模电16(运算放大器)

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2.1.2 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. 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 Av

2、o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

3、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 ) 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 =

4、R3 (I2 - - IM )所以所以1S332M)(RVRRRI 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。4on1ni1RvvRvv 3p2pi20RvRvv i114i2323141ovRR

5、vRRRRRRv )(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 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

6、和电路求和电路1ni1Rvv - -3onRvv - 根据根据虚短虚短、虚断虚断和和n n点点的的KCLKCL得：得：2i231i13ovvvRRRR - -321RRR 若若0pn vv2ni2Rvv - - 则有则有2i1iovvv - -（该电路也称为加法电路）（该电路也称为加法电路）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0N v0I 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

7、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 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 I1. 积分电路积分电路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 归纳与推广归纳与推广ZfZ1AVs(S) Vo (S) I (S) If (S)上面讨论的加法、减法、积分、微分等运算电路可用下列一上面讨论的加法、减法、积分、微分等运算电路可用下列一般形式表示：般形式

8、表示：Z1、Zf ：运算阻抗：运算阻抗可以是可以是R、C、L的串、并联，的串、并联，均为均为S=j（复频率变量）（复频率变量） 的的函数。函数。S=j表示微分运算表示微分运算dtdS1dt表示积分运算表示积分运算SL感抗感抗SC1容抗容抗则则) )( () )( () )( (SZSVSI1s=) )( () )( () )( () )( (SVSZSZSVs1fo=) )( () )( () )( () )( () )( (SZSZSVSVSA1fso=传递函数传递函数一般形式一般形式改变改变Z1、Zf 的形式，的形式，可实现各种基本运算。可实现各种基本运算。 右侧括号内第一、二两项表示比例

9、运算；第三项表示右侧括号内第一、二两项表示比例运算；第三项表示微分运算；第四项表示积分运算；微分运算；第四项表示积分运算； 此为比例此为比例-积分积分-微分运算电路，在自动控制系统中常微分运算电路，在自动控制系统中常用于组成用于组成PID调节器。调节器。 比例比例-积分运算用于提高调节精度，微分运算则用于积分运算用于提高调节精度，微分运算则用于加速过渡过程。加速过渡过程。)1(1)()()(1111sCRsCRsCRsVsVsAffso)1(1111ffffCsRCsRCCRR传递函数：传递函数：6.6 变跨导式模拟乘法器变跨导式模拟乘法器6.6.1 变跨导式模拟乘法器的工作原理变跨导式模拟乘

10、法器的工作原理6.6.2 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用不做要求，感兴趣者自学不做要求，感兴趣者自学1. 运算电路运算电路6.6.2 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用乘方乘方 1. 运算电路运算电路6.6.2 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用除法除法 只有当只有当vX2为正极性时，才能保证运算放大器是处于负反为正极性时，才能保证运算放大器是处于负反馈工作状态，而馈工作状态，而vX1则可正可负，故属二象限除法器。则可正可负，故属二象限除法器。 利用虚短和虚断概念有利用虚短和虚断概念有0221X1 RRvvX2o2vvvK X2X112ovvv KRR得得由乘法器的功能有由乘法器的功能有1. 运算电路运算电路6.6.2 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用开平方开平方 利用虚短和虚断概念有利用虚短和虚断概念有02i RRvv2o2vvK Kiovv 得得由乘法器的功能有由乘法器的功能有vi必须为负值时，电路才能正常工作。必须为负值时，电路才能正常工作。 2. 压控放大器压控放大器6.6.2 模拟乘法器的应用模拟乘法器的应用 乘法器的一个输入端加一直流控制电压乘法器的一个输入端加一直流控制电压VC，另一输入端，另一输入端加一信号电压加一信号电压vs时，乘法器就成了增益为时，乘法器就成了增益为