电子技术基础运算放大器

1、2.1 集成电路运算放大器2.2 理想运算放大器2.3 基本线性运放电路2 运算放大器2.4 同相输入和反相输入放大电路的 其他应用2.1 集成电路运算放大器 集成运算放大器是一种高电压增益，高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。 运算放大器方框图 1.输入级 使用高性能的差分放大电路，它必须对共模信号有很强的抑制力，而且采用双端输入双端输出的形式。 4.偏置电路 提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。 3.输出级 由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅功率放大器。 2.电压放大级 要提供高的电压增益，以保证运放的

2、运算精度。中间级的电路形式多为差分电路和带有源负载的高增益放大器。 运算放大器的引线 运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号+表示；另一个称为反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相反，用符号“-”表示。输出端在输入端的另一侧，在符号边框内标有+号。集成放大器的符号运算放大器外形图 1.差模电压放大倍数Avd=，实际上Avd80dB即可。2.2 理想运算放大器 2.差模输入电阻Rid=，实际上Rid比输入端外电路的 电阻大23个量级即可。3.输出电阻Ro= 0，实际上Ro比输入端外电路的电阻 小12个量级即

3、可。 4.带宽足够宽。5.共模抑制比足够大。 实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器 都可以视为理想的。只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指标明显下降即可。 理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性，这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用，运放必须在闭环(负反馈）下工作。 理想运算放大器的特性 (1)虚短 由于运放的电压放大倍数很大，一般都在80 dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在10 V14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于 “短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处

4、于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 (2)虚断 由于运放的差模输入电阻很大，一般都在1 M以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1 A，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。 “虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 (3)集成运放的两种工作状态. 运放的电压传输特性：设：电源电压VCC=10V。 运放的Aod=104Ui1mV时，运放处于线性区。Aod越大，线性区越小，当Aod 时，线性

5、区00uoui+10V-10V+Uom-Uom-1mV+1mV线性区非线性区非线性区+10V-10V+Uom-Uom0uoui.理想运算放大器：开环电压放大倍数 Aod=差摸输入电阻 Rid=输出电阻 Ro=0为了扩大运放的线性区，给运放电路引入负反馈：理想运放工作在线性区的条件： 电路中有负反馈！运放工作在线性区的分析方法：虚短（u+=u-）虚断（ii+=ii-=0）. 线性区. 非线性区（正、负饱和状态）运放工作在非线性区的条件：电路开环工作或引入正反馈！运放工作在非线性区的分析方法在下一章讨论+10V-10V+Uom-Uom0uoui注意：集成运算放大器在使用时，总是与外部反馈网络相配合

6、，以实现各种不同功能。 在运算的输出与输入之间引入线性负反馈，可以实现线性比例、加法、积分和微分等运算； 引入非线性负反馈，可以实现对数、反对数、乘法、除法等运算；引入线性的正反馈或者正负反馈相结合，可以实现各种模拟信号或者数字信号的产生等功能。2.3 理想运算放大器 比例运算电路 积分电路 微分电路 减法电路 加法电路比例运算电路 （1）反相比例运算电路 例1：试求理想运算放大器的输出电压和电压放大倍数的表达式。 电压增益 Avf= Vo /Vi =Rf /R1反相比例运算电路根据虚断 I-= I+ 0解： I-I+根据虚短 V+ V- 0Ii = (Vi V-)/R1 Vi/R1If =

7、(V- Vo )/Rf -Vo/RfIi If Vi/R1=-Vo/Rf电压并联负反馈（2）同相比例运算电路例2：试求理想运算放大器的输出电压和电压放大倍数的表达式。电压增益同相比例运算电路根据虚断 I-= I+ 0解：根据虚短 V+ V- Vi电压串联负反馈电压串联负反馈 运算放大器输入端共模信号较大 运算电路输入电阻很大输出与输入同相电压跟随器加法电路-反相加法求和 根据虚短、虚断和N点的KCL得：若则有（加法运算）输出再接一级反相电路可得思考：多个输入的求和例3：求U01的数值。解： 同相输入求和电路 在同相比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，就构成了同相输入求和电路。 因运放具有虚

8、断的特性，对运放同相输入端的电位可用叠加原理求得:同相比例运算电路双端输入求和电路 双端输入也称差动输入，输出电压表达式的推导方法与同相输入运算电路相似。 当vi1=vi2 =0时，用叠加原理分别求出vi3=0和vi4 =0时的输出电压vop。当vi3 = vi4 =0时，分别求出vi1=0，和vi2 =0时的von。先求式中Rp=R3/R4/R , Rn=R1/R2/Rf 再求于是思考：P50 2.4.6减法电路第一级反相比例第二级反相加法（1）利用反相信号求和以实现减法运算 时（减法运算） 从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。（2）利用差分式电路以实现减法运算当则若继续有则

9、 根据虚短、虚断和N、P点的KCL得：例4 典型电路:三运放电路(仪表放大器) (书上P36)UO积分电路式中，负号表示vO与vS在相位上是相反的。根据“虚短”，得根据“虚断”即电容器被充电，其充电电流为设电容器C的初始电压为零，则（积分运算）例5:画出积分器的输出波形。(a) 阶跃输入信号解： 注意：当输入信号在某一个时间段等于零时，积分器的输出是不变的，保持前一个时间段的最终数值。因为虚地的原因，积分电阻 R 两端无电位差，因此C 不能放电，故输出电压保持不变。(b)方波输入信号微分电路：u-= u+= 0u i+uoRR2i1iFCt=0,电容初始电压为0tui0tuo0例6：,求uo。u i+uoRR2i1iFC90作业：2.3.1 2.3.2 2.4.2 2.4.6 2.4.7 2.4.8 2.4.92.4.8在同相输人加法电路如图所示，求输出电压；R1R