4.1 運算放大器電路模型,反相輸入端,u,u,同相 輸入端,信號傳輸方向,輸出端,理想運放開環(huán)電壓放大倍數(shù),實際運放開環(huán)電壓放大倍數(shù),第4章,AO,1. 電壓傳輸特性,第4章,運算放大器的基本特性,UOM,UOM,uo= f ( ui ) , 其中 ui = u u ,AO,2. 運算放大器的理想特性,理想化的條件：,開環(huán)電壓放大倍數(shù) AO, ;,差模輸入電阻 ri,開環(huán)輸出電阻 rO,共模抑制比 KCMRR, ;,0 ;, ;,u,u,o,u,AO,第4章,運算放大器的理想電壓傳輸特性,UO+,理想運放,Uo+,U0 -,Uim,Uim,實際運放,UO-,第4章,3. 理想運算放大器的分析特點,理想運放,對于理想運放,+,i-,ui,uO,+,_,i+,第4章,當u+ u-時，u0=UO+,ii,uO,+,rid,+,輸出電壓u0只有兩種可能：,當u+ u-時，u0= UO,“虛斷”的條件原則上仍成立， 即,ii 0,“虛短”原則上不成立，即,u+和u-不一定相等！,第4章,4.2 含運算放大器的電路分析,4.2.1 比例運算電路,4.2.2 加、減運算電路,4.2.3 積分、微分運算電路,第4章,4.2.1 比例運算電路,1、反相輸入比例運算電路,u,i,u,o,i1,if,i,Rf,R1,R2,Rf引入深度負反饋,并聯(lián)電壓負反饋,R1輸入電阻,Rf反饋電阻,R2平衡電阻,R2= R1/ Rf,第4章,i,反相輸入運算關系,u,i,u,o,i1,if,i-,Rf,R1,R2,反相比例,當Rf=R1=R時,反相器,輸入電阻低,反相比例器引入并聯(lián)電壓負反饋,輸出電阻低,反相比例器的特點,第4章,if,2、同相輸入比例運算電路,Rf,R1,R2,u,i1,if,同相比例運算電路,故有：,同相輸入比例器,u,第4章,id,u+,u_,id 0,同相輸入比例器的特點,同相輸入比例器屬于電壓串聯(lián)負反饋電路。,輸入電阻高,在理想運放的情況下，輸入電阻：ri,輸出電阻低,在理想運放的情況下，ro0,第4章,電壓跟隨器,當R1=或 Rf=0時,uo = ui,第4章,4.2.2 加、減 運算電路,1、加法運算電路,f,u,o,b,ui1,ui3,ui2,i1,i2,i3,if,第4章,i-,即,u_,第4章,運算關系,第4章,第4章,2、減法運算電路,ui1,ui2,u,o,R1,R2,R3,ui2,ui1,Rf,當R1=Rf=R2=R3時,u0 = ui2ui1,減法運算電路,第4章,R,11,u,i1,21,13,22,N2,N1,u,o,f1,u,R,R,R,R,R,R,i2,f2,第4章,R,1,i1,u,i,C,if,依據(jù) u-=u+ 虛地,R2,i1=if ，,第4章,*4.3.3 積分、微分 運算電路,輸入為階躍電壓時積分器的輸入輸出波形,第4章,R,1,i1,u,i,C,R2,u,uO,i,C,uo,ui,2,f,輸入與輸出 的關系式為,若輸入為方波,則輸出波形為,第4章,應用舉例：PID調節(jié)器,Cf,2,1,u,o,C1,f,依據(jù)虛斷和虛短原則,if = i1+ic,第4章,*運算放大器在幅值比較方面的應用,1 開環(huán)工作的比較器,2 滯回比較器,第4章,1 開環(huán)工作的比較器,UOH,-UOL,UD,UR,UZ,UR,第4章,R1,R2,UOH,-UOL,t,t,UOH,UOL,0,0,0,ui,uo,uO,ui,uo,反相輸入過零比較器,第4章,ui,UZ,UZ,R2,R3,R1,UR,Dz,UZ,0,ui,uo,uO,ui,第4章,因為 u+,= 0,u-,= ,ui -,UR,R1+R2,R2+,UR,設 u-,= 0，則有：,ui,R2+ UR R1=0,轉折電壓：,ui=, UR,R2,R1,R1,R2,R3,Rf,Dz,uO,ui,UZ,UZ,-UZ,UTL,UTH,0,ui,uo,第4章,2 滯回比較器,R1,R2,uO,ui,R3,Rf,Dz,UZ,t,UTH,UTL,0,t,UZ,-UZ,0,ui,uo,ui,第4章,R1,R2,uO,ui,R3,Rf,Dz,UZ,ui,UZ,-UZ,0,UTL,UTH,UR,第4章,uR,uO,4.3.1 應用舉例（一）,D0D7依次表示二進制數(shù)字信號的低位到高位。 輸出電壓為,為反映對應數(shù)字信號的權位大小， 設定精密電阻的數(shù)值滿足如下關系：,假設,若輸入二進制值為00100010（十進制為34），則輸出模擬信號為,4.3.2 應用舉例（二）,應用集成運放構成的溫度監(jiān)測控制電路結構框架如下：,溫度傳感器將溫度變化轉化為電壓，將此電壓與限定溫度范圍內(nèi)的電壓上限和下限值比較，以控制加熱器加熱或停止加熱，使被控溫度保持在一定的范圍內(nèi)。,第4章,監(jiān)測溫度下限值為0 ，要求對應顯示的輸出電壓為0V；上限值為100 ，要求對應顯示的輸出電壓為10V。,以自動控制溫度在0100內(nèi)變化為例。,第4章,溫度傳感器,跟隨器 （隔離，以避 免后級的影響）,UCC(15V),V,R5,R4,RP1,RP2,R6 4.7 k,R7 10 k,R8 10 k,10 k,220 k,10 k,UO1,UO2,UO3,反相加法器,跟隨器 （隔離）,溫度為下限值時，UO1=UO1L0.97V,令UO2=UO2L=0,則應滿足：,溫度為上限值時， UO1=UO1H11.54V 令UO2=UO2H=10V,則應 滿足：電壓放大倍數(shù),=,按溫度標定后電壓表可 直接指示被監(jiān)測溫度,第4章,R12,RP3,R10,UCC (15V),R9,U-4,U+4,R11,UO4,UO3,滯回比較器,設RP=RP3/RP3,則：,RP3,RP3,UR,調節(jié)RP3可改變UR，從而調節(jié) U+4,達到調節(jié)控溫范圍的目 的。R9R12的阻值由控溫要 求確定。,第4章,UO4,R15,R13,10 k,R14 10 k,UCC(15V),R16,T1,D,E,K,T2,R17,加熱器,FU,FU,反相器,光電 耦合器,UO5,當UO5為低電平時，T1和T2導通，繼電器線圈通電，其觸點閉合，加熱器通電加熱，使被監(jiān)控點的溫度上升；反之，則溫度下降。,第4章,被控點的溫度較低時，RT大，UT、UO1小，UO2、UO3小，使得U-4U+4, A4輸出正飽和電壓（此時U+4=U+4H),UO5輸出低電平，加熱器加熱，被控點升溫。,第4章,整個電路的工作原理：