模电课件第七章集成运放基本电路

1、模电课件第七章集成运放基本电路7.3 7.3 理想运算放大器理想运算放大器 7.3.1 理想运放的概念理想运放的概念 1理想运放的技术参数应满足下列条件理想运放的技术参数应满足下列条件 开环差模电压增益开环差模电压增益 Aod=差模输入电阻差模输入电阻 Rid=输出电阻输出电阻 Rod=0输入失调电压输入失调电压 UIO=0输入失调电流输入失调电流 IIO=0输入失调电压温漂输入失调电压温漂 UIO=0输入失调电流温漂输入失调电流温漂 IIO=0共模抑制比共模抑制比 KCMR=输入偏置电流输入偏置电流 IIB=0开环带宽开环带宽 KCMR=模电课件第七章集成运放基本电路7.3.2 理想运放的等

2、效模型和分析方法理想运放的等效模型和分析方法 7.3.2 理想运放的等效模型和分析方法理想运放的等效模型和分析方法 1理想运放等效模型：理想运放等效模型： (1) “零子零子”：端：端子间电压为零，子间电压为零，流过电流为零的流过电流为零的二端电路元件。二端电路元件。 0 i0 u (2) “极子极子”：端子：端子间电压为某一常数，间电压为某一常数，流过电流为任意值流过电流为任意值的二端电路元件。的二端电路元件。 “零子零子”的电路符号的电路符号任任意意值值 icu “极极子子”的电路符号的电路符号uoci “极子极子”相当相当于理想电压于理想电压源源模电课件第七章集成运放基本电路(3) 理想

3、运算放大器的等效模型理想运算放大器的等效模型 理想运算放大器的开环电压增益理想运算放大器的开环电压增益Aod= uuouiu odoidAuu 0 uuuid uu虚短虚短差模输入电阻差模输入电阻 Rid=idididRui iidi+ +i- - iiiid00 ii虚断虚断：理想运放输出为有限值：理想运放输出为有限值uo 0 IIuu理想运放输入端可看作理想运放输入端可看作“零子零子”II II：理想运放输出电阻：理想运放输出电阻 Rod=0相当于理想电压源相当于理想电压源输出端相当于输出端相当于“极子极子”i- -模电课件第七章集成运放基本电路运放电路简化分析的要点运放电路简化分析的要点

4、 输出端相当于理想电压源输出端相当于理想电压源0 ii虚断虚断 uu虚短虚短idoduAuuouidu 模电课件第七章集成运放基本电路R7.3.3运放构成的两种基本负反馈电路运放构成的两种基本负反馈电路1反相放大器反相放大器uoRfuuiii+ +if fi- -ui平衡电阻平衡电阻R=Rf / R1何种反馈？何种反馈？电压并联深度负反馈电压并联深度负反馈电路性能分析：电路性能分析： 电路结构：电路结构： 由虚断：由虚断：由虚短：由虚短：0 iiffiiiii foiRuuRuu 10 ii0 u uu0 u00ifouRRu1 R1“虚地虚地”0 uu“虚地虚地”是反相放大器的特点是反相放大

5、器的特点ifouRRu1 反相比例运算放大器反相比例运算放大器完成比例运算完成比例运算Rif输入电阻输入电阻iiifiuR 11RiRiii 1RRuuAfiouf 电压增益电压增益模电课件第七章集成运放基本电路R1ui2同相放大器同相放大器 电路结构：电路结构： uoRfuui1i+ +if fi- -R平衡电阻平衡电阻R=Rf / R1何种反馈？何种反馈？电压串联深度负反馈电压串联深度负反馈电路性能分析：电路性能分析： 由虚断：由虚断：0 ii由虚短：由虚短：iuuu fii 1foRuuRu 1iffouRRuRRu 1111电压增益电压增益11RRuuAfiouf P249（710）输

6、入电阻输入电阻iiifiuR 0iu输出电阻输出电阻0 ofR电压串联深度负反馈电压串联深度负反馈 uRRufo11模电课件第七章集成运放基本电路R1uiuoRfuuRififouRRuRRRu 1111iouu 电压跟随器电压跟随器模电课件第七章集成运放基本电路7.3.4运放的误差分析运放的误差分析uRfuoidoduAridR1iuuiiifi- -实际运放实际运放Aod， ridRuoRfuuiii+ +if fi- -uiR1idodouAu uu0 uAuodorididrui fiiii 1Ruuiii idrui fofRuui foidiRuuruRuu 1odoAuu 模电课

