07集成运算放大器的应用.doc

返回＞＞ 第七章 集成运算放大器的应用 §1 集成运放应用基础 集成运放最早应用于信号的运算，它可对信号完成加、减、乘、除、对数、微分、积分等基本运算，所以称为运算放大器。目前集成运放的应用几乎渗透到电子技术的各个领域，除运算外还可以对信号进行处理、变换和测量，也可用来产生正弦信号和各种非正弦信号，成为电子系统的基本功能单元。本章先介绍运算电路，随后介绍其它应用。 一、低频等效电路 在电路中我们将集成运放作为一个完整的独立器件来对待。因此，计算、分析时将集成运放用等效电路来代替，由于集成运放主要应用在频率不高的场合下，所以只讨论在低频时的等效电路，如下图所示。 二、理想集成运算放大电路 大多数情况下，将集成运放视为理想集成运放。所谓理想集成运放，就是将集成运放的各项技术指标理想化。即： ⑴开环差模电压放大倍数Aod=∞ ⑵输入电阻rid=∞；ric=∞； ⑶输入偏置电流IB1=IB2=0； ⑷失调电压UIO、失调电流IIO以及它们的温漂均为零； ⑸共模抑制比CMRR=∞； ⑹输出电阻rod=0； ⑺-3dB带宽fh=∞； ⑻无干扰、噪声。 由于实际集成运放与理想集成运放比较接近，因此在分析、计算应用电路时，用理想集成运放代替实际集成运放所带来的误差并不严重，在一般工程计算中是允许的。本章中凡未特别说明，均将集成运放视为理想集成运放来考虑。 三、集成运放的线性工作区 1．线性工作区 放大器的线性工作区是指是指输出电压Uo与输入电压Ui成正比时的输入电压Ui的取值范围。～。 Uo与Ui成正比，可表示为 Uo=AuUi 所以 ， 为讨论方便，我们作如下约定 U+—代表运放同相端的电位 U－—代表运放反相端的电位 U＋－＝U＋－U－ U－＋＝U――U＋ 其中U＋－与U－＋都是运放的差模输入电压，只是两者的规定正方向相反。 当集成运放工作在线性区时，作为一个线性放大器件，它的输入信号和输出信号之间满足如下关系： Uo＝Aod(U＋－U－)＝AodU＋－ 2．开环与闭环的线性范围 由于集成电路的开环放大倍数极大，而输出电压为有限值，故其输入信号的变化范围很小，前面我们已知，F007的开环输入信号范围为±0.1mV。这样小的线性范围无法进行线性放大等任务。所以我们说开环的线性范围太小。 为了能够利用集成运放对实际输入信号(它比运放的线性范围大的多)进行放大，必须外加负反馈。这是运放线性应用电路的共同特点。 3．输入端的“虚短路” 对于理想运放：Aod=∞，Uo是有限值 这种特性称为理想运放输入端的“虚短路” 虚短路—两点之间的电位差趋近于0，但不等于0，仍然有信号电压。 短路—两点之间的电压等于0，输入端无信号电压。 4．输入端的“虚开路” 由于理想运运算放大器的输入电阻rid=∞，而加到运放输入端的电压U＋－是有限值，所以有： 同理在共模电压Uic的作用下 说明理想运放的输入电流趋于0，该特性称为理想运放输入端的“虚开路”特性。若某一支路中的电流是无穷小量，则该支路就被称为是“虚开路”。 四、集成运放的非线性工作区 运放的非线性工作区是指其Uo与U＋－不成比例时的取值范围。即在非线性工作区 Uo≠AudU＋－ 理想运放的Aud=∞，所以只要其输入端存在微小的信号电压，其输出电压就立即达到最高电平UOH或最低电平UOL，进入饱和状态。如上图所示，由该曲线可看出： 当U＋U－时，Uo=UOH 正向饱和 当U＋U－时，Uo=UOL 负向饱和 当U＋=U－时，UOL UoUOH 状态不定。 只有U＋=U－时，才能发生状态转变。 由于理想运放的rid=ric=∞，所以有 I＋=I－=0 若运放外部引入负反馈，则运放工作在线性区。若运放开环工作或引入正反馈，则运放工作在非线性区。 §2 运算电路 运算电路就是对输入信号进行比较、加、减、乘、除、积分、微分、对数、反对数等运算。此时集成运放工作在线性区。 一、比例运算电路 1．反相比例运算电路 反相比例运算电路又叫反相放大器，电路如图所示。R1相当于信号源的内阻，Rf是反馈电阻，它引入并联电压负反馈，由于运放的Aod非常大，所以Rf引入的是强负反馈，运放工作在线性区。 因为I＋≈0，所以 U＋＝I＋R≈0 又因为U＋－≈0，所以 U－＝U＋－＋U＋≈0 上式表明，Uo与Ui是比例关系，其比例系数为Rf /R1，负号表示Uo与Ui相位相反。 作为一个放大器，其闭环增益、输入电阻、输出电阻分别为 ro=0 说明： ①由于U＋＝U－≈0，所以该电路的共模输入分量很微小，因此对运放的共模抑制比要求不高，这是其突出的优点。 ②平衡电阻R 从集成运放的两个输入端向外看的等效电阻相等，我们称为平衡条件。所以在同相端要接入R。上述结论对于双极性