模拟电子技术 第二章

1、2.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器 2.2 理想运算放大器理想运算放大器 2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路 2.4 同相输入和反相输入放大电同相输入和反相输入放大电 路的其他应用路的其他应用 集集 成成 电电 路路 运运 算算 放放 大大 器器 外外 形形 图图 通用型集成电路运算放大器通用型集成电路运算放大器 2.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器 1. 集成电路运算放大器的内部组成单元集成电路运算放大器的内部组成单元 图图2.1.1 集成运算放大器的内部结构框图集成运算放大器的内部结构框图 运算放大器的符号运算放大器的符号 图图2.1.2 运算放大器的代表符号运算放

2、大器的代表符号 （a）国家标准规定的符号）国家标准规定的符号 （b）国内外常用符号）国内外常用符号 2. 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型 图图2.1.3 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型 通常：通常： 开环电压增益开环电压增益 Avo的的 105 （很高）（很高） 输入电阻输入电阻 ri 106 （很大）（很大） 输出电阻输出电阻 ro 100 （很小）（很小） vOAvo(vPvN) （ V vO V ） ） 注意输入输出的相位关注意输入输出的相位关 系系 运放的电压传输特性：运放的电压传输特性： 设：电源电压设：电源电压VCC=10V。 运放的运放的Avo=104 Ui1

3、mV时，运放处于线性区。时，运放处于线性区。 Avo越大，线性区越小，越大，线性区越小， 当当Avo 时，线性区时，线性区0 0 uo ui +10V -10V +Uom -Uom -1mV+1mV 线性区线性区非线性区非线性区非线性区非线性区 +10V -10V +Uom -Uom 0 uo ui A id R 0 o R 开环电压放大倍数开环电压放大倍数 差模输入电阻差模输入电阻 输出电阻输出电阻 频带无限宽频带无限宽 符号：符号： +10 V -10V +Uo m -Uom 0 uo ui 电压传输特性：电压传输特性： 为简化对集成运放应用电路的分析，常把集为简化对集成运放应用电路的分析

4、，常把集 成运放视为理想器件。其主要满足以下一些条件：成运放视为理想器件。其主要满足以下一些条件： 实际运放的技术指标与实际运放的技术指标与 理想运放比较接近，因理想运放比较接近，因 此用理想运放代替实际此用理想运放代替实际 运放分析所产生的误差运放分析所产生的误差 并不大，在工程计算中并不大，在工程计算中 是允许的，由此却带来是允许的，由此却带来 了分析的大大简化。了分析的大大简化。 2.2 理想运算放大器理想运算放大器 几个特点：几个特点： 1. vo o的饱和极限值等于运放的饱和极限值等于运放 的电源电压的电源电压V 和 和V 2. 运放的开环电压增益很高运放的开环电压增益很高 若（若（

5、vPvN）0 则则 vO= +Vom=V 若（ 若（vPvN）0 则则 vO= Vom=V 3. 若若V vO V 则则 （vPvN）0 4. 输入电阻输入电阻ri的阻值很高的阻值很高 使使 iP 0、iN 0 5. 输出电阻很小，输出电阻很小， ro 0 理想：理想：ri ro0 Avo voAvo(vpvn) 图图2.2.1 运放的简化电路模型运放的简化电路模型 “虚短虚短” “虚断虚断” 2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路 2.3.1 同相放大电路同相放大电路 2.3.2 反相放大电路反相放大电路 2.3.1 同相放大电路同相放大电路 （a）电路图）电路图 1. 基本电路基本电路

6、（b）电路模型）电路模型 2.3.1 同相放大电路同相放大电路 2. 负反馈的基本概念负反馈的基本概念 开环开环 闭环闭环 反馈：将放大电路输出量，反馈：将放大电路输出量， 通过某种方式送回到输入回路通过某种方式送回到输入回路 的过程。的过程。 输出为输出为: vo Avo (vpvn) 引入反馈后引入反馈后 vn 0，vp(vi)不变不变 (vpvn) vo o 使输出减小了，增益使输出减小了，增益Avvo/ /vi下降了，这时的反馈称为下降了，这时的反馈称为负反馈负反馈。 放大电路输入为放大电路输入为: vp vi 2.3.1 同相放大电路同相放大电路 3. 虚假短路虚假短路 图中输出通过