7、件第七章集成运放基本电路idodffodidodffodffioufrARRRArARRRARRRRuuA 1111111111RRuuAfiouf 理想运放反理想运放反相放大器相放大器相对误差相对误差idodffodidodffodArARRRArARRRA 1111111 idodffodrARRRA 111Aod， rid产生的产生的相对误差相对误差模电课件第七章集成运放基本电路7.4 集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用 7.4.1加法运算电路加法运算电路 反相反相加法运算电路加法运算电路 同相同相加法运算电路加法运算电路 差动差动加法运算电路加法运算电路 uuou模电课件

8、第七章集成运放基本电路1反相反相加法运算电路加法运算电路 Ruoii1i+ +if fi- -ui1R1RfR2ui2R3ui3平衡电阻平衡电阻R=Rf / R1 / R2 / R3由虚断：由虚断：0 iiii2ii3fiiiiiii 32111Ruui 22Ruui 33Ruui foRuu 由虚短：由虚短： uu0 由虚地：由虚地：0000 332211ifififouRRuRRuRRu若若 R1 R2 R3 R 321iiifouuuRRu 反相反相加法运算电路优点加法运算电路优点 （1）改变改变R1 R2 R3可调相加比例参数可调相加比例参数 （2）由于）由于叠加叠加点为虚地，输入信号

9、之间点为虚地，输入信号之间满满足线性叠加定理，互不影响。足线性叠加定理，互不影响。模电课件第七章集成运放基本电路2同相同相加法运算电路加法运算电路电路平衡电路平衡Rf / R= R / R1 / R2 / R3由虚断：由虚断：0 iiii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+ +if fi- -Rii1Rfii foRuuRu 1iR321Riiiiiii 11Ruui 22Ruui 33Ruui Ru 由虚短：由虚短： uu消除消除u+和和u- -得得uo和和ui i关系式关系式 3322111ipipipfouRRuRRuRRRRuRRRRRp /321若若 R1 R2 R

10、3 32111iiifpouuuRRRRu ifouRRu 11Rui1uoRfuui1i+ +if fi- -R1同相同相加法运算电路缺点加法运算电路缺点 输入信号之间相输入信号之间相互影响互影响321/RRRRp i uRRufo11模电课件第七章集成运放基本电路R1uiuoRfuui1i+ +if fi- -RifouRRu 11 uRRufo11由虚断：由虚断：0 ii321Riiiiiii 11Ruui 22Ruui 33Ruui Ru 332211ipipipuRRuRRuRRuii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+ +if fi- -Rii1RiiR 3322

11、111ipipipfouRRuRRuRRRRu模电课件第七章集成运放基本电路ii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+ +if fi- -Rii1RiRi 3322111ipipipfouRRuRRuRRRRu RRRRRRp/321 RRRRf/ 332211iiifouRRuRRuRRRRRufRfR R1 332211ifififouRRuRRuRRu模电课件第七章集成运放基本电路7.4.2差动放大器差动放大器ui2R2R1ui1uoRfuui+ +if fi- -ii1Rii2平衡电阻平衡电阻 R / R2 =Rf / R1由虚断：由虚断：0 iiffiiiii foi

12、RuuRuu 1RRRuui 22由虚短：由虚短： uu 111212iffiouRRRRRRRRuu 一般要求：一般要求：R = Rf R2 =R1Rf 121iifouuRRu 差模电压增益差模电压增益121RRuuuAfiiouf 112RRuuuAfiiouf ui2R2R1ui1uoRfuui+ +if fi- -ii1Rii2 uRRufo11 11RRufo 22iuRRR 11ifuRR 111212iffiouRRRRRRRRuu 模电课件第七章集成运放基本电路R3R1u1uoRR/2RR/2u2R2R4 例例1求输出电压表达式求输出电压表达式uo2uo1同相同相放大器输出放

13、大器输出1121uRRuo 同相同相放大器输出放大器输出2221uRRuo 差动放大器输出差动放大器输出 1121434212ooouRRRRRRRRuu 11221434212121uRRRRuRRRRRRRRuo 模电课件第七章集成运放基本电路 例例2求输出电压表达式求输出电压表达式RuoR2uui1i+ +i2i- -uiR1R4R3i4i3由虚断：由虚断：0 ii221iiii 21RuuRuuMi 432iii 4320RuuRuRuuOMMM 由由“虚虚地地”0 u 1342142RuRRRRuRRuiio 模电课件第七章集成运放基本电路uoR4ui2R1R1ui1uui+ +i-

14、 -R2R2R3R5 例例3求输出电压表达式求输出电压表达式i3ii1ii2由虚断：由虚断：0 ii331iiii uo12111RuuRuuoi 2122RRRuui 由虚短：由虚短： uu由反相放大器：由反相放大器：oouRRu431 213142iiouuRRRRu 模电课件第七章集成运放基本电路 例例4求输出电压表达式求输出电压表达式ui4Ruoii1i+ +ii4 4i- -ui1R1R2ui2R3ui3ii2ii3KuXuYYXuo1R4由虚断：由虚断：0 ii4321iiiiiiii 由由“虚虚地地”0 u41332211RuuRuuRuuRuuoiii 41ioouKuu 33

