模电课件26集成运放基本电路课件

7.3.2

理想运放的等效模型和分析方法7.3.2

理想运放的等效模型和分析方法1理想运放等效模型：

(1)“零子”：端子间电压为零，流过电流为零的二端电路元件。

(2)“极子”：端子间电压为某一常数，流过电流为任意值的二端电路元件。

“零子”的电路符号“极子”的电路符号uo“极子”相当于理想电压源7.3.2理想运放的等效模型和分析方法7.3.2理想运1(3)

理想运算放大器的等效模型理想运算放大器的开环电压增益Aod=∞

uuou∞

虚短差模输入电阻

Rid=∞∞

iidi+i-虚断Ⅰ：理想运放输出为有限值uo

理想运放输入端可看作“零子”II：理想运放输出电阻Rod=0相当于理想电压源输出端相当于“极子”i-(3)理想运算放大器的等效模型理想运算放大器的开环电压增2运放电路简化分析的要点输出端相当于理想电压源虚断虚短uuou运放电路简化分析的要点输出端相当于理想电压源虚断虚短uuo3R’7.3.3运放构成的两种基本负反馈电路1反相放大器uoRfuuiii+ifi-ui平衡电阻R’=Rf//R1何种反馈？电压并联深度负反馈②电路性能分析：

①电路结构：

由虚断：由虚短：R1“虚地”“虚地”是反相放大器的特点反相比例运算放大器完成比例运算Rif输入电阻电压增益R’7.3.3运放构成的两种基本负反馈电路1反相放大器uoR4R1ui2同相放大器①电路结构：

uoRfuui1i+ifi-R’平衡电阻R’=Rf//R1何种反馈？电压串联深度负反馈②电路性能分析：

由虚断：由虚短：电压增益P249（7－10）输入电阻输出电阻电压串联深度负反馈R1ui2同相放大器①电路结构：uoRfuui1i+if5R1uiuoRfuuR’电压跟随器R1uiuoRfuuR’电压跟随器67.3.4运放的误差分析uRfuoridR1uiiifi-实际运放Aod≠∞，rid≠∞R’uoRfuuiii+ifi-uiR10rid≠∞7.3.4运放的误差分析uRfuoridR1uiiifi-实7理想运放反相放大器相对误差Aod≠∞，rid≠∞产生的相对误差理想运放反相放大器相对误差Aod≠∞，rid≠∞产生的相对87.4

集成运算放大器的线性应用7.4.1加法运算电路反相加法运算电路同相加法运算电路差动加法运算电路uuou7.4集成运算放大器的线性应用7.4.1加法运算电路反91反相加法运算电路R’uoii1i+ifi-ui1R1RfR2ui2R3ui3平衡电阻R’=Rf//R1//R2//R3由虚断：ii2ii3由虚短：由虚地：若

R1＝

R2＝R3＝R反相加法运算电路优点（1）改变R1R2R3可调相加比例参数

（2）由于叠加点为虚地，输入信号之间满足线性叠加定理，互不影响。1反相加法运算电路R’uoii1i+ifi-ui1R1Rf102同相加法运算电路电路平衡Rf//R=R’//R1//R2//R3由虚断：ii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+ifi-Rii1R’iR’由虚短：消除u+和u-得uo和ui关系式若

R1＝

R2＝R3Rui1uoRfuui1i+ifi-R1同相加法运算电路缺点输入信号之间相互影响i2同相加法运算电路电路平衡Rf//R=R’//11R1uiuoRfuui1i+ifi-R’由虚断：ii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+ifi-Rii1R’iiR’R1uiuoRfuui1i+ifi-R’由虚断：ii3R2u12ii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+ifi-Rii1R’iR’iii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+i13

7.4.2差动放大器ui2R2R1ui1uoRfuui+ifi-ii1R’ii2平衡电阻R’//R2=Rf//R1由虚断：由虚短：

一般要求：R’=RfR2=R1Rf差模电压增益ui2R2R1ui1uoRfuui+ifi-ii1R’ii27.4.2差动放大器ui2R2R1ui1uoRfuui+i14R3R1u1uoR’R/2R’R/2u2R2R4

例1求输出电压表达式uo2uo1同相放大器输出同相放大器输出差动放大器输出R3R1u1uoR’R/2R’R/2u2R2R4例1求输出15

例2求输出电压表达式R’uoR2uui1i+i2i-uiR1R4R3i4i3由虚断：Ｍ由“虚地”例2求输出电压表达式R’uoR2uui1i+i2i-uiR16uoR4ui2R1R1ui1uui+i-R2R2R3R5

例3求输出电压表达式i3ii1ii2由虚断：uo1由虚短：由反相放大器：uoR4ui2R1R1ui1uui+i-R2R2R3R5例17

例4求输出电压表达式ui4R’uoii1i+ii4i-ui1R1R2ui2R3ui3ii2ii3KuXuYYXuo1R4由虚断：由“虚地”例4求输出电压表达式ui4R’uoii1i+ii4i-ui18

例5试设计一个加减运算电路，使uo=10ui1+8ui2-20ui3加减运算电路的设计步骤先根据函数关系画出电路，然后计算参数R3ui3ii3i+uoRfifi-R’R1ui1ii1R2ui2ii2解(1)

