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第十章 運算放大器應用電路實驗 實習一 運算放大器之識別 實習二 反相放大器實驗 實習三 非反相放大器實驗 實習四 加法器及減法器實驗

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1 第十章 運算放大器應用電路實驗 實習一 運算放大器之識別 實習二 反相放大器實驗 實習三 非反相放大器實驗 實習四 加法器及減法器實驗
第十章 運算放大器應用電路實驗 實習一 運算放大器之識別 實習二 反相放大器實驗 實習三 非反相放大器實驗 實習四 加法器及減法器實驗 實習五 微分器及積分器實驗 實習六 比較器實驗

2 理想運算放大器的符號與等效電路 (a) 符號 (b) 等效電路 ▲ 圖 理想運算放大器的符號與等效電路

3 理想運算放大器的輸入與輸出相位關係 (1) ▲ 圖 反相輸入 ▲ 圖 非反相輸入

4 理想運算放大器的輸入與輸出相位關係 (2) ▲ 圖 差動輸入 ▲ 圖 共模輸入

5 理想運算放大器的特性 1. 輸入阻抗無限大,即 2. 輸出阻抗為零,即Ro = 0
1. 輸入阻抗無限大,即   2. 輸出阻抗為零,即Ro = 0 3. 開迴路電壓增益(open-loop voltage gain)無限大,即 4. 頻帶寬度(BandWidth,簡記BW)無限大,即 5. 零輸入抵補電壓(offset voltage),當輸入信號Vi = 0時, Vo = 0 6. 共模拒斥比 7. 差動輸入電壓為零,即 8. 二輸入端電流為零,即

6 虛接(虛短路)觀念 1. 由於        ,所以    ,依電路分析的觀念來看,兩輸入端為等電位如同相接,但是由於OP-Amp兩輸入端間的輸入阻抗極高,並非實際相接,所以稱之為『虛接(virtual connection)』。 2. 在輸出波形不失真(線性放大)的情況下,運算放大器才有「虛接」的特性。一般而言,OP-Amp接成負回授(negative feedback),意即由輸出端接一元件至反相輸入端,輸入端才可看做虛接。

7 運算放大器包裝接腳識別 (1) TO-5金屬包裝 1 8 (a) TO-5包裝 (b) 接腳圖 ▲ 圖 TO-5金屬包裝及接腳

8 運算放大器包裝接腳識別 (2) 8腳DIP包裝/SOP包裝 ▲ 圖 8腳DIP/SOP包裝及接腳 8 1 8 1 (a) DIP包裝
(b) SOP包裝 (c) 接腳圖 ▲ 圖 8腳DIP/SOP包裝及接腳

9 運算放大器包裝接腳識別 (3) 14腳DIP包裝/SOP包裝 ▲ 圖 14腳DIP/SOP包裝及接腳 14 1 (a) DIP包裝 14 1
(b) SOP包裝 (c) 單一OPA型 (d) 雙組OPA型 ▲ 圖 14腳DIP/SOP包裝及接腳

10 運算放大器包裝接腳識別 (4) (e) 四組OPA型 ▲ 圖 14腳DIP/SOP包裝及接腳(續)

11 ▲ 圖 一般運算放大器之開迴路電壓增益的響應
非理想運算放大器 (1) 1. 有限的開迴路電壓增益 ▲ 圖 一般運算放大器之開迴路電壓增益的響應    為誤差因素,若開迴路電壓增益Avo愈小,則誤差愈大。

12 非理想運算放大器 (2) 2. 有限的頻寬 增益-頻寬乘積為一常數,如果要提高頻寬,則其增益必定會降低,因此在設計應用電路時,應避免過大的電壓增益導致頻寬下降。 ▲ 圖 一般運算放大器之增益及頻寬的關係

13 非理想運算放大器 (3) 3. 有限的迴轉率 ▲ 圖 有限迴轉率下的放大器輸出波形響應 (a) 方波或脈波輸入的響應
3. 有限的迴轉率 (a) 方波或脈波輸入的響應 (b) 正弦波輸入的響應 ▲ 圖 有限迴轉率下的放大器輸出波形響應