15、221144RuRuRuKuRuiiiio模电课件第七章集成运放基本电路 例例5试设计一个加减运算电路，试设计一个加减运算电路，使使uo=10ui1+8ui2-20ui3加减运算电路的设计步骤加减运算电路的设计步骤先根据函数关系画出电路，然后计算参数先根据函数关系画出电路，然后计算参数R3ui3ii3i+ +uoRfif fi- -RR1ui1ii1R2ui2ii2解解(1) 画出电路画出电路(2) 计算电阻计算电阻平衡电阻平衡电阻R / R1 / R2 =Rf / R3332211ifififouRRuRRuRRu 取取Rf =240k101 RRf82 RRf203 RRf一般取一般取Rf

16、 =（几（几k 至至1M） kR241 kR302 kR123 kR80模电课件第七章集成运放基本电路作业：作业：P268 7.2 7.3 7.4P269 7.6模电课件第七章集成运放基本电路7.4.3积分器积分器1反相积分器反相积分器RuoRfuuiii+ +iC Ci- -uiR平衡电阻平衡电阻R=RuC dtiCuCC1由虚断：由虚断：0 iiCCiiiii CiiRuu 由由“虚虚地地”0 u dtiCuuCo1 dttuRCuio1实现模拟信号的积分运算，实现模拟信号的积分运算，还可实现延时、移相、波形还可实现延时、移相、波形变换作用变换作用模电课件第七章集成运放基本电路RuoRfu

17、uiii+ +iC Ci- -uiRuCRuoRfuuiii+ +i- -uiR反相放大器输出反相放大器输出ifouRRu1 suZZsuifo1 ssuRCsuio1 sC1R dttussuii dttui)( dttuRCsuio 1当当s=j0时，时，uo(s) uo(s) VCC阻塞失真阻塞失真Auf(s) t模电课件第七章集成运放基本电路RuoZ2uuiii+ +i- -uiZ12实际应用的积分器实际应用的积分器Ruouuiii+ +i- -uiRuCRf反相比例放反相比例放大器输出大器输出iouZZu12 ifouRsCRu1/ iffouCsRRRRu 当当s=j0时，时，Au

18、f (s) - -Rf /R CsRRRRsAffuf 避免阻塞失真避免阻塞失真当当sRf RCR时时 sRCsususAiouf1 sRCsusuio dttuRCtuio 1模电课件第七章集成运放基本电路RuoRfuuiii+ +if fi- -uiR7 .4.4 微分器微分器实现模拟信号的实现模拟信号的微微分运算，还可实现移相、波形变分运算，还可实现移相、波形变换作用换作用uCiC1反相反相微微分器分器平衡电阻平衡电阻R=Rf由虚断：由虚断：0 iiffCiiii foCRuui dtduCiCC CiidtuudC 由由“虚虚地地”0 u dttduCRuifo 模电课件第七章集成运放

19、基本电路ifouZZu1 RuoZfuuiii+ +i- -uiZ1反相放大器输出反相放大器输出 suZZsuifo1 sC1fR sCsuRsuifo dttdui)(iCuCRuoRfuui+ +if fi- -uitdtduCRuifo CfR2实际应用的实际应用的微微分器分器R限制输入电流，降低高频噪声限制输入电流，降低高频噪声1/ CiC 高频噪声高频噪声Cf相位补偿，抑制自激振荡相位补偿，抑制自激振荡模电课件第七章集成运放基本电路7 .4.5 对数和指数运算电路对数和指数运算电路RuoRfuuiii+ +if fi- -uiRiD D由虚断：由虚断：0 iiDDiiiii Ruui

20、iiDi 由于由于PN PN 结电压与电结电压与电流之间的关系流之间的关系 TBETBEVVsVVsDeIeIi 1ToTDUuusUusDeIeIi 由由“虚虚地地”0 uToUusieIRu 00siToRIuUuln TDoUuuu ic cuBEToTBEUuusUusCeIeIi Ruui siToRIuUuln 基本对数运算电路的缺点基本对数运算电路的缺点（1）由于）由于UT和和IS是温度的是温度的函数，因此运算精度受温度函数，因此运算精度受温度的影响。的影响。（2）UDuuoUT在小在小信号时误差大。信号时误差大。（3）只在一）只在一定范围内满足定范围内满足ToUuusDeIi 1 对数运算电路对数运算电路模电课件第七章集成运放