模电课件—7运算放大电路

1、模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器8.1 集成运算放大器应用电集成运算放大器应用电 路的基本知识路的基本知识 8.2 典型运算电路典型运算电路8.3 有源滤波电路有源滤波电路8.4 信号变换电路信号变换电路模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器8.1 集成运算放大器应用电路集成运算放大器应用电路的基本知识的基本知识1. 集成运算放大器的内部组成单元集成运算放大器的内部组成单元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模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器2. 集成运算放大器的符号集成运算放大器的符号 运算放大器的代表符号运算放大器的代

2、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）国内外常用符号模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器3. 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 Auo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） uOAuo(uPuN) （ V uO V ） 注意输入输出的相位关注意输入输出的相位关系系模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器运放的电压传输特性运放的电压传输特性设

3、：电源电压设：电源电压VCC=10V。 Aod越大，线性区越小，越大，线性区越小，当当Aod 时，线性区时，线性区0vi+vo+10V-10V+Uom-Uom0uoui模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器2. 2. 理想运放的线性工作区理想运放的线性工作区理想运放工作在线性区的条件：理想运放工作在线性区的条件： 电路中有负反馈！电路中有负反馈！运放工作在线性区的分析方法：运放工作在线性区的分析方法： 虚短（虚短（u u+ += =u u- -） 虚断（虚断（i ii+i+= =i ii-i-=0=0）模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器8.2 典型运算电路典型运

4、算电路8.2.1 比例运算电路比例运算电路8.2.2 加法和减法运算电路加法和减法运算电路8.2.3 对数和指数运算电路对数和指数运算电路8.2.4 模拟乘法器及其典型应用电路模拟乘法器及其典型应用电路8.2.5 积分运算和微分运算电路积分运算和微分运算电路模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器根据虚短和虚断的概念有根据虚短和虚断的概念有 un up 0 ， ii0所以所以 i1i2 o2i1RAR uuunoin12RRuuuu即即（可作为公式直接使用）（可作为公式直接使用）8.2.1 反相放大电路反相放大电路模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器输入电阻输入电阻

5、Ri iii11i1/RRiRuuu输出电阻输出电阻Ro Ro08.2.1 反相放大电路反相放大电路模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器T T型网络反相比例运算电路型网络反相比例运算电路i412124o44243243o424330i21243323234oui1u00uu0u0uu111uuu111uuvii ,RRiii ,RRRRRRRRRRRRRRRR R / RAR 3344v4模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器2 同相放大电路同相放大电路（a）电路图）电路图 （b）小信号电路模型）小信号电路模型图图2.3.1 同相放大电路同相放大电路1. 基本电路

6、基本电路 模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器2 同相放大电路同相放大电路（1）电压增益电压增益Av 根据虚短和虚断的概念有根据虚短和虚断的概念有 upvn， ip-in01ipno12RRRuuuu所以所以o122i111RRRARR uuu（可作为公式直接使用）（可作为公式直接使用）模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器2 同相放大电路同相放大电路2. 几项技术指标的近似计算几项技术指标的近似计算（2）输入电阻）输入电阻Ri 输入电阻定义输入电阻定义 iiiivR 根据虚短和虚断有根据虚短和虚断有 vivp，ii ip0所以所以 iiiivR（3）输出电阻）输

7、出电阻Ro Ro0模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器2.3.1 同相放大电路同相放大电路3. 电压跟随器电压跟随器根据虚短和虚断有根据虚短和虚断有uoun up uioi1A uuu（可作为公式直接使用）（可作为公式直接使用）1(1)foIRuuR同相比例：同相比例：当当 ( (开路开路) )或或 时，时，vo= vI称为称为电压跟器电压跟器。01FRR 此电路是同相比例运算的特殊此电路是同相比例运算的特殊情况，输入电阻大，输出电阻小。情况，输入电阻大，输出电阻小。在电路中作用与分立元件的射极输在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。出器相同，但是电压跟随

8、性能好。模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器电压跟随器的作用电压跟随器的作用无电压跟随器时无电压跟随器时 负载上得到的电压负载上得到的电压LossLss10.011001RRRuuuu电压跟随器时电压跟随器时ip00，upus根据虚短和虚断有根据虚短和虚断有uoun up us模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器I12O11uRRuI1234O134O1uRRRRuRRuA1A1构成同相比例运算电路，构成同相比例运算电路，A2A2构成反相比例运算电路构成反相比例运算电路 模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器8.2.2 加法和减法运算电路加法和减法

9、运算电路i1n1Ruuno3u uR 根据根据虚短虚短、虚断虚断和和N N点点的的KCLKCL得：得：33oi1i212RRuuuRR321RRR 若若np0uui2n2uuR则有则有oi1i2uuu（该电路也称为加法电路）（该电路也称为加法电路）模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器方法方法2 2：应用叠加原理：应用叠加原理电路可等效为两个反相比例电路可等效为两个反相比例运算电路运算电路3O1I11RuuR 3O2I22RuuR 33I1I2OO1O2I1I231212RRuuuuuuuRRRRR 模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器2 2 同相求和运算电路同相

