这篇PPT学习教案主要讲解了理想集成运算放大器在电路中的应用及其分析特点。运算放大器是一种具有极高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的电子元件,广泛用于各种信号处理电路。
理想集成运算放大器有两个显著的分析特点:
1. 虚短(Virtual Short):由于开环电压增益Av趋于无穷大,运算放大器的两个输入端(非反相端vN和反相端vP)之间的电压差几乎为零,即vi = vN - vP ≈ 0。因此,我们可以假设vN = vP,形成“虚短”状态。
2. 虚断(Virtual Ground):由于运算放大器的差模输入电阻Rid非常大,使得两个输入端几乎不取电流,即I+ ≈ I- = 0。这意味着通过输入端的电流可以忽略不计,形成“虚断”现象。
接下来,教程详细介绍了几种基本的运算电路:
1. 反相输入比例运算电路:电路采用深度电压并联负反馈。根据虚短和虚断,输入电压ui经过反相端,通过R1和Rf产生输出电压uo。输出电压与输入电压的关系为Avf = -Rf/R1,即输出电压是输入电压的负倒数倍。
2. 同相输入比例运算电路:这是一种深度电压串联负反馈电路。同样利用虚短和虚断,输入电压ui通过R1和Rf决定输出uo。输出电压与输入电压的比例为Avf = 1 + Rf/R1,输出是输入电压的正比例加1。
3. 加法电路:
- 反相输入求和电路:多个输入信号通过各自的电阻连接到反相端,输出是所有输入电压的加权和,负号表示输出是这些和的相反数。
- 同相输入求和电路:每个输入信号通过电阻连接到同相端,利用虚断性质,输出电压是所有输入电压的代数和。
4. 减法电路:可以通过反相输入求和电路或差分式电路实现,通过调整输入信号的极性来实现减法运算。
5. 积分运算电路和微分运算电路:反相输入配置可以实现积分,输出电压是输入电压的时间积分。微分电路则输出电压是输入电压的时间导数。
6. 对数和指数运算电路:通过特定的电路配置,可以实现对输入信号进行对数或指数运算。
这些基本运算电路是构建更复杂信号处理系统的基础,理解它们的工作原理和分析方法对于设计和分析电子系统至关重要。在实际应用中,还需要考虑运算放大器的非理想特性,如有限增益、输入偏置电流等。