1、 二、理想运放工作在线性区时的特点二、理想运放工作在线性区时的特点uo_+A u u i i)(uuAuudo udA0 udoAuuu uu一、理想运放的主要技术参数一、理想运放的主要技术参数 udA（1）开环差模电压放大倍数）开环差模电压放大倍数（2）差模输入电阻）差模输入电阻 idR（3）输出电阻）输出电阻0 oRuo_+A u u i i idR0 ii 对于运放工作在对于运放工作在 线性区线性区的应用电路，的应用电路，虚短虚短和和虚断虚断是分析其输入信号和输出信号关系的两个基本出发点。是分析其输入信号和输出信号关系的两个基本出发点。4.1 基本运算电路基本运算电路4.1.1 比例运算
2、电路比例运算电路4.1.2 求和运算电路求和运算电路4.1.3 积分和微分运算电路积分和微分运算电路第四章第四章 信号运算与处理电路信号运算与处理电路作用：作用：将输入信号按比例放大。将输入信号按比例放大。类型：类型：4.1.1 比例运算电路比例运算电路同相比例同相比例反相比例反相比例差动比例差动比例根据输入信号接法根据输入信号接法4.1.1 比例运算电路比例运算电路1.1.反相比例运算电路反相比例运算电路(1)(1)电路电路uo_+RFR1R2ui u uA ui加在反相输入端。加在反相输入端。(2)(2)参数计算参数计算虚地虚地FoiRuRu 11RiuRiiif 虚短：虚短：uu虚断：虚
3、断：0 u0 uuii=iF虚断：虚断：1RRuuAFiouf iiiF u uuo_+RFR1R2uiA uo和和ui反相反相(3)(3)特点特点 虚地，虚地，uic=0，对，对KCMR要求低。要求低。Rif不大不大（R1）。uo与与 ui 反相。反相。1RRuuAFiouf uo_+RFR1R2uiiiiFAF12/RRR 平衡电阻，使输入端对地平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。态时输入级的对称性。2.同相比例运算电路同相比例运算电路 iiifiuR（2）参数计算）参数计算 ui接到同相输入端。接到同相输入端。oFuRRRu 11iuu
4、oFiuRRRu 11虚断虚断 uu11RRuuAFiouf 虚短虚短ii_+RFR1R2uiuoA（1）电路电路 R2=R1/RF电压跟随器电压跟随器iouuuu 作用与射极输出器作用与射极输出器相同，但电压跟随性能相同，但电压跟随性能更好。更好。11RRuuAFiouf _+RFR1R2uiuoA_+uiuoA(3)特点特点 uic ui 0，对，对KCMR要求高要求高。Rif 11RRAFuf uo与与 ui 同相。同相。_+RFR1R2uiuoiiA_+RFR1uoui1RiuFR设设1oiuu iFuRRu11o 2oiuu 设设 uRRuFo)1(121iFFuRRRu 12iFo
5、uRRu 21ooouuu )(1iiFuuRR 3.差动比例运算电路差动比例运算电路 电路的输出电压与两输入电压之差成正比，实现了电路的输出电压与两输入电压之差成正比，实现了差动比例运算差动比例运算。11RR FFRR uo_+RFR1R2uiiii2 u uA反相比例运算电路反相比例运算电路uo_+RFR1R2uiii u uA同相比例运算电路同相比例运算电路1RiuFRuo_+RFR1uiA差动比例运算电路差动比例运算电路（1）都引入了负反馈，因）都引入了负反馈，因此运放工作在线性区，有虚此运放工作在线性区，有虚短，虚断的特点短，虚断的特点；反相比；反相比例运算电路存在虚地现象，例运算电
6、路存在虚地现象，uic=0。比例运算电路小结比例运算电路小结uo_+RFR1R2uiiii2 u uA反相比例运算电路反相比例运算电路uo_+RFR1R2uiii u uA同相比例运算电路同相比例运算电路1RiuFRuo_+RFR1uiA差动比例运算电路差动比例运算电路比例运算电路小结比例运算电路小结01 RRuuAFiouf反相：反相：同相：同相：111 RRuuAFiouf01 RRuuuAFiiouf差动：差动：（2）Aufuo_+RFR1R2uiiii2 u uA反相比例运算电路反相比例运算电路uo_+RFR1R2uiii u uA同相比例运算电路同相比例运算电路1RiuFRuo_+R