14 非理想運算放大器 (4) 4. 非零抵補電壓 ▲ 圖 非零輸入抵補電壓

15 非理想運算放大器 (5) 5. 非零輸入偏壓電流 為了消除輸入偏壓電流,常在非反相輸入端串接R3電阻。 ▲ 圖 非零輸入偏壓電流

16 非理想運算放大器 (6) 6. 有限的輸入阻抗 理想運算放大器的輸入阻抗Ri等於無限大,實際運算放大器的輸入阻抗雖非無限大,但因輸入級採用差動放大器,輸入阻抗非常大,如BJT輸入級的輸入阻抗約為   ,FET輸入級的輸入阻抗約為   。 7. 非零輸出阻抗 理想運算放大器的輸出阻抗Ro等於零,實際運算放大器的輸出阻抗約為   以下,因此有部分的輸出信號將會消耗在輸出阻抗,導致輸出電壓及增益的下降。

17 反相放大器 ▲ 圖 反相放大器

18 非反相放大器 ▲ 圖 非反相放大器

19 電壓隨耦器 ▲ 圖 電壓隨耦器

20 加法器(和放大器)(1) 反相加法器 ▲ 圖 反相加法器

21 加法器(和放大器)(2) 非反相加法器 (a) 電路圖 (b) 等效電路 ▲ 圖 非反相加法器

22 減法器(差放大器) (a) 電路圖 (c) v1 = 0之等效電路 (b) v2 = 0之等效電路 ▲ 圖 減法器

23 微分器 (1) 一般型微分器 ▲ 圖 微分器

24 微分器 (2) (a) 輸入三角波之響應 (b) 輸入正弦波之響應 ▲ 圖 不同輸入信號的輸出響應

25 微分器 (3) 改良型微分器 1. 當輸入信號頻率 時,電路如同一微分器且輸出 。 2. 當輸入信號頻率 時,電路如同一反相器且輸出 。
1. 當輸入信號頻率    時,電路如同一微分器且輸出     。 2. 當輸入信號頻率    時,電路如同一反相器且輸出     。 ▲ 圖 改良型微分器

26 積分器 (1) 一般型積分器 ▲ 圖 積分器

27 積分器 (2) (a) 輸入方波之響應 (b) 輸入正弦波之響應 ▲ 圖 不同輸入信號的輸出響應

28 積分器 (3) 改良型積分器 1. 當輸入信號頻率 時,電路如同一積分器且輸出 。 2. 當輸入信號頻率 時,電路如同一反相器且輸出 。
1. 當輸入信號頻率    時,電路如同一積分器且輸出      。 2. 當輸入信號頻率    時,電路如同一反相器且輸出     。 ▲ 圖 改良型積分器

29 比較器 (1) 基本比較器 (a) 電路圖 (b) 轉移特性曲線 ▲ 圖 基本比較器

30 比較器 (2) 零位比較器 ▲ 圖 零位比較器(非反相輸入型) ▲ 圖 零位比較器(反相輸入型) (a) 電路圖 (b) 輸入與輸出波形
▲ 圖 零位比較器(非反相輸入型) (a) 電路圖 (b) 輸入與輸出波形 ▲ 圖 零位比較器(反相輸入型)

31 比較器 (3) 正電位比較器 ▲ 圖 正電位比較器(非反相輸入型) ▲ 圖 正電位比較器(反相輸入型) (a) 電路圖
(b) 輸入與輸出波形 ▲ 圖 正電位比較器(非反相輸入型) (a) 電路圖 (b) 輸入與輸出波形 ▲ 圖 正電位比較器(反相輸入型)

32 比較器 (4) 負電位比較器 ▲ 圖 負電位比較器 (非反相輸入型) ▲ 圖 負電位比較器 (反相輸入型) (a) 電路圖
(b) 輸入與輸出波形 (a) 電路圖 (b) 輸入與輸出波形 ▲ 圖 負電位比較器 (非反相輸入型) ▲ 圖 負電位比較器 (反相輸入型)

33 比較器 (5) 臨界電位比較器 (a) 電路圖 (b) 輸入與輸出波形 ▲ 圖 臨界電位比較器

34 比較器 (6) 窗型比較器 (a) 電路圖 (b) 窗型比較器響應 ▲ 圖 窗型比較器


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