大)
2、满足虚短,∴ u = u+ = 0
3、电压放大倍数的计算

模电七:集成运算放大器(上) 模电七:集成运算放大器(上)

由于i1 ≈ if ,联立公式得:

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那么,放大倍数Auf等于如下,(负号代表方向,当输入是正电压,则输出是负电压,即反向)

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结论:
1、通过式子我们可以看到,反相比例运算放大器的电压输出与原方向相反,输入电压为正时,输出为负压。输入为负时,输出为正。
2、当R1=RF时,电压的放大倍数为-1,如果电路要检测负压,可以通过此电路完成

2. 同相比例原理

模电七:集成运算放大器(上) 模电七:集成运算放大器(上)

1、由于反馈电阻的存在工作在线性区
∵ 虚断,i+= i = 0 ,
∵ 虚短 ,∴ u= u+= ui

模电七:集成运算放大器(上) 模电七:集成运算放大器(上)

∵ i1 ≈ if
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那么,
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由此可得:

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3.反相加法电路原理

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∵ 虚断,i = 0
∴ ii1+ ii2 = if
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∵ 虚短 u = u+= 0

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平衡电阻:
R2= Ri1 // Ri2 // RF (//是并联的意思)

4.减法运算电路原理

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由虚断可得:
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当 R1 = R2 ,R3 = RF
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当 R1 = R2= R3 = RF (常用做测量放大电路)

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当 R1=R3,R2=RF,
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5.双极性电压变单极性电路

比如(-5—+5V的电路变为 0—-+5V或者+10V的电路)

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分析
VCC上方连接成一个电压跟随器的形式,
1、第一级采用电压跟随器形式,那么它对前一级和后一级影响小(u+为R1和R3上的分压之和)在这里插入图片描述

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带入公式可得

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(当ui范围为-5V~+5V,此时VDD=10V,此时u0输出0-10V)

6.单极性电压变双极性电路

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分析:第一个放大器U1A是反相比例放大器,此时R1=R2,根据反相比例放大器的公式,可知放大倍数为-1倍,信号源的输入值为 0~+5V,则U1A输出为-5V-0V,再看下第二个放大器U1B为反向加法运算器,当4节点处的电压为0V的时候,根据反向加法运算器的公式,VEE的对输出的影响即放大倍数为-1倍,输出为-5V,加上节点出的0V,一共输出-5V;当4节点处的电压为-5V的时候,同样根据公式可知输出为 10V + (-5V)= 5V,总体即实现了从 0-5V到 -5-+5V的转变。

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