运算放大器演示文稿

运算放大器演示文稿当前1页，总共45页。运算放大器当前2页，总共45页。集成电路运算放大器（集成运放）是模拟集成电路中应用极为广泛的一种电子器件。它采用一定制造工艺将大量半导体三极管、电阻、电容等元件及连线制作在同一小块单晶硅的芯片上，并具有一定功能的电子电路。它不仅用于信号的运算、处理、变换、测量、信号产生电路，还可用于开关电路。集成运放本身具有非线性的特性，但一般都将它作为线性电路的器件，很容易用来设计各种应用电路。当前3页，总共45页。当前4页，总共45页。

2.1集成电路运算放大器1.运放的内部组成单元：PN差分式放大电路对称性一级或多级放大电路提高电压增益输入级中间级输出级功率放大电路电压增益为1，向负载提供足够功率O以正、负电源的中间接点作为参考点位点当前5页，总共45页。国际符号：国内符号：集成运放的特点：电压增益高输入电阻大输出电阻小集成运算放大器(operationalamplifier)符号同相输入端反相输入端输出端VVVo+－ApNvvv＋－vNPvov

2.1集成电路运算放大器当前6页，总共45页。2.运放的电路模型PN输入电阻模拟输入端口输出电阻与受控源模拟输出端口电源是运放必须的能源电源中间接点为参考电位点将运算放大器看作一个简化的具有端口特性的标准器件，用一个包含输入端口、输出端口和供电电源端的电路模型来代表当前7页，总共45页。当前8页，总共45页。正饱和线性区负饱和输出电压的正、负极限值实际输出电压的变化范围是？为什么ab段几乎是一条垂直于横坐标的直线？容易导致运放的性能不稳定，为使运放组成的各种应用电路稳定地工作在线性区，须引入负反馈输出电压正比于输入电压2.运放的电压传输特性当前9页，总共45页。例PN当前10页，总共45页。

2.2

理想运算放大器运放进入饱和区运放工作在线性区当前11页，总共45页。

2.2

理想运算放大器按功能分类按工作区域分类放大

—信号传递AV、AI、AR（V/I）、AG（I/V）运算

—处理

—滤波、整流、取样－保持、绝对值比较

—判断电压大小（第9章）信号产生

—正弦、方波、三角波（第9章）线性应用(虚短、虚断)非线性应用(虚断)当前12页，总共45页。

2.3

基本线性运放电路同相输入和反相输入放大电路是运算放大电路的基础。如无特殊说明，运放视为理想运放。为使运放组成的各种应用电路稳定地工作在线性区，电路中必须引入负反馈。当前13页，总共45页。2.3.1同相放大电路

2.3

基本线性运放电路1.基本电路输入信号电压加在同相端与地之间输出电压通过分压作用于反相输入端由输出电压经过反馈元件R1、R2送回到反相输入端，又称vn为反馈电压vf当前14页，总共45页。

2.3

基本线性运放电路2.负反馈的基本概念vid=vi-vf=vp-vn比无反馈时减少电压增益Av=vo/vi也减小根据反馈的定义，此时引入的是负反馈负反馈作用是输出信号vo通过反馈通路（R1、R2）得到反馈信号vf引回到输入回路与输入信号vi做比较，起到自动调整作用，最后达到输出稳定平衡。当前15页，总共45页。3.虚假短路深度负反馈的条件下，运放工作在线性区时有：由理想运放的参数可知：两输入端的电位约相等，称为虚短两输入端的电流约为零，称为虚断虽然不是严格的物理定义，但是在分析线性放大电路时会非常方便Q：运放什么状态下存在“虚短”？什么情况下存在“虚断”？当前16页，总共45页。

2.3

基本线性运放电路4.几项技术指标的近似计算（1）电压增益Av由虚短：由虚断：iv闭环电压增益Av只取决于反馈电路元件值，与运放本身参数无关。当前17页，总共45页。