10、求和运算电路I34213421I24312431I14321432P/uRRRRRRRuRRRRRRRuRRRRRRRu应用叠加原理求应用叠加原理求P P点对地电压点对地电压I34213421I24312431I14321432fO/1uRRRRRRRuRRRRRRRuRRRRRRRRRu求得输出电压求得输出电压模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器3 加减运算电路加减运算电路 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。noi1n14uuuuRRi2pp230uuuRR3144oi2i11231()()RRRRuuuR

11、RRR当当,2314RRRR 则则4oi2i11()RuuuR若继续有若继续有,14RR 则则oi2i1uuu 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：npuu模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器（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）增益为增益为o4di2i11uuRAuuR从放大器角度看从放大器角度看4oi2i11()RuuuR时，时，2314RRRR 加减运算电路加减运算电路模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器+R2RfR1vs1voR3vs2+R2RfR1vs1voR3vs21.1.利用差分式电

12、路以实现减法运算利用差分式电路以实现减法运算vi1作用作用vi2作用作用s11foRuuR 3s2123(1)foRRuuRRR 综合综合：3s2s11231(1)ffoRRRuuuRRRR 3f12RRRR 若若+R2RfR1vs1voR3vs2+R2RfR1vs1voR3vs2用叠加原理求解：用叠加原理求解：s2s11()foRuuuR则则模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器一种高输入电阻的加减运算电路一种高输入电阻的加减运算电路模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器2I21I1f1O1RuRuRu3I32I21I14f1f24O13I3f2ORuRuRuRR

13、RRuRuRu模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器仪用放大器仪用放大器O4212312(1)RRARR uuuu模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器利用反相信号求和实现减法运算利用反相信号求和实现减法运算vs1R2R1RfR0RRR/2-+-+vs2vovo1s1s212ffoRRuuuRRs2o121()ffoRRuuuRR o1s1uu 模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器8.2.3 对数和指数运算电路对数和指数运算电路1. 1. 二极管组成的对数运算电路二极管组成的对数运算电路由二极管电流和端电压由二极管电流和端电压近似满足指数关系近似满足

14、指数关系TDUusDeIiSDTDlnIiUu根据虚短和虚断根据虚短和虚断RDiiDOuuRIuUIiUIiUuSITSRTSDTOlnlnln模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器2. 2. 晶体管组成的对数运算电路晶体管组成的对数运算电路忽略晶体管基区体电阻压降忽略晶体管基区体电阻压降设共基极放大系数为设共基极放大系数为1 1，则有，则有TBESECUueIaiiSCTBElnIiUuRIuUuuSITBEOln则输出电压为则输出电压为模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器3. 3. 指数运算电路指数运算电路因为因为IBEuuTISERUueIiiReIRiuU

15、uTISRO因此输出电压因此输出电压模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器如果如果则则XYZ YXZlnlnln如果如果则则YXZ YXZlnlnlnYXZlnlnln模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器模拟乘法器模拟乘法器 其中其中K为比例因子，为比例因子， 量纲量纲:V-1符号符号： 一、基本原理（略）一、基本原理（略）vovXvYKvXvYoXYuKu u 模拟乘法器是实现两个模拟量相乘的非线性电子器件，利模拟乘法器是实现两个模拟量相乘的非线性电子器件，利用它可以方便地实现乘、除、乘方和开方运算电路。广泛的用它可以方便地实现乘、除、乘方和开方运算电路。广泛的

16、应用于广播电视、通信、仪表和自动控制系统中，进行模拟应用于广播电视、通信、仪表和自动控制系统中，进行模拟信号的处理。信号的处理。类型：类型：二象限乘法器二象限乘法器：一个为固定一个为固定极性，另一个为可正可负。极性，另一个为可正可负。四象限乘法器四象限乘法器：uX、uY 皆为皆为可正可负可正可负.模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器二二. . 模拟乘法器应用模拟乘法器应用1. 乘方运算电路乘方运算电路2OIkuu32OIuku42OIukuIln1O1ukuIln21O2uNkkukNNkkukukuI321I3O模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器由乘法器的功

17、能由乘法器的功能22XouKuu 1212XuuRR 2X1o1X2RuuKRu 如果令如果令K= R2 / R1则则:注意：为保证电路为负反馈，必须有：注意：为保证电路为负反馈，必须有：根据根据虚断虚断2. 除法运算电路除法运算电路X1oX2uuu uX20vx1iiv2vvx2KvXvY为二象限模拟乘法器为二象限模拟乘法器模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器ui为负值！为负值！负反馈条件？负反馈条件？3. 3. 开平方运算电路开平方运算电路22ouKu 2Iuu iouuK KuXuYRu2RpR+_uiuoi2i120iuuRR或或模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大

18、器运算放大器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uO与与uI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PN0uu0i i因此因此I21iiRu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INO211ddittCCRuuuOI1dtRC uu（积分运算）（积分运算）模拟电子技术基础模拟电子技术基础运算放大器运算放大器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uO与与 t 成线性关系成线性关系OI1dtRC uuiUtRC iUt 1. 积分电路