7、负反馈的作用，图中输出通过负反馈的作用， 使使vn n自动地跟踪自动地跟踪vp p， 即即vp pvn n，或或vid id vp pvn n0 0。 这种现象称为虚假短路，简称这种现象称为虚假短路，简称 虚短虚短 由于运放的输入电阻由于运放的输入电阻ri很大，所以，运放两输入端之间的很大，所以，运放两输入端之间的 ipin (vpvn) / ri 0，这种现象称为这种现象称为虚断。虚断。 由运放引入负反馈而得到的由运放引入负反馈而得到的虚短虚短和和虚断虚断两个重要概念，是两个重要概念，是 分析由运放组成的各种线性应用电路的利器，必须熟练掌握。分析由运放组成的各种线性应用电路的利器，必须熟练掌

8、握。 2.3.1 同相放大电路同相放大电路 4. 几项技术指标的近似计算几项技术指标的近似计算 （1）电压增益电压增益Av 根据虚短和虚断的概念有根据虚短和虚断的概念有 vpvn， ip-in0 o 21 1 npi vvvv RR R 所以所以 1 2 1 21 i o 1 R R R RR A v v v （可作为公式直接使用）（可作为公式直接使用） Av-电压闭环增益电压闭环增益 2.3.1 同相放大电路同相放大电路 4. 几项技术指标的近似计算几项技术指标的近似计算 （2）输入电阻）输入电阻Ri 输入电阻定义输入电阻定义 i i i i v R 根据虚短和虚断有根据虚短和虚断有 viv

9、p，ii ip0 所以所以 i i i i v R （3）输出电阻）输出电阻Ro Ro0 Rs + Vs Vi + Ri Ii 放放 大大 电电 路路 （1） 输入电阻输入电阻 i i i I V R 放放大大电电路路 IT + VT Ro + Vs=0 (2)输出电阻输出电阻 0 T T o s V I V R 2.3.1 同相放大电路同相放大电路 5. 电压跟随器电压跟随器 根据虚短和虚断有根据虚短和虚断有 vovn vp vi 1 i o v v v A （可作为公式直接使用）（可作为公式直接使用） 此电路是同相比例运算的特殊情况，输入电阻此电路是同相比例运算的特殊情况，输入电阻 大，输

10、出电阻小。大，输出电阻小。电压跟随性能好。电压跟随性能好。 电压跟随器的作用电压跟随器的作用 无电压跟随器时无电压跟随器时 负载上得到的电压负载上得到的电压 ss s Ls L o 01. 0 1100 1 vv vv RR R 有电压跟随器时有电压跟随器时 ip00，vpvs 根据虚短和虚断有根据虚短和虚断有 vovn vp vs 2.3.2 反相放大电路反相放大电路 （a）电路图）电路图 （b）由虚短引出虚地）由虚短引出虚地vn0 图图2.3.5 反相放大电路反相放大电路 1. 基本电路基本电路 2. 几项技术指标的近似计算几项技术指标的近似计算 （1）电压增益电压增益Av 根据虚短和虚断

11、的概念有根据虚短和虚断的概念有 vn vp 0 ， ii0 所以所以 i1i2 1 2 i o R R A v v v 2 on 1 ni RR vvvv 即即 （可作为公式直接使用）（可作为公式直接使用） 2.3.2 反相放大电路反相放大电路 2. 几项技术指标的近似计算几项技术指标的近似计算 （2）输入电阻）输入电阻Ri 1 1i i 1 i i / R Ri R v vv （3）输出电阻）输出电阻Ro Ro0 2.3.2 反相放大电路反相放大电路 1 12 R u ii i 3322 RiRi 又又 13 2 2 3 2 3 R u R R i R R i i 44220 RiRiu )

12、 / 1( 3 42 1 42 R RR R RR Au 分析：分析：u+=u-=0（虚短）（虚短） i1=i2 （虚断）（虚断） u u + A + o i 1 R 2 R4R R3 1 i i2 4 i i3 4322 1 )(RiiR R ui 4 13 2 1 2 1 )(R R u R R R u R R u iii 例例2.3.2 采用采用T型反馈网络的反相比例电路型反馈网络的反相比例电路 (1)求电压增益求电压增益Av. (2)R1=51k , R2=R3=390k , u0=-100ui时时,R4=? (3) R1=51k , Av=-100,用用R2代替代替T型电阻网络型电阻

