模拟电子技术第二章运算放大器

第二章运算放大器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2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用集成电路运算放大器：简称集成运放，是模拟集成电路中应用极为广泛的一种器件

用于信号的运算、处理、变换、测量和信号产生电路，而且还可用于开关电路中。

具有非线性的特性，但在许多情况下，它作为线性电路的器件，很容易用来设计各种应用电路。介绍集成运算内部的主要结构、理想运算放大器和电路模型。

学习这些应用电路，启发创新思维，打破对电子技术的神秘感。学生学完这章后，就能应用集成运放初步地设计一些简单有用的应用电器。分析由理想运放和电阻、电容等元件构成的简单应用电路，包括基本的同相放大电路，反相放大电路和由它组成的加法、减法、积分、微分电路及仪用放大器。２.１集成电路运算放大器１.集成电路运算放大器内部组成单元(1)结构:由输入级，中间级，输出级三级组成输入级：差分放大电路组成，其对称性可以提高整个电路性能中间级：电压放大，提高电压增益，由多级组成输出级：为负载提供功率，其电压增益为１双电源供电反相输入端N(Negative):vn表示其电压(2)端口:输出端O

(Output):vo表示其电压同相输入端P(Positive):vp表示其电压电压vp,vn

,vo

都是以正、负电源的中间接点作为参考电位点，即０电位点。实际运放P,N和O端电压间的相位是确定的(3)信号相位：当P端加vp，vn＝０，则vo与vp同相当Ｎ端加vn，vp＝０，则vo与vn反相(４)信号传输:∴输出级无电压放大，对负载提供一定功率所以运放的输出电压:其中开环电压增益(５)运算放大器的符号：国家标准规定符号国内外常用符号２运算放大器的电路模型：供电电源供电电源输入端口用输入电阻模拟输出端口用输出电阻和与它串联的受控电压源模拟三个参数的值是由运放内部电路所确定的。输出电压不可能超越正、负电源电压值，即所以用下列表达式来描述：设vｐ＞vＮ，正饱和负饱和线性区０ab所以，运算放大器的电压传输特性：ab段几乎是一条垂直线，因为它的斜率的值很大的缘故，所跨越的范围称为线性区上、下两条水平线，分别表示正、负饱和极值，为非线性区，又称为限幅区。正饱和负饱和线性区０ab２.２理想运算放大器：由运放的电压传输特性知，它的中心部分的斜度很陡峭正饱和负饱和线性区０ab且输入电阻值很高，输出电阻值很低由此建立运放的理想模型２、运放的开环电压增益Avo很高由此可得理想运放的电路模型它表示输入端是开路的，即：即得到图：０ab2.3基本线性运算电路依据:将运放视为理想运放2.3.1同相放大电路1.基本电路加到运放的同相输入端“＋”和地之间产生电压：2.负反馈的基本概念输入信号电压的瞬时电位变化极性如图中的（＋）号所示:

输入信号电压vi

加到同相端，输出电压vo与其同相位,即输出输入电压极性相同;反相输入端的电压为反馈电压vf

其极性亦为（＋）而净输入电压:电压增益也减小:这就是负反馈,可表为:负反馈的作用:利用输出电压3.虚假短路

由于同相和反相两输入端之间出现虚短现象这种现象称为虚假短路，简称虚短。这种现象称为虚断虚短和虚断两条重要概念，对于分析由运放组成的各种线性应用电路将十分有益，必须熟练握。应当注意的是，虚短是本质的，而虚断则是派生的而运放的输入电阻的阻值又很高，因而流经两输入端之间电流：在同相放大电路中，加到两输入端的电压大小接近相等，相位相同是它在闭环工作状态下的重要特征。4.几项技术指标的近似计算(1)电压增益Av

:由上式可以看出:(2)输入电阻Ri:(3)输出电阻Ro

:(4)电压跟随器:在同相放大电路中，令输出电压就是反馈电压，利用虚短的概念，有：电路称为电压跟随器：输出与输入电压大小相等，方向相同如图示电路:根据虚短,有:例2.3.1如图示电路:磁电式电流表指针偏移满刻度时,流过动圈电流解:根据虚短概念,有:根据KCL,有:根据虚断概念,有:2.3.1反相放大电路1.基本电路同相端接地,R2跨接在反相端与输出端之间由虚断概念知:反相输入端电位为地电位——称为虚地虚地的存在是反相放大电路在闭环工作状态下的重要特征2.几项技术指标的近似计算(1)电压增益Av

:由虚短,有:由虚断,有:反相,为负值Av值仅与外接电阻比有关当R1=R2,为反相电路,即:(2)输入电阻Ri

与输出电阻Ro例2.3.2如图示电路:求:(1)Av=vo/vi,(3)用R2

代替T形网络,且(2)解:②①由②：③①代入③：2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用2.4.1求差电路用来实现两个电压vi1

、vi2相减的求差电路，又称差分放大电路。反相输入和同相都有输入信号由虚短和虚断，有:(1)(2)(1)代入(2)

:(3)(4)则输入电压为:当电路中所以输入电阻为:输出电阻Ro很小2.4.2仪用放大器A1、A2同相输入接法：构成第一级差放电路；输入信号v1、v2

分别加在A1、A2

的同相端A3为第二级差放大电路由虚短和虚断，有:由上例(4)，有：2.4.3求和电路vi1、vi2

都加在反相端，有：叠加定理的应用2.4.3积分电路和微分电路1.积分电路即输入输出为积分关系，但相位相反若输入信号为阶跃电压：vitvI为恒流源充电，vo

与时间t成线形关系tv0vIvom2.微分电路即输入输出为微分关系，但相位相反若输入信号为阶跃电压：vitvIv0t第二章作业P472.3.22.4.62.4.92.4.10密切相关，由于的值很高，容易导致性能不稳定。后面将讨论到，为使由集成运放所组成的各种应用电路能稳定地工作在线性区，必须引入负反馈。例２．１．１电路如图２．１．３所示，运放的开环电压增益，解（１）输入电压的最小幅值（２）画传输特性曲线取a点（＋＜时，电路工作在线性区，＞则运放进入非线性区。运放的电压传输特性如图２．１．５所示．，作用于反相输入端“－”由于的极性与由上述过程看出，负反馈作用是式中（２）输入电阻Ｒi从式中看出输出电压很小。如将电压跟随器接在高内阻的信号源与负载之间，如图２．３．３b所示，因电压跟随器的输入电阻该电路几乎不从信号源吸取电流，2.3.2反相放大电路1.基本电路电路如图2.3.5a所示,输入电压通过R1作用于运放的反相端,