湖南科技大学模拟电路课件(华科版)第02章运算放大器.ppt

1,湖南科技大学信息与电气工程学院,主讲: 胡仕刚,第二章 运算放大器,2,3,集成电路运算放大器,一、集成运算放大器是一种高电压增益，高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。,运算放大器结构方框图,4,二、运放代表符号,国家标准规定符号,国外常用符号,三、运算放大器的电路模型,5,运算放大器的引线,运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号+表示；另一个称为反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相反，用符号“-”表示。输出端在输入端的另一侧，在符号边框内标有+号。,集成放大器的符号,6,运算放大器外形图,7,开环电压放大倍数高(104-107)； 输入电阻高（约几百K）； 输出电阻低（约几百）； 漂移小、可靠性高、体积小、重量轻、价格低 。,四 电压传输特性,Vo=Avo(vp-vN),8,3）开环输出电阻 ro0,2）差模输入电阻 rid,4）共模抑制比 KCMRR,理想运放及其分析依据 理想化条件：,1）开环电压放大倍数 Auo,2.2 理想运算放大器,9,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，而运放的输出电压是有限的，一般在10 V14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，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，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。,10,(2)虚断,由于运放的差模输入电阻很大，一般都在1 M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。 下面举两个例子说明虚短和虚断的运用。,11,1. 比例运算电路,电压并联负反馈,（1）反相比例运算电路,利用虚短和虚断得,输出与输入反相,2.3 基本线性运放电路,12,1. 比例运算电路,电压串联负反馈,（2）同相比例运算电路,利用虚短和虚断得,输出与输入同相,电压跟随器,13,14,2. 加法电路,根据虚短、虚断和N点的KCL得：,若,则有,（加法运算）,输出再接一级反相电路,可得,15,3. 减法电路,第一级反相比例,第二级反相加法,（1）利用反相信号求和以实现减法运算,即,当 时,得,（减法运算）,16,从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。,（2）利用差分式电路以实现减法运算,当,则,若继续有,则,根据虚短、虚断和N、P点的KCL得：,17,4. 积分电路,式中，负号表示vO与vS在相位上是相反的。,根据“虚短”，得,根据“虚断”，得,即,因此,电容器被充电，其充电电流为,设电容器C的初始电压为零，则,（积分运算）,18,当vS为阶跃电压时，电容将以恒流的方式进行充电，输出电压vo与时间t成近似线性关系:,4. 积分电路,当t=时，-vo=Vs。当t时，vo增大，直到-vo=+Vom，即运放输出电压的最大值Vom受直流电源电压的限制，致使运放进入饱和状态，vo保持不变，而停止积分。,19,5. 微分电路,利用虚地、虚断有：,设电容器C初始电压为零，当接入信号电压后，有：,上式表明，输出电压vo正比于输入电压vs对时间的微分。,20,当输入信号vs为图a所示的阶跃信号时，在t=0时，输出电压为一有限值，随着电容器C的充电，输出电压逐渐地衰减，最后趋于零。如图b所示。,21,6 仪用放大器,22,显然调节R1可以改变放大器的增益。产品 数据放大器，如AD624等， R1有引线连出，同时有一组R1接成分压器形式，可选择连线接成多种的R1阻值 。,23,7 对数运算电路,24,8. 反对数运算电路 (指数运算电路),25,例1：试求理想运算放大器的输出电压和电压放大倍数的表达式。,电压增益 Avf= Vo /Vi =Rf /R1,反相比例运算电路,根据虚断 I-= I+ 0,解：,根据虚短 V+ V- 0,Ii = (Vi V-)/R1 Vi/R1,If = (V- Vo )/Rf -Vo/Rf,Ii If, Vi/R1=-Vo/Rf,电压并联负反馈,26,例2：试求理想运算放大器的输出电压和电压放大倍数的表达式。,电压增益,同相比例运算电路,根据虚断 I-= I+ 0,解：,根据虚短 V+ V- Vi,电压串联负反馈,27,