13、网络, R2=? 解解 (1) （2）代入数据计算即可）代入数据计算即可. 求得求得R4=35.2 k （3） 1 2 R R Au代入代入Av, R1,得得R2=5100k 用用T型网络代替反馈电阻型网络代替反馈电阻R2时时, 可用低阻值电阻的网络得到可用低阻值电阻的网络得到 高增益的放大电路高增益的放大电路 2.4 同相输入和反相输入同相输入和反相输入 放大电路的其他应用放大电路的其他应用 2.4.1 求差电路求差电路 2.4.2 仪用放大器仪用放大器 (自学自学) 2.4.3 求和电路求和电路 2.4.4 积分电路和微分电路积分电路和微分电路 2.4.1 求差电路求差电路 从结构上看，它

14、是反相从结构上看，它是反相 输入和同相输入相结合的放输入和同相输入相结合的放 大电路。大电路。 4 on 1 ni1 R vv R vv 3 p 2 pi2 0 R v R vv i1 1 4 i2 32 3 1 41 o v R R v RR R R RR v )( 当当, 2 3 1 4 R R R R 则则 )( i1i2 1 4 o vv R R v 若继续有若继续有, 14 RR 则则 i1i2o vvv 根据根据虚短虚短、虚断虚断和和N N、P P 点的点的KCLKCL得：得： pn vv 2.4.1 求差电路求差电路 从放大器角度看从放大器角度看 1 4 i1i2 o d R R

15、 vv v Av 时，时， 2 3 1 4 R R R R )( i1i2 1 4 o vv R R v 增益为增益为 （该电路也称为差分电路或减法电路）（该电路也称为差分电路或减法电路） 一种高输入电阻的差分电一种高输入电阻的差分电 路如图所示路如图所示, ,求输出电压求输出电压v v02. 02. 例例2.4.1 1 1 21 01 )1( i v R R v 该电路第一级该电路第一级A1为同相输入放大为同相输入放大 电路电路,它的输出电压为它的输出电压为: 解解: 该电路第二级该电路第二级A2为差分放大电路为差分放大电路,可用叠加原理求输出电压可用叠加原理求输出电压. 令令vi2=0 时

16、时,A2为反相输入放大电路为反相输入放大电路,由由vo1产生的输出电压为产生的输出电压为: 1 1 21 2 22 01 2 22 02 )1( i v R R R R v R R v 若令若令v01=0时时,A2为同相输入放大电路为同相输入放大电路,由由vi2产生的输出电压为产生的输出电压为: 2 222 22 2 22 02 )(1( i v RR R R R v 电路总输出电压为电路总输出电压为: 02 02 02 vvv 1 NS1 - R vv f ON - R vv 根据根据虚短虚短、虚断虚断和和N 点的点的KCL得：得： 2S 2 f 1S 1 f O -v R R v R R

17、v f21 RRR 若若 0 PN vv 2 NS2 - R vv R2Rf R1 vS2 vS1 iI vO N P + 则有则有 2S1SO -vvv （加法运算）（加法运算） 输出再接一级反相电路输出再接一级反相电路 R2Rf R1 vS2 vS1 iI vO1 N P + R R vO + 2S1SO vvv 可得可得 i1 i2if 2.4.3 求和电路求和电路 （该电路也称为加法电路）（该电路也称为加法电路） Rf If Uo RP - + R1 U1 I1 R2 U2 I2 Rn Un In 反相加法器反相加法器 I+=I- 0 I1+I2+In=If U+= 0 U+=U-U-

18、= 0 1 1 1 R UU I 1 1 R U f o- f R UU I f o R U 2 2 2 R U I n n n R U I n n 2 2 1 1 f o R U R U R U R U ) R U R U R U (RU n n 2 2 1 1 fo 当当R1=R2=Rn=Rf时，时，Uo= -(U1+U2+Un) 2.4.4 积分电路和微分电路积分电路和微分电路 1. 积分电路积分电路 式中，负号表示式中，负号表示vO与与vI在相位上是相反的。在相位上是相反的。 根据根据“虚短虚短”， 得得 根据根据“虚断虚断”， 得得 0 PN vv 0 i i 因此因此 R ii I 12 v 电容器被充电，其充电电流为电容器被充电，其充电电流为 2 i 设电容器设电容器C的初始电压为零，则的初始电压为零，则 t RC ti C d 1 d 1 I 2ON v vv t RC d 1 IO vv （积分运算）（积分运算） 2.4.4 积分电路和微分电路积分电路和微分电路 当当vI I为阶跃电压时，有为阶跃电压时，有 vO与与 t 成线性关系成线性关系 t RC d 1 IO vv t RC Vi t V i 反相积分器：反相积分器：如果如果u i=直流电压直流电压,输出将反相积分，经输出将反相积分，经 过一定的时间后