画出电路(2)

计算电阻平衡电阻R’//R1//R2=Rf//R3取Rf=240kΩ一般取Rf=（几kΩ至1MΩ）例5试设计一个加减运算电路，使uo=10ui1+8ui219作业：P2687.27.37.4P2697.6作业：207.4.3积分器1反相积分器R’uoRfuuiii+iCi-uiR平衡电阻R’=RuC由虚断：由“虚地”实现模拟信号的积分运算，还可实现延时、移相、波形变换作用7.4.3积分器1反相积分器R’uoRfuuiii+iC21R’uoRfuuiii+iCi-uiRuCR’uoRfuuiii+i-uiR反相放大器输出当s=jω→0时，uo(s)→∞uo(s)→±VCC阻塞失真Auf(s)→∞R’uoRfuuiii+iCi-uiRuCR’uoRfuui22R’uoZ2uuiii+i-uiZ12实际应用的积分器R’uouuiii+i-uiRuCRf反相比例放大器输出当s=jω→0时，Auf(s)→-Rf/R避免阻塞失真当sRfRC>>R时R’uoZ2uuiii+i-uiZ12实际应用的积分器R’u23R’uoRfuuiii+ifi-uiR7.4.4

微分器实现模拟信号的微分运算，还可实现移相、波形变换作用uCiC1反相微分器平衡电阻R’=Rf由虚断：由“虚地”R’uoRfuuiii+ifi-uiR7.4.4微分器实24R’uoZfuuiii+i-uiZ1反相放大器输出iCuCR’uoRfuui+ifi-uiCfR2实际应用的微分器R限制输入电流，降低高频噪声ω↑→1/ωC↓→iC↑→高频噪声Cf相位补偿，抑制自激振荡R’uoZfuuiii+i-uiZ1反相放大器输出iCuCR257.4.5

对数和指数运算电路R’uoRfuuiii+ifi-uiRiD由虚断：由于PN结电压与电流之间的关系

由“虚地”icuBE基本对数运算电路的缺点（1）由于UT和IS是温度的函数，因此运算精度受温度的影响。（2）UD＝u－－uo>>UT在小信号时误差大。（3）只在一定范围内满足

1

对数运算电路7.4.5对数和指数运算电路R’uoRfuuiii+if26R’iii+i-uiRicuBER’iii+i-uiRicuBERfRfi+uo2R1R1uo1uouuifi-（1）利用参数相同的对管抵消温度对Is的影响改进措施（2）利用热敏电阻补偿温度对UT的影响R’iii+i-uiRicuBER’iii+i-uiRicu272

指数运算电路R’uoRfiii+ifi-uiRuBER’uoRfiii+ifi-uiRiD由虚断：由“虚地”基本对数运算电路的缺点（1）由于UT和IS是温度的函数，因此运算精度受温度的影响。（2）UD＝u－－uo>>UT在小信号时误差大。（3）只在一定范围内满足（1）利用参数相同的对管抵消温度对Is的影响改进措施（2）利用热敏电阻补偿温度对UT的影响2指数运算电路R’uoRfiii+ifi-uiRuBER’28R1R2uiR1R2uoCR

例6求输出电压表达式uo1差动放大器uouoiCii2电压跟随器R1R2uiR1R2uoCR例6求输出电压表达式uo1差动29作业：P2697.7P2707.8

7.97.10

7.11作业：307.3.2

理想运放的等效模型和分析方法7.3.2

理想运放的等效模型和分析方法1理想运放等效模型：

(1)“零子”：端子间电压为零，流过电流为零的二端电路元件。

(2)“极子”：端子间电压为某一常数，流过电流为任意值的二端电路元件。

“零子”的电路符号“极子”的电路符号uo“极子”相当于理想电压源7.3.2理想运放的等效模型和分析方法7.3.2理想运31(3)

理想运算放大器的等效模型理想运算放大器的开环电压增益Aod=∞

uuou∞

虚短差模输入电阻

Rid=∞∞

iidi+i-虚断Ⅰ：理想运放输出为有限值uo

理想运放输入端可看作“零子”II：理想运放输出电阻Rod=0相当于理想电压源输出端相当于“极子”i-(3)理想运算放大器的等效模型理想运算放大器的开环电压增32运放电路简化分析的要点输出端相当于理想电压源虚断虚短uuou运放电路简化分析的要点输出端相当于理想电压源虚断虚短uuo33R’7.3.3运放构成的两种基本负反馈电路1反相放大器uoRfuuiii+ifi-ui平衡电阻R’=Rf//R1何种反馈？电压并联深度负反馈②电路性能分析：

