第二章运算放大器1ppt课件

1、一、集成运放的特点一、集成运放的特点（1 1直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用差分放大电路和电流源电路。用差分放大电路和电流源电路。（2 2用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路的复杂化并不带来工艺的复杂性。杂化并不带来工艺的复杂性。（3 3用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻。作的大电阻。（4 4采用复合管。采用复合管。 集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接集成运算放大电路，简称集成运放，是一个高性能的直接耦合多级放

2、大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。耦合多级放大电路。因首先用于信号的运算，故而得名。2.1 集成运算放大器概述集成运算放大器概述通用型集成电路运算放大器通用型集成电路运算放大器差放和电流源电路差放和电流源电路复杂电路实现高性能复杂电路实现高性能有源元件替代无源元件有源元件替代无源元件复合管复合管直接耦合方式直接耦合方式集成运放的特点：集成运放的特点：二、集成运放电路的组成二、集成运放电路的组成两个两个输入端输入端一个一个输出端输出端 若将集成运放看成为一个“黑盒子”，则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。集成运放电路四个组成部分的作用集成运放电路四个组成部分的作用 前置级，多采

3、用差分放大电路。要求前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，大，Ad大，大， Ac小，输入端耐压高。小，输入端耐压高。 主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。大能力。 功率级，多采用准互补输出级。要求功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最小，最大不失真输出电压尽可能大。大不失真输出电压尽可能大。为各级放大电路为各级放大电路设置合适的静态设置合适的静态工作点。采用电工作点。采用电流源电路。流源电路。u-u+ uo 反相输入端反相输入端 u同相输入端同相输入端 u+ 输出端输出端 uo国际符号：国际符号：国内符号：国内符号：集成运放的特

4、点：集成运放的特点：电压增益高电压增益高 104输出电阻小输出电阻小 102输入电阻大输入电阻大 106三、集成运放的符号三、集成运放的符号四、集成运放的电压传输特性四、集成运放的电压传输特性 由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压(uPuN)的数值仅为几十一百多微伏。在线性区：在线性区：uOAod(uPuN) Aod是开环差模放大倍数。是开环差模放大倍数。非线非线性区性区 (uPuN)的数值大于一定值时，集成运放的输出不是的数值大于一定值时，集成运放的输出不是UOM , 就是就是UOM，即集成运放工作在非线性区。，即集成运放工作在非线性区。uO=f(uP-uN)UO

5、M-UOM开环电压放大倍数开环电压放大倍数 AV0=AV0=差模输入电阻差模输入电阻 Rid=Rid=输出电阻输出电阻 R0=0R0=0一、理想运算放大器：一、理想运算放大器： 电路中有负反馈！电路中有负反馈！理想运放工作在线性区条件：理想运放工作在线性区条件：2.2 理想运算放大器及分析方法理想运算放大器及分析方法实际运放的电压传输特性实际运放的电压传输特性( (了解了解) )：设：电源电压设：电源电压VCC=VCC=10V10V。 运放的运放的AVO=104AVO=104Ui1mVUi1mV时，运放处于线性区。时，运放处于线性区。AVOAVO越大，线性区越小，越大，线性区越小，当当AVOA

6、VO时，线性区时，线性区00uOAod(uPuN)2.2 理想运算放大器及分析方法理想运算放大器及分析方法虚短虚短UP=UNUP=UN）虚断虚断iP=iN=0iP=iN=0）二、理想运算放大器分析方法：二、理想运算放大器分析方法：运放工作在非线性区的分析方法在第九章讨论运放工作在非线性区的分析方法在第九章讨论运放工作在线性区分析方法运放工作在线性区分析方法开环电压放大倍数开环电压放大倍数 AV0=AV0=差模输入电阻差模输入电阻 Rid=Rid=输出电阻输出电阻 R0=0R0=0iPiPiNiNuOAod(uPuN)2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路二、反相比例运算电路二、反相比例运算电

7、路一、同相比例运算电路一、同相比例运算电路vIvO- -+RfR1AvNvPIPvv = =fON1N0RvvRv = = I1fO)1(vRRv = =输出与输入同相输出与输入同相vIvO- -+AvNvP虚短虚短虚断虚断特例特例PNvv= =R1=R1= Vo=ViVo=Vi电压跟随器，常作为阻抗变换器电压跟随器，常作为阻抗变换器P30一、同相比例运算电路一、同相比例运算电路iPiPiNiNuOAod(uPuN)虚短虚短UP=UNUP=UN虚断虚断iP=iN=0iP=iN=0）vIvO- -+RfR1AvNvP例例2. R1=10k , Rf=20k , Vi =-1V。求。求: VoAv