7、FR1uiA差动比例运算电路差动比例运算电路比例运算电路小结比例运算电路小结（3）Rif同相：同相：iiifiuR反相：反相：1RiuRiiif 差动：差动：12iifiuRRi 4.1.2 求和运算电路求和运算电路1.反相输入求和电路反相输入求和电路实际应用时，可适当增加或减少输入端的个实际应用时，可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。数，以适应不同的需要。FRRRR/21 R2_+RFR1ui2uoRui1A0uuFiii 21)(2211iFiFouRRuRRu i2iFi1R2_+RFR1ui2uoRui1调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响调节反相求和电路的某一路
8、信号的输入电阻，不影响其他路输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。其他路输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。ABA2.同相输入求和电路同相输入求和电路电路特点：电路特点：无虚地，无虚地，uic0实际应用时，可根据需要，适当增加或减少实际应用时，可根据需要，适当增加或减少输入端的个数。输入端的个数。22211/RRRRF R1RF+ui1uoR21R22ui2A此电路如果以此电路如果以 u+为输入为输入 ，则输出为：则输出为：uRRuFo)1(1)(1(222212112221221iiFouRRRuRRRRRu 注意：注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影同相求和电路的各输入信号
9、的放大倍数互相影响，不能单独调整。响，不能单独调整。流入运放输入端的电流为流入运放输入端的电流为0（虚断）虚断）22221211222122iiuRRRuRRRu 222121iFiFuRRuRR uo_+RFR1Aui2ui1R21R22F21222122i1i21F2122RR/RR/R()(uu)R/RRR 左图也是同相求和运算左图也是同相求和运算电路，电路，如何求同相输入如何求同相输入端的电位？端的电位？提示：提示：1.虚断：流入同相端的电虚断：流入同相端的电流为流为0。2.叠加定理求叠加定理求u+。uo_+RFR1Aui2ui1R21R22R 3.双端求和运算电路双端求和运算电路 实
10、际应用时可适当增加或减少输入端的个数，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。以适应不同的需要。R2_+R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6643521/RRRRRR 优点：优点：元件少，成本低。元件少，成本低。缺点：缺点：要求要求R1/R2/R5=R3/R4/R6。阻值的调整计算不阻值的调整计算不方便。方便。改进：改进：采用双运放电路。采用双运放电路。R2_+R5R1ui2uoui1R4ui4ui3R3R6)(443322115RuRuRuRuRuiiiio 由由叠加定理叠加定理 3311111iFiFouRRuRRu 2221422iFoFouRRuRRuR1
11、RF12.011 RRF131 RRF522 RRF142 RRF KRKRKR5.41050131，则则，选选 KRF102，选选 KRF101 KRKRKR4.1210224，则则例例4.1.3 实现实现32152.0iiiouuuu uo1-+ui1ui3R31RA1-RF2+uoR2ui2R42RA2例例2：A/D变换器要求其输入电压的幅度为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现有信号变化范围为-5V+5V。试设计一电平转试设计一电平转换电路，将其变化范围变为换电路，将其变化范围变为0+5V。+5V-5V+5V+2.5V电平转换电路电平转换电路A/D计算机计算机u
