模拟电子电路课件第2章

1、第二章 理想运放及其线性应用本章主要内容o 运放相关概念o 理想模型与分析方法o 线性基本运算电路o 其他应用电路o 非理想运放的工作性能运算放大器的特点o 缩写为op-ampo 运放内部含有多级放大电路o 对差模信号具有高增益，同时输入阻抗高， 输出阻抗低o 典型应用包括放大电路、振荡器、滤波电路和多种类型的装置电路。定义：差模信号与共模信号对于任意一对信号v1和 v2，其差模信号定义= v2 - v1= v1 + v2vid为：其共模信号定义v为icm2则这一对信号可以用其差模信号与共模信号的代v数=和v来表- v示id ：+ vidv= v1icm2icm22定义：差分放大器o 差分放大

2、器有两个输入端口和一个输出端口o 对于一对信号 v1和v2vo，定义放大器差模增益= vo为=Avdv - vvid21=vv=A o o定义共模增益为vcm(v + v ) / 2vicm12o 差分放大器的功能为放大差模信号，抑制共模信号运算放大器的电路符号v1v213vo2vo = A(v2 - v1 )运算放大器（运放）是一类典型的差分放大器电压型运放的一般等效电路实际运放参数：o 差模开环增益一般在100dB以上o 共模抑制比一般在100dB以上o 输入阻抗一般在M及以上o 输出阻抗一般为级o 带宽较低o 失调和漂移很低2.1 集成运放理想模型与分析方法o 理想运算放大器的特点：nn

3、nnnn无限大差模开环增益无限大共模抑制比或零共模增益无限大输入阻抗零输出阻抗无限大带宽零失调和零漂移理想运放的等效电路模型v1VoA(v2v1)v2实际运算放大器与理想运算放大器传输特性曲线voVovomaxvomin/Av2-v10V -V12vomax/Avomin线性区工作的理想运放特点应用理想运放模型，可得o虚短= voQ A v+ v-v - v+-Ao虚断输入电阻i+= i- 02.2 集成运放线性基本运算电路o 反相组态vo- v=“虚短”“虚断”v21A反相组态的增益= i-= 0i+= vI= ii21R10 + 0V-= vI RiIvv= 0 - I R1o2R1v1

4、= 0虚地= vO= - R2A闭环增益vvRI1反相组态的输入电阻o 根据输入电阻的定义，可推导反相组态的Ri：vvi2R = R i i i1iii1i1虚地反相组态的输出电阻o 根据输出电阻的定义，可推导反相组态的Ro：R2根据实际运放模型可得roA(R1 | ri )R1R =| (R | r + R )o1i21+R2 + (R1 | ri )roIXriA(v2v1)VxRo 0ri 0ro又根据理想运放模型，有反相组态小结o 增益A = - R2vR1= R1Rio 输入阻抗o 输出阻抗 0RoQ：该电路符合理想电压放大器要求么？反相组态的改进R2R4输入阻抗Ri = R1输出阻

5、抗Ro 0R3R1A1VidViVO5Vx7i2i4R2R44反相组态的改进R3i36推导放大器增益：3i12R10电路工作性区A1Vid1由虚短可得v+ = v- = 0又由虚断可得 i-VVOi8= 0(1)vii = i =12R1由KCL可得= i2 + ii4(2)35Vx7反相组态的改进i2i4R2R44R3且vvi36i3= -i = -ix,x21R1023RR23A1Vidv - v1i = xo ViV84OR4与（1）、（2）联立可得vo= - R21+R + R44vRRR1 3 i2反相组态的改进o 假设要求设计一个增益为100，输入电阻为1M的反相放大器，且要求不适

6、用大于1M的电阻n 若采用标准反相组态电路，则有Ri = R1 = 1M W又A = - R2= -100vR1 R2 = 100M W反相组态的改进R2R4n采用改进的反相组态电路R = R = 1M WRi13R2R4R4Av = - R 1+ R + RR1123A1Vid因为不能使用超过1M的电ViVO阻，因此取R2 = 1M WR4 = 1M W R3 = 10.2kW取2.2.2 同相组态同相组态的增益vIR1vIvIR1 0= 0V vIdR v R2 = vI 1+vO = vI +IR12R1= vO= 1+ R2A闭环增益vvRI1同相组态的输入电阻= vi Riii同相组

7、态的输出电阻o 根据输出电阻的定义，可推导反相组态的Ro：R2根据实际运放模型可得roA(R1 | ri )R1R =| (R | r + R )o1i21+R2 + (R1 | ri )roIXriA(v2v1)VxRo 0ri 0ro又根据理想运放模型，有同相组态小结o 增益A = 1+ R2vR1Ri o 输入阻抗Ro 0o 输出阻抗Q：该电路符合理想电压放大器要求么？电压跟随器同相组态的特例Ri Ro 0AV 12.3 其他应用电路o 求和电路o 求差电路o 仪用运算放大器o电路和微分电路在掌握最基本的运放电路基础上，利用叠加原理分析应用电路2.3.1 求和电路o 反相求和电路vi1

8、+ vi 2+ vi3= - voR1R2R3R4v = - R4 v- R4- R4vvoi1i 2i3RRR1232.3.1 求和电路v= (1+ R4 )R2 | R3vo 同相求和电路o1i1R + R | RR5123v= (1+ R4 )R1 | R3vo 2i 2R + R | RR5213v= (1+ R4 )R1 | R2vo3i3R + R | RR5312R2| R3|= (1+v)()oRR |RR| RRR | R1232133122.3.2 求差电路- v-= v- - vovi1R1- v+R2= v+ - 0vi 2R3R4v= (1+ R2 )R4R + R-

9、 R2vvoi 2i1RR1341标准差分电路设计v = (1+ R2 )R4- R2v = A(v- v)vvoRR + Ri 2i1oi 2i1R1341R4= R2(1+ R2 )R4= R2故可以令R1R3 + R4R1R3R1一般取 R1 = R3，R2 = R4，则最终表达式为= R2(v- vv)oi 2i1R1标准差分电路设计o 该电路的输入电阻为- vi1= vi 2= R + R = 2RRi131iio 该电路的输出电阻为0o 减法电路也称为差分放大器= R2(v- vv)oi 2i1R1Q：是否与反相组态相似，存在同样的问题？2.3.3 仪用运算放大器o 仪用运算放大器

10、也叫三运放电路，也是一类差分放大器o 仪用运放的特点：高共模抑制比(70100dB)、高输入阻抗(1091012)、低噪声( 10R电A+电路的应用Cvi10VviRvo-A10k020406080t(s)+-10V对左图所示的器，采用如由图所示的方波激励，在t = 0时，电容的初始电压为0，运放的电源为10V，试画出输出电压vo的波形。5nF电路的应用tvvviv (t)=v (20ms)-i t=-4-i (t -20)20t 40msooRCRC10Vvi5nF20R(-10)(40-20)10-6v-vo (40ms)=-4-40 t 60ms= 0VoA10k10103510-90204060+80t(s)tvvvo (t) =vo (40ms)-i t=-i (t -40)RCRC40-10V-6(60ms) = - 10 (60 - 40) 101RCt0= -4Vv= -v (t)v (t)dto10103 510-9oitvv60 t 80msvo (t)=vo (60ms)-=-4- i (t -60) i t当t = 0 时，vo (t) = 0RCRC60(-10)(80-60)10-610 103 5 10-9vo (80ms)=- 4-= 0Vtvvvo (t) = - = - iitt0 t 20msRCRC010 20 10-6v (20