①电路结构：

由虚断：由虚短：R1“虚地”“虚地”是反相放大器的特点反相比例运算放大器完成比例运算Rif输入电阻电压增益R’7.3.3运放构成的两种基本负反馈电路1反相放大器uoR34R1ui2同相放大器①电路结构：

uoRfuui1i+ifi-R’平衡电阻R’=Rf//R1何种反馈？电压串联深度负反馈②电路性能分析：

由虚断：由虚短：电压增益P249（7－10）输入电阻输出电阻电压串联深度负反馈R1ui2同相放大器①电路结构：uoRfuui1i+if35R1uiuoRfuuR’电压跟随器R1uiuoRfuuR’电压跟随器367.3.4运放的误差分析uRfuoridR1uiiifi-实际运放Aod≠∞，rid≠∞R’uoRfuuiii+ifi-uiR10rid≠∞7.3.4运放的误差分析uRfuoridR1uiiifi-实37理想运放反相放大器相对误差Aod≠∞，rid≠∞产生的相对误差理想运放反相放大器相对误差Aod≠∞，rid≠∞产生的相对387.4

集成运算放大器的线性应用7.4.1加法运算电路反相加法运算电路同相加法运算电路差动加法运算电路uuou7.4集成运算放大器的线性应用7.4.1加法运算电路反391反相加法运算电路R’uoii1i+ifi-ui1R1RfR2ui2R3ui3平衡电阻R’=Rf//R1//R2//R3由虚断：ii2ii3由虚短：由虚地：若

R1＝

R2＝R3＝R反相加法运算电路优点（1）改变R1R2R3可调相加比例参数

（2）由于叠加点为虚地，输入信号之间满足线性叠加定理，互不影响。1反相加法运算电路R’uoii1i+ifi-ui1R1Rf402同相加法运算电路电路平衡Rf//R=R’//R1//R2//R3由虚断：ii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+ifi-Rii1R’iR’由虚短：消除u+和u-得uo和ui关系式若

R1＝

R2＝R3Rui1uoRfuui1i+ifi-R1同相加法运算电路缺点输入信号之间相互影响i2同相加法运算电路电路平衡Rf//R=R’//41R1uiuoRfuui1i+ifi-R’由虚断：ii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+ifi-Rii1R’iiR’R1uiuoRfuui1i+ifi-R’由虚断：ii3R2u42ii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+ifi-Rii1R’iR’iii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+i43

7.4.2差动放大器ui2R2R1ui1uoRfuui+ifi-ii1R’ii2平衡电阻R’//R2=Rf//R1由虚断：由虚短：

一般要求：R’=RfR2=R1Rf差模电压增益ui2R2R1ui1uoRfuui+ifi-ii1R’ii27.4.2差动放大器ui2R2R1ui1uoRfuui+i44R3R1u1uoR’R/2R’R/2u2R2R4

例1求输出电压表达式uo2uo1同相放大器输出同相放大器输出差动放大器输出R3R1u1uoR’R/2R’R/2u2R2R4例1求输出45

例2求输出电压表达式R’uoR2uui1i+i2i-uiR1R4R3i4i3由虚断：Ｍ由“虚地”例2求输出电压表达式R’uoR2uui1i+i2i-uiR46uoR4ui2R1R1ui1uui+i-R2R2R3R5

例3求输出电压表达式i3ii1ii2由虚断：uo1由虚短：由反相放大器：uoR4ui2R1R1ui1uui+i-R2R2R3R5例47

例4求输出电压表达式ui4R’uoii1i+ii4i-ui1R1R2ui2R3ui3ii2ii3KuXuYYXuo1R4由虚断：由“虚地”例4求输出电压表达式ui4R’uoii1i+ii4i-ui48

例5试设计一个加减运算电路，使uo=10ui1+8ui2-20ui3加减运算电路的设计步骤先根据函数关系画出电路，然后计算参数R3ui3ii3i+uoRfifi-R’R1ui1ii1R2ui2ii2解(1)

画出电路(2)

计算电阻平衡电阻R’//R1//R2=Rf//R3取Rf=240kΩ一般取Rf=（几kΩ至1MΩ）例5试设计一个加减运算电路，使uo=10ui1+8ui249作业：P2687.27.37.4P2697.6作业：507.4.3积分器1反相积分器R’uoRfuuiii+iCi-uiR平衡电阻R’=RuC由虚断：由“虚地”实现模拟信号的积分运算，还可实现延时、移相、波形变换作用7.4.3积分器1反相积分器R’uoRfuuiii+iC51R’uoRfuuiii+iCi-uiRuCR’uoRfuuiii+i-uiR反相放大器输出当s=jω→0时，uo(s)→∞uo(s)→±VCC阻塞失真Auf(s)→∞R’uoRfuuiii+iCi-uiRuCR’uoRfuui52R’uoZ2uuiii+i-uiZ12实际应用的积分器R’uouuiii+i-uiRuCRf反相比例放大器输出当s=jω→0时，Auf(s)→-Rf/R避免阻塞失真当sRfRC>>R时R’uoZ2uuiii+i-uiZ12实际应用的积分器R’u53R’uoRfuuiii+ifi-uiR7.4.4

微分器实现模拟信号的微分运算，还可实现移相、波形变换作用uCiC1反相微分器平衡电阻R’=Rf由虚断：由“虚地”R’uoRfuuiii+ifi-uiR7.4.4微分器实54R’uoZfuuiii+i-uiZ1反相放大器输出iCuCR’uoRfuui+ifi-uiCfR2实际应用的