8、=1+ =1+20/10=3RfR1Vo= Av Vi=(3)(-1)= -3V 输入电阻高，输出电阻小，带负载能力强输入电阻高，输出电阻小，带负载能力强 V-=V+=Vi，所以共模输入等于输入信号，对运放的共模抑，所以共模输入等于输入信号，对运放的共模抑制比要求高制比要求高一、同相比例运算电路一、同相比例运算电路特点：虚短虚短UP=UNUP=UN虚断虚断iP=iN=0iP=iN=0）vIvO- -+RfR1AvNvPR20P= =vfON1NIRvvRvv=I1fOvRRv = =输出与输入反相输出与输入反相虚短虚短虚断虚断PN= = vv平衡电阻平衡电阻Rf=R1Rf=R1特例特例R2 =

9、 R1Rf R2 = R1Rf Vo=-ViVo=-Vi二、反相比例运算电路二、反相比例运算电路 运放的前级是一个差放，为了保证差动放大器运放的前级是一个差放，为了保证差动放大器的对称性，其两个输入端的电阻必须相等。的对称性，其两个输入端的电阻必须相等。 虚短虚短UP=UNUP=UN虚断虚断iP=iN=0iP=iN=0）iPiPiNiNvIvO- -+RfR1AvNvPR2例例1. R1=10k1. R1=10k , , Rf=20kRf=20k , , Vi =-1VVi =-1V。求。求:Vo :Vo AV= -（Rf / R1）= -20/10= -2Vo= AV Vi=(-2)(-1)

10、=2V反相端虚地，故共模输入可视为反相端虚地，故共模输入可视为0，对运放共模抑制比要求低，对运放共模抑制比要求低 输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强 要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差。要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差。 如果要求放大倍数如果要求放大倍数100，R1=100K，Rf=10M二、反相比例运算电路二、反相比例运算电路特点：虚短虚短UP=UNUP=UN虚断虚断iP=iN=0iP=iN=0）I1fOvRRv = = T T型网络反相比例运算电路型网络反相比例运算电路P32P321i 用低电阻网络得到高增益的放大电路用低电阻网络得到高增益的放大电路vI

11、vO- -+RfR1AvNvPR2要求放大倍数较大时，要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差。反馈电阻阻值高，稳定性差。I1fOvRRv = =虚短虚短UP=UNUP=UN虚断虚断iP=iN=0iP=iN=0）(VS VK ) /R1 = (VK 0) /R2 + (VK VN) /R3 KR1R2R3Rf(VK VN ) /R3 = (VN VO) /Rf PNvv= =VO =-2.5VsP0v= =例例1：求电路的电压放大倍数：求电路的电压放大倍数AvfNvPv虚短虚短UP=UNUP=UN虚断虚断iP=iN=0iP=iN=0）例例2：求电路的电压放大倍数：求电路的电压放大倍数Avf

12、A1R1R8R2voR3R4viR7R6R5A2A3v+3vo3v+1ovRRRv4343=35631=vRRvoiovvRRRv=37881=887655443RRRRRRRRRvvAiovf虚短虚短UP=UNUP=UN虚断虚断iP=iN=0iP=iN=0）反相放大反相放大同相放大同相放大2.4 基本运算电路基本运算电路一、减法运算电路一、减法运算电路二、加法运算电路二、加法运算电路四、微分运算电路四、微分运算电路三、积分运算电路三、积分运算电路五、对数五、对数/反对数运算电路反对数运算电路六、乘法运算电路六、乘法运算电路反相比例运算电路反相比例运算电路同相比例运算电路同相比例运算电路_+R

13、fR1R2vi2voR3vi1虚短虚短虚断虚断PNvv= =fON1Ni1RvvRvv=3P2Pi20RvRvv=i11fi23231f1O)(vRRvRRRRRRv=一、差分式放大电路减法电路）一、差分式放大电路减法电路）NvPv结点电流法结点电流法虚短虚短UP=UNUP=UN虚断虚断iP=iN=0iP=iN=0）_+RfR1R2vi2voR3vi1反相放大器反相放大器i11fO1vRRv=NvPv一、差分式放大电路减法电路）一、差分式放大电路减法电路）叠加定叠加定理理同相放大器同相放大器i23231f1O2)(vRRRRRRv=I1fO)1 (vRRv = =输出与输入同相输出与输入同相I