12、iuouo=0.5(ui+5)uo=0.5(ui+5)_+10k 20k+5V5k ui20k uo1uo_+20k 20k 10k )5(5.0)5(20101 iiouuu)5(5.020201 ioouuu思考：其它设计方法？思考：其它设计方法？Ruo_+RFR1R2Aui2ui1uo_+RFR1Aui2ui1R21R22uo_+R5R1R2Aui2ui1ui4ui3R3R4R6（1）都引入了负反馈，因都引入了负反馈，因此运放工作在线性区，有虚此运放工作在线性区，有虚短，虚断的特点短，虚断的特点；反相求；反相求和运算电路存在虚地现象，和运算电路存在虚地现象，uic=0。反相求和运算电路反
13、相求和运算电路同相求和运算电路同相求和运算电路双端求和运算电路双端求和运算电路求和运算电路小结求和运算电路小结Ruo_+RFR1R2Aui2ui1uo_+RFR1Aui2ui1R21R22uo_+R5R1R2Aui2ui1ui4ui3R3R4R6反相求和运算电路反相求和运算电路同相求和运算电路同相求和运算电路双端求和运算电路双端求和运算电路求和运算电路小结求和运算电路小结（2）uo的表达式的表达式)(2211iFiFouRRuRRu 反相：反相：同相：同相：222121iFiFouRRuRRu 双端：双端：)(443322115RuRuRuRuRuiiiio Ruo_+RFR1R2Aui2ui
14、1uo_+RFR1Aui2ui1R21R22uo_+R5R1R2Aui2ui1ui4ui3R3R4R6反相求和运算电路反相求和运算电路同相求和运算电路同相求和运算电路双端求和运算电路双端求和运算电路求和运算电路小结求和运算电路小结（3）参数调节）参数调节 反相求和运算电路，参反相求和运算电路，参数调节方便，应用较广。数调节方便，应用较广。同相、双端求和运算电同相、双端求和运算电路，参数调节繁琐，应用很路，参数调节繁琐，应用很少。少。题题4.2 图示电路中，各集成运算放大器均为理想的，试写出各图示电路中，各集成运算放大器均为理想的，试写出各电路的输出电压值。电路的输出电压值。同相比例运算电路同相
15、比例运算电路uo_+RFR1R2ui0.3Vii u uA50K100K33K11RRuuAFiouf iFouRRu)1(1 V45.03.0)100501(（a）iFouRRu 1V15.03.010050 反相比例运算电路反相比例运算电路（b）RF50K100Kuo_+R2ui=0.3V u uAR133K1RRuuAFiouf R550K100Kuo_+R4ui20.4V 2u 2uA2R333KRF50K100Kuo1_+R2ui1=0.3V 1u 1uA1R133K111iFouRRu V6.03.050100 235135)1(ioouRRuRRu （c）V9.04.0)1005
16、01()6.0(10050 R550K100Kuo_+R4ui20.4V 2u 2uA2R333KRF50K100Kuo1_+R2ui1=0.3V 1u 1uA1R133K111)1(iFouRRu V9.03.0)501001(235135)1(ioouRRuRRu （d）V15.04.0)100501(9.010050 题题4.3 由运算放大器组成的晶体管电流放大系数由运算放大器组成的晶体管电流放大系数的测试电路如图的测试电路如图所示，设所示，设A1，A2为理想运算放大器，三极管为理想运算放大器，三极管UBE0.7V。要求：。要求：1.标出直流电压表的极性；标出直流电压表的极性；2.标出晶
17、体管三个电极的电位值（对地）；标出晶体管三个电极的电位值（对地）；3.写出写出与电压表读数与电压表读数UO的关系式；的关系式；4.若被测晶体管为若被测晶体管为PNP型，那么该测试电路应作哪些变动型，那么该测试电路应作哪些变动?_+R1A1+U1R2UO_+R3A2(+12V)6K+U2(+6V)10Kv电电压压表表TcbeICIB0V-0.7V6V+_+R1A1+U1R2UO_+R3A2(+12V)6K+U2(+6V)10Kv电电压压表表TcbeICIB0V-0.7V6V+IR1mAKVVIIRC166121 mAUKUIIOORB1010310110COBOIUIU 3.写出写出与电压表读数
18、与电压表读数UO的关系式；的关系式；_+R1A1R2UO_+R3A2+U1(+12V)6K+U2(+6V)10Kv电电压压表表TcbeICIB0V+IR14.若被测晶体管为若被测晶体管为PNP型，那么该测试电路应作哪些变动型，那么该测试电路应作哪些变动?-U2(-6V)-U1(-12V)1.积分电路积分电路4.1.3 积分和微分运算电路积分和微分运算电路iiicdtduCRuCi uoucC+-ui-+RR)0(10CitCUdtuRCu 虚地虚地couu 虚地虚地ciii 虚断虚断)0(10CitOUdtuRCu tuo0tRCUuUdtRCuCto )0(10tui0U-UomMomUTR
