2 运算放大电路

1、第第2 2章章 运算放大电路运算放大电路 集成运算放大器集成运算放大器 理想运算放大器理想运算放大器 同相输入和反向输入放大电路的其他应用同相输入和反向输入放大电路的其他应用 模拟乘法器模拟乘法器电子系统简介电子系统简介传感器传感器接收器接收器隔离、滤波隔离、滤波放大、阻抗放大、阻抗变换变换运算、转运算、转换、比较换、比较功率放大功率放大A/D转换转换电子信息系统的供电电源电子信息系统的供电电源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1. 集成电路运

2、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2.1.2 运算放大器的代表符号运算放大器的代表符号（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2.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器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 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

3、系2. 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型当当Avo(vPvN) V 时时 vO V 当当Avo(vPvN) V- -时时 vO V- -电压传输特性电压传输特性 vO f (vPvN)线性范围内线性范围内 vOAvo(vPvN)Avo斜率斜率2.2 理想运算放大器理想运算放大器1. vo o的饱和极限值等于运放的电源电的饱和极限值等于运放的电源电压压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（vPvN）0 则则 vO= +Vom=V 若（若（vPvN）0 则则 vO= Vom=V 3. 若若V vO R3时，时，（1）试证明）试证明Vs( R3R1/R2 )

4、Im 解（解（1）根据虚断有）根据虚断有 Ii =0所以所以 I2 = Is = Vs / R1 例例2.3.3 直流毫伏表电路直流毫伏表电路（2）R1R2150k ，R31k ，输入信号电压输入信号电压Vs100mV时，通过时，通过毫伏表的最大电流毫伏表的最大电流Im(max)？ 又又根据虚短有根据虚短有 Vp = Vn =0R2和和R3相当于并联，所以相当于并联，所以 I2R2 = R3 (I2 - - Im )所以所以1s332mRVRRRI)( 当当R2 R3时，时，Vs( R3R1/R2 ) Im （2）代入数据计算即可）代入数据计算即可2.4 同相输入和反相输入放大电路同相输入和反

5、相输入放大电路的其他应用的其他应用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，它是反相输入和同相从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。输入相结合的放大电路。4on1ni1RvvRvv 3p2pi20RvRvv i114i2323141ovRRvRRRRRRv )(当当,2314RRRR 则则)(i1i214ovvRRv 若继续有若继续有,14RR 则则i1i2ovvv 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：pnvv

6、 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14i1i2odRRvvvAv 时，时，2314RRRR )(i1i214ovvRRv 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）2.4.1 求差电路求差电路一种高输入电阻的差分电路一种高输入电阻的差分电路2.4.2 仪用放大器仪用放大器)21(123421ORRRRA vvvv2.4.3 求和电路求和电路1ni1-Rvv3on-Rvv 根据根据虚短虚短、虚断虚断和和N N点的点的KCLKCL得：得：2i231 i13o-vRRvRRv 321RRR 若若0pn vv2ni2-Rvv 则有则有2i1

7、 io-vvv （该电路也称为加法电路）（该电路也称为加法电路）同相求和同相求和 设设 R1 R2 R3 R4 R Rf利用叠加原理求解：利用叠加原理求解： 令令uI2= uI3=0，求，求uI1单独单独作用时的输出电压作用时的输出电压 在求解运算电路时，应选择合适的方法，使运算结果在求解运算电路时，应选择合适的方法，使运算结果简单明了，易于计算。简单明了，易于计算。1I4321432f1O)1 (uRRRRRRRRRu 同理可得，同理可得， uI2、 uI3单独作用时的单独作用时的uO2、 uO3，形式与，形式与uO1相同，相同， uO =uO1+uO2+uO3 。 物理意义清楚，计算麻烦！

8、物理意义清楚，计算麻烦！ 同相求和同相求和 设设 R1 R2 R3 R4 R Rfff3I32I211IPfPfO)()1 (RRRuRuRuRRRRuRRu)(3I32I211IfORuRuRuRu与反相求和运算电路与反相求和运算电路的结果差一负号的结果差一负号4321iiii4P3PI32PI21PI1RuRuuRuuRuuP43213I32I21I1)1111(uRRRRRuRuRu)( )(4321P3I32I21I1PPRRRRRRuRuRuRu必不可少必不可少吗？吗？加减运算加减运算 利用求和运算电路的分析结果利用求和运算电路的分析结果)(2I21I14I43I3fORuRuRuR

