嵌入式硬件设计基础第三讲课件.ppt

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1、嵌入式硬件基础第三讲运算放大器基础理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性，这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用，运放必须在闭环(负反馈）下工作。理想运算放大器的特性(1)虚短由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在10V～14V。因此运放的差模输入电压不足1mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，

2、这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。(2)虚断由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1M以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1A，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。下面举几个例子以说明虚短和虚断的运用。（动画8-2）例：有一理想运算放大器组成的电路如图08.03所示，试求输出电

3、压的表达式和电压放大倍数。根据虚断I‘i0，故V+0。且IiIf根据虚短，V+V-0Ii=(Vi－V-)/R1Vi/R1Vo－IfRf=－ViRf/R1电压增益Avf=Vo/Vi=－Rf/R1根据上述关系式，该电路可用于反相比例运算。图08.03反相比例运算电路反相放大例：有一理想运算放大器组成的电路如图08.04所示，试求输出电压的表达式和电压放大倍数。根据虚断，Vi=V+根据虚短，Vi=V+V-V+=Vi=VoR1/(R1+Rf)VoVi[1+(Rf/R1)]电压增益Avf=Vo/Vi=1+(

4、Rf/R1)根据上述关系式，该电路可用于同相比例运算。图08.04同相比例运算电路同相放大请思考：若R3=90K欧，其他参数不变，则输出VO是多少？实际使用运放时，注意以下两点供电电源的选择电阻的匹配线性放大区域反相输入求和电路在反相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，就构成了反相输入求和电路，见图12.01。此时两个输入信号电压产生的电流都流向Rf。所以输出是两输入信号的比例和。图12.01反相求和运算电路同相输入求和电路在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，就构成了同相输入求和电路，如图12.02所

5、示。图12.02同相求和运算电路因运放具有虚断的特性，对运放同相输入端的电位可用叠加原理求得:RRRRRRvRRRRRRRvRRRRRRRRRRvRRRRRvRRv++++=++++=f12i212221i1211f12i2121i12o])'//()'//()'//()'//([])'//()'//()'//()'//([RvRvRRRRRRRRvRRvRRv+=++=2i21i1fnpfffi22pi11po)())((由此可得出//'////fn21pRRRRRRR==式中+-=vv++++=RRR

6、vRRRRRvRRv)'//()'//()'//()'//(12i2121i12-+=vRRRvof而,i2i1of21npvvvRRRRR+====时当，思考题已知输入Vi=1V,要使Vo=0V,如何调理？双端输入求和电路双端输入也称差动输入，双端输入求和运算电路如图12.03所示。其输出电压表达式的推导方法与同相输入运算电路相似。图12.03双端输入求和运算电路用叠加原理：当vi1=vi2=0时，求出vi3和vi4在输出端产生的电压分量vop。当vi3=vi4=0时，求出vi1和vi2在输出端产生的分量von。

7、先求式中Rp=R3//R4//R,Rn=R1//R2//Rf再求于是差分放大电路电路模型由于vN=vP，所以当R1=R2=R3=Rf时当R1=R2,R3=Rf时仪表测量放大电路仪表放大器如图所示，仪表测量放大电路将Vo1-R-Rp-R-Vo2看做回路，则得到经过差分输出将前式带入最后得到比较器窗口比较器窗口比较器的电路如图14.04所示。电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成。设R1=R2，则有：图14.04窗口比较器窗口比较器的电压传输特性如下页图14.05所示。当vI＞VH时，vO1为高电平，D3导通；vO

8、2为低电平,D4截止，vO=vO1。当vI＜VL时，vO2为高电平，D4导通；vO1为低电平，D3截止，vO=vO2。当VH＞vI＞VL时，vO1为低电平，vO2为低电平，D3、D4截止，vO为低电平。图14.05窗口比较器的传输特性信号的电位水平高于某规定值VH的情况，相当比较电路正饱和输出。信号的电位水平低于某规定值VL的情况，相当比较电路负饱和输出。该