19、CU1 URCUTomM TM积分时限积分时限积分电路输入一直流电压，输出波形将怎样？积分电路输入一直流电压，输出波形将怎样？输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。输出将反向积分，经过一定的时间后输出饱和。输入为正弦波时，积分电路的波形？输入为正弦波时，积分电路的波形？tsinui tui0 tdtsinRCuo 1tcosRC 1 0uot超前超前90o，移相作用，移相作用1sin(90)otRC 例例4.1.4：电路中：电路中 ,输入输入ui为方波，为方波，画出输出画出输出uo波形。波形。(设设t=0时，时，UC(0)=0V)kR10FC 1 t/ms302010 -20 2ui/V(
20、1)t=010ms时时，ui=2V)0()(CioURCtutu uoucC+-ui-+RR)(200sVt t/ms3020100 uo/V -22)10(ou例：电路中例：电路中 ,输入输入ui为方波，为方波，画出输出画出输出uo波形。波形。(设设t=0时，时，UC(0)=0V)kR10FC 1 t/ms302010 -20 2ui/V(2)t=1020ms时，时，ui=-2V)2()1010()(3 RCtutuiououcC+-ui-+RR)(4200Vt t/ms3020100 uo/V -2方波方波 三角波三角波 2.微分电路微分电路u=u+=0RuioR dtduCiic Rci
21、i dtduRCuio uit0uiuc+-Cic+uoRR iRsinimuUt 输入输入：则则：cosomuU RCt 滞后滞后90o，移相作用，移相作用波形变换。当输波形变换。当输入为入为方波方波，输出，输出波形波形?t0uo尖脉冲尖脉冲sin(90)omU RCt 应用举例：应用举例：图示图示PID调节器，试分析调节器，试分析uo与与ui的关系。的关系。R3iFuoR2C2uii1iC1R1C1-+u=u+=0iF=iC1+i1dtduCiiC11 11Ruii uo22RiuFR dtiCuFC 221电路中含有比例、积分和微分运算，故称为电路中含有比例、积分和微分运算，故称为PID
22、（Proportional Integral Differential）调节器调节器。当当R2=0时，电路中只有比例和积分运算部分，称为时，电路中只有比例和积分运算部分，称为PI调节器；当调节器；当R1=或或C C2 2短路短路时，电路中只有比例和微分运算部分，时，电路中只有比例和微分运算部分，称为称为PD调节器。调节器。iFR2C2uii1iC1R1C1-+R322CRouuu dtuCRdtduCRuCCRRiii211221121)(例例 理想运放组成图示电路，理想运放组成图示电路，R1=R2=100K，C1=10F,C2=5F,输入信号波形如图所示，试分别画输入信号波形如图所示，试分别
23、画出出uo1、uo的波形。的波形。t/s352550 5ui/V15dtdudtduCRuii11o1 oo1o100221(0)2(0)ttoouu dtUu dtUR CR1uiC1+uo1R R uoC2-+R2AAt/s352550 5ui/V15dtduui1o t/s352550 10uo/V15t/s35250uo1/V155 -0.5 0.5oo102(0)touu dtU05 tsoo102(0)0 touu dtU515 stsoo152(5)5 touu dtUt1525 stsoo1152(15)10 touu dtU2535 stsoo1252(25)35 touu dtUt1.熟记各种单个运放组成的基本运算电路的电路图及熟记各种单个运放组成的基本运算电路的电路图及放大倍数公式。放大倍数公式。2.掌握基本运算电路的级联组合的计算。掌握基本运算电路的级联组合的计算。3.会用会用“虚短虚短(u+=u)”、“虚断虚断(i+=i=0)”和和叠加叠加原理原理分析给定运算电路的放大倍数。分析给定运算电路的放大倍数。