9、uRu设设 R1 R2 Rf R3 R4 R5)(I1I2fOuuRRu若若R1 R2 Rf R3 R4 R5，uO?实现了差分实现了差分放大电路放大电路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0PP vv0i i因此因此RiiI12v 电容器被充电，其充电电流为电容器被充电，其充电电流为2i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 tRCtiCd1d1I2ONvvv tRCd1IOvv（积分运算）（积分运算）2.4.4

10、 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 tRCd1IOvvtRCVi tV i 1. 积分电路积分电路移相移相利用积分运算的基本关系实现不同的功能利用积分运算的基本关系实现不同的功能1) 输入为阶跃信号时的输出电压波形？输入为阶跃信号时的输出电压波形？2) 输入为方波时的输出电压波形？输入为方波时的输出电压波形？3) 输入为正弦波时的输出电压波形？输入为正弦波时的输出电压波形？线性积分，延时线性积分，延时波形变换波形变换2.4.4 积分电路和微分电路积分电路和微分电路2. 微分电路微分电路tRCddIOvv 为了克服

11、集成运为了克服集成运放的阻塞现象和自放的阻塞现象和自激振荡，实用电路激振荡，实用电路应采取措施。应采取措施。限制输限制输入电流入电流限制输出限制输出电压幅值电压幅值滞后补偿滞后补偿RuiiRIC对输入电压的极性和幅值有何要求？对输入电压的极性和幅值有何要求？RIuUuuSITBEOln对数运算电路和指数运算电路对数运算电路和指数运算电路1. 对数运算对数运算实用电路中常常采取措施实用电路中常常采取措施消除消除IS对运算关系的影响对运算关系的影响TBEeSCUuIi 利用利用PN结端电结端电压与电流的关系压与电流的关系集成对数运算电路集成对数运算电路TBE1eS3I1I1CUuIRuii3SIT

12、BE1lnRIuUu3IT52N252Oln)1 ()1 (RIuURRuRRuRIN2P2BE2BE1TR3uuuuuU lnI R RBE2TSIuU lnI同理，BEIuu 对输入电压的极性和幅值有何要求？对输入电压的极性和幅值有何要求？TIeSOUuRRIRiu2. 指数运算电路指数运算电路TIeSEUuRIii3. 乘法、除法运算电路乘法、除法运算电路模拟乘法器及其在运算电路中的应用模拟乘法器及其在运算电路中的应用1. 模拟乘法器简介模拟乘法器简介1) 变跨导型模拟乘法器的基本原理变跨导型模拟乘法器的基本原理XcmcC2C1O)(uRgRiiuTTEQm2UIUIgeBE3YRuuI

13、eTYmBE3Y2RUuguu，则若YXeTcO2uuRURu 实际电路需在多方面改进，如线性度、温度的影响、实际电路需在多方面改进，如线性度、温度的影响、输入电压的极性等方面。输入电压的极性等方面。 理想情况下，理想情况下，ri1、 ri2、fH为无穷大，为无穷大， 失调电压、电流失调电压、电流及其温漂为及其温漂为0，ro为为0， ux 、uy 幅值变化时幅值变化时 k 值不变。值不变。 有单象限、两象限和四象有单象限、两象限和四象限之分。限之分。2)2)模拟乘法器的符号及等效电路模拟乘法器的符号及等效电路YXOukuu ) cos21 (2 sin2 sin22i22iOiItkUtkUu

14、tUu则若2. 在运算电路中的基本应用在运算电路中的基本应用2)2)乘方运算乘方运算1)1)乘法运算乘法运算I2I1Oukuu 实际的模拟乘法器实际的模拟乘法器k常为常为+0.1V-1或或0.1V-1。 若若k= +0.1V-1，uI1= uI2=10V，则则 uO=10V。2IOkuu 实现了对正弦波实现了对正弦波电压的二倍频变换电压的二倍频变换 为使电路引入的是负反馈，为使电路引入的是负反馈，k和和uI2的极性应如何？的极性应如何？21ii 2. 在运算电路中的基本应用在运算电路中的基本应用3)3)除法运算除法运算I2I112OkuuRRu运算电路中集成运放必须引入负反馈！运算电路中集成运放必须引入负反馈！1i2i 若集成运放的同相输入端与若集成运放的同相输入端与反相输入端互换，则反相输入端互换，则k和和uI2的的极性应如何？极性应如何？2O1I1RuRuOI2I112OukuuRRu2OI12OkuuRRu为满足上式，电路中为满足上式，电路中uI、 uO、k的极性是什么？为什么？的极性是什么？为什么？3. 开方运算开方运算I12OukRRu 若集成运放的负反馈通路中为某种运算电路，则整个若集成运放的负反馈通路中为某种运算电路，则整个电路实现其逆运算，如除法运算电路、开方运算电路。电路实现其逆运算，如除法运算