2.3

基本线性运放电路（2）输入电阻Ri由输入电阻的定义：由虚断：即便考虑运放为非理想运放这个因素，Ri也可达109iv当前18页，总共45页。

2.3

基本线性运放电路（3）输出电阻Ro由求输出电阻的方法：当前19页，总共45页。

2.3

基本线性运放电路5.电压跟随器输出电压等于反馈电压由虚短：输出电压与输入电压大小相等，相位相同，称为电压跟随器。当前20页，总共45页。

2.3

基本线性运放电路5.电压跟随器在电路中常作为阻抗变换器或缓冲器阻抗变换器一个具有高内阻的信号源直接驱动阻值不大的负载时：信号源负载当前21页，总共45页。

2.3

基本线性运放电路5.电压跟随器信号源负载将电压跟随器接在高内阻的信号源与负载之间，由虚短、虚断知：负载变化仍然成立消除负载变化对输出电压的影响当前22页，总共45页。1.基本电路输入信号通过R1加到运放的反相端，反馈电阻R2

在输出端和反相输入端，由虚短知：反相放大电路反相输入端电位接近于地电位，称为虚地。“虚地”的存在是线性反相放大电路在闭环工作状态下的重要特征2.3.2反相放大电路

2.3

基本线性运放电路当前23页，总共45页。2.3.2反相放大电路

2.3

基本线性运放电路虚地1.电压增益Av由虚断：由虚短：当前24页，总共45页。2.3.2反相放大电路

2.3

基本线性运放电路（2）输入电阻Ri（3）输出电阻Ro当前25页，总共45页。例T形网络代替R2构成前置放大电路：由虚地、虚断列n和M点KCL方程：联立方程求解：当前26页，总共45页。例将参数代入Av的表达式：故此时R4可用50KΩ电位器代替，设置阻值为35.2KΩ，使得Av=-100，即可通过调节R4的取值来改变电压增益的大小；当前27页，总共45页。例用T形网络代替反馈电阻作用：可用低阻值电阻网络得到高增益的放大电路。当前28页，总共45页。2.4.1求差电路

2.4

同相和反相输入放大电路的其他应用

根据虚短、虚断得：（1）利用差分式电路(differenceamplifier)以实现减法运算当前29页，总共45页。2.4.1求差电路

2.4

同相和反相输入放大电路的其他应用（1）差分式电路若阻值选取满足R4/R1=R3/R2的关系：输入电阻RiR1=R2i2=-i1输出电阻Ro同理想运放的输出电阻当前30页，总共45页。例高输入电阻差分电路如图，求输出电压表达式。由叠加定理：当R1=R21时与单级差放电路相比，由于第一级是同相输入放大电路，输入电阻为无穷大当前31页，总共45页。

仪用放大器由差分输入关系知：输入信号都是从同相端输入，其输入电阻为无穷大当前32页，总共45页。

求和电路由虚断：由虚地：当前33页，总共45页。习题当前34页，总共45页。习题对A3利用虚短、虚断有A4为反相比例习题2.4.6习题2.4.7当前35页，总共45页。

2.4.4积分电路积分电路(integratorcircuit)如图所示。由虚断：由虚地：设电容器C初始电压vC(0)=0输出电压vO为输入电压vI对时间的积分，其实质是电容两端电压vC为流过电容电流iC的积分当前36页，总共45页。

2.4.4积分电路阶跃电压运放输出电压的最大值受到直流电源电压的限制，运放进入饱和区，输出保持不变，停止积分积分电路用于扫描电路、模数转换器、模拟运算器等当前37页，总共45页。练习：画出在给定输入波形作用下积分器的输出波形tvs0212345tvo0-2-4-6C

R

vS

vO

+

–

A

R

+

–

当前38页，总共45页。应用举例：输入方波，输出是三角波tvs0tvo0C

R

vS

vO

+

–

A

R

+

–

当前39页，总共45页。vP=vN=0

2.4.4微分电路微分电路(differentialcircuit)如图所示。当前40页，总共45页。微分电路还可以用作波形变换，将矩形波变换为尖顶脉冲波。

2.4.4微分电路当前41页，总共45页。tvs0tvo090°,求vo。ivvo1－CRsR+iC例题当前42页，总共45页。电路参数可以是简单的R、C外，也可以是R