《模拟电子电路及技术基础》第二章　集成运算放大器的线性应用基础

1、2.1集成运算放大器的符号、模型和电压传输特性集成运算放大器是将电子器件和电路集成在硅片上的放大器。同相输入端的输入信号与输出信号相位相同；反相输入端的输入信号与输出信号相位相反。2.1.1集成运算放大器的符号12.1.2集成运算放大器的模型uid = ui+ - ui-：差模输入电压；Auo：集成运放的开环电压放大倍数；Ri：集成运放的输入电阻；Ro：集成运放的输出电阻。RiRo0AuoIi+= Ii-0理想化理想化条件“虚断路”22.1.3集成运算放大器的电压传输特性线性放大区：uo = Auo(ui+ - ui-) = Auouid“虚短路”：Auo uid 0限幅区：uo = UCC

2、或 UEE，uid 可以较大，不再“虚短路”。3反相电压传输特性42.2扩展线性放大范围引入深度负反馈反相输入组态负反馈将反馈信号引向反相输入端，使反馈信号抵消部分输入信号，保证在输入信号较大时，uid仍然很小，在“虚短路”范围内，从而集成运算放大器工作在线性放大区。5同相输入组态可以保证运放工作在线性区62.3由集成运放构成的基本运算电路2.3.1比例运算放大器1.同相比例运算放大器78同相比例放大器的特点：(1) 信号从同相端输入，输出信号与输入信号同相；(2) U+ = U- 0，反相端和同相端电压相等,即“虚短路”；(3) 闭环放大倍数大于等于1，可以设计成电压跟随器；9(4) 闭环输

3、入阻抗进一步增大，趋向于理想条件，即Rif ；(5) 闭环输出阻抗进一步减小，也趋向于理想条件，即Rof 0。10【例 2.3.1】彰显电压跟随器的隔离 (缓冲) 作用。有一内阻 Rs = 100 k 的信号源，为一个负载 (RL = 1 k) 提供电流和电压。一种方案是将它们直接相连 (如图(a) 所示) ；另一种方案是在信号源与负载之间插入一级电压跟随器 ( 如图(b) 所示) 。试分析两种方案负载 RL 所得到的电压 uL 和电流 iL 。111)闭环增益与电压传输特性2.反相比例运算放大器12132)闭环输入电阻反相比例放大器的特点：(1) 信号从反相端输入，输出信号与输入信号反相；(

4、2) U- = U+ = 0，因为同相端电压为零( 接地) ，所以反相端呈现“虚地”特性；(3) 闭环放大倍数 Auf = - R2 / R1；(4) 闭环输入电阻较小，Rif R1，闭环输出电阻Rof 0。14【例 2.3.3】电路如图所示，试问(1) 运放 A1、A2 的功能各是什么？(2) 求输出电压 与输入电压 的关系式，即总增益 的表达式。15【例 2.3.4】有一运放组成的反相比例放大器，如右图所示，电源电压UCC = | UEE | = 12 V，求输入信号分别为ui1 = 1sint (V) 和 ui2 = 2sint (V) 时的输出波形图。162.3.2相加器1.反相相加器

5、【例 2.3.5】试设计一个相加器，完成 uo = - (2ui1 + 3ui2) 的运算，并要求对ui1、ui2的输入电阻均大于等于100 k。172.同相相加器182.3.3相减器19【例 2.3.6】利用相减器电路可以构成“称重放大器” 。试问，输出电压 uo 与重量 ( 体现在 Rx 变化上) 有何关系。202.3.4积分器差动积分器2122【例 2.3.7】电路如右图所示，当t = t1 (1s) 时，开关 S 接 a 点； 当t = t1 (1s) t2 (3s) 时，开关 S 接 b 点；而当 t t2 (3s) 时，开关 S 接 c 点。已知运算放大器电源电压 15 V，初始电

6、压 uC(0) = 0，试画出输出电压 uo(t) 的波形图。23242.3.5微分器利用积分器和相加器求解微分方程252.3.6 电压一电流变换(V/I)和电流一电压变换(I/V)一,电压一电流变换(V/I)负载电流 与负载 无关，而与输入信号 成正比26二，电流一电压变换I/V27【例 2.3.8】精密直流电压测量电路28【例 2.3.9】29增益可调电路30【例 2.3.10】31【例 2.3.11】32【例 2.3.12】33【例 2.3.13】342.4 有源RC滤波器2.4.1 理想滤波器特性及其“逼近”低通带通高通低通带阻全通勃特沃斯滤波器切比雪夫滤波器贝塞尔滤波器椭园滤波器35362.4.2 常用的一阶、二阶有源滤波器一阶有源RC滤波器372. 运放作为有限增益放大器的二阶有源滤波器38二阶低通滤波器39403，运放作为无限增益放大器的多重反馈有源滤波器41二阶带通滤波器4243双T网络带阻滤波器44用带通和相加器构成的陷波器45465. 全通滤波器一一移相器476. 状态变量滤波器一一多功能滤波器高通带通低通状态变量滤波器由积分器与相加器(相减器)组成482.5 集成运放的非理想特性对实际应用的限制精度速度开环增益 Au共模抑制比输入电阻 Ri输出电阻 Ro失调电压 Uos失调电流 Ios输入偏流 失调漂移单位增益带宽压摆率 SR4