14、1fOvRRv = =输出与输入反相输出与输入反相Vi1、 Vi2共同作用：共同作用：Vi1单独作用：单独作用：Vi2单独作用：单独作用：i11fi23231f1O)(vRRvRRRRRRv=虚短虚短UP=UNUP=UN虚断虚断iP=iN=0iP=iN=0）_+RfR1R2vi2voR3vi1特例特例减法器减法器当当,231fRRRR= =那么那么)(i1i21fOvvRRv=若继续有若继续有,1fRR = =那那么么i1i2Ovvv=i11fi23231f1O)(vRRvRRRRRRv=NvPv一、差分式放大电路减法电路）一、差分式放大电路减法电路）虚短虚短UP=UNUP=UN虚断虚断iP=

15、iN=0iP=iN=0）1NS1-RvvfON-Rvv= =根据虚短、虚断得：根据虚短、虚断得：2S2f1S1fO-vRRvRRv = =f21RRR= = =假设假设2NS2-Rvv R2 Rf R1 vS2 vS1 iI vO N P + 则有则有2S1SO-vvv = =二、加法电路二、加法电路虚短虚短UP=UNUP=UN虚断虚断iP=iN=0iP=iN=0）结点电流法结点电流法 R2 Rf R1 vS2 vS1 iI vO N P + 二、加法电路二、加法电路虚短虚短UP=UNUP=UN虚断虚断iP=iN=0iP=iN=0）叠加定叠加定理理反相放大器反相放大器s11fO1vRRv=Nv

16、Pv反相放大器反相放大器2S2fO2-vRRv=Vs1、 Vs2共同作用：共同作用：Vs1单独作用：单独作用：Vs2单独作用：单独作用：）（2S2f1S1fO-vRRvRRv=例例:设计一加减运算电路设计一加减运算电路设计一加减运算电路，使设计一加减运算电路，使 Vo=2Vi1+5Vi2-10Vi3解：用双运放实现解：用双运放实现如果选Rf1= Rf2 =100K，且R4= 100K那么：R1= 50K R2= 20K R5= 10K平衡电阻 R3= R1/ R2/ Rf1= 12.5K R6= R4/ R5/ Rf2= 8.3KVi2-+A1Rf1R3Vo1R2Vi1R1-+A2Rf2R6V

17、oR4Vi3R5=-10Vi3-(2Vi1+5Vi2) =-10Vi3-Vo1电容元件理论回顾电容元件理论回顾 电容是储能元件。电容是储能元件。 电压电压u越高，聚集的电荷越高，聚集的电荷q就越多，产生的就越多，产生的电场越强，储存的电场能就越多。电场越强，储存的电场能就越多。电容隔直通交！电容隔直通交！电容两端电压不能突变！电容两端电压不能突变！式中，负号表示式中，负号表示vO与与vS在相位上是相反的。在相位上是相反的。“虚短虚短”“虚断虚断”PN= = vv设电容器设电容器C的初始电压为零，那么的初始电压为零，那么 = =tvRCvd1SO（积分运算）（积分运算）d (vN= =RvSCd

18、 t- vN- vO)P= = 0v三、积分电路三、积分电路虚短虚短UP=UNUP=UN虚断虚断iP=iN=0iP=iN=0）应用举例：应用举例：tVS0tVo0 = =tvRCvd1SO输入方波，输出是三角波。输入方波，输出是三角波。三、积分电路三、积分电路三、积分电路三、积分电路 = =tvRCvd1SOP39 例例2.4.3三、积分电路三、积分电路 = =tvRCvd1SOR=10KC=5nF)(510VttRCvdtvRCvstso=vo (t1)=8V)t (vdtvRC1v1ottso1=8)(1=ttRCvs8)(1.01=ttvo (t2)=0VRViOR=tVCdtdqiCCdd=CRii =NPVV=0=NPii0=OVRiC=tVRCCdd=tVRCVIodd=ICVV=四、微分电路四、微分电路tVCRVCOdd=t0uotuis