模拟电路运算放大器

当前第1页\共有54页\编于星期一\4点2-22.1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2.5SPICE仿真例题第二章运算放大器当前第2页\共有54页\编于星期一\4点2-32.1集成电路运算放大器1、集成电路运算放大器的内部组成单元2、运算放大器的电路模型当前第3页\共有54页\编于星期一\4点2-4集成运算放大器外形图1当前第4页\共有54页\编于星期一\4点2-5集成运算放大器外形图2当前第5页\共有54页\编于星期一\4点2-6LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。

四运放集成电路LM324运算放大器符号当前第6页\共有54页\编于星期一\4点2-71、集成电路运算放大器的内部组成单元1、输入输出端口P、N、O。2、各级的作用？3、4、运放的代表符号。正负电源的中间接点当前第7页\共有54页\编于星期一\4点2-82、运算放大器的电路模型输入电阻ri较大，通常为106Ω或更大；输出电阻ro较小，通常为100Ω或更小；开环电压增益Avo的值较高，至少为104；受控电压源：Avo(vP-vN)。1、电路模型及说明当前第8页\共有54页\编于星期一\4点2-92、运算放大器的电路模型2、电压传输特性输出电压vo不可能超越正负电源的电压值。若Avo(vP-vN)≥V＋，则vo=＋Vom=V＋

;

设vP>vN，若V－<Avo(vP-vN)<V＋，则vo=Avo(vP-vN);若Avo(vP-vN)≤V－，则vo=－Vom=V－。

当vo=±Vom时输入电压的最小幅值vP-vN

＝？vom/Avo当前第9页\共有54页\编于星期一\4点2-102、运算放大器的电路模型例：电路如图所示，运放的开环电压增益Avo=106，输入电阻ri=109Ω，电源电压V+=+10V，V－=－10V。（1）试求当vo=±Vom=±10V时输入电压的最小幅值vP-vN=？输入电流ii=？（2）画出传输特性曲线vo=f(vP-vN)。说明运放的两个区域。109Ω106＋10V－10V解:(1)当vo=±Vom时，输入电压最小幅值vP-vN

＝vo/Avo＝±10V/106=±10μV输入电流ii=vP-vN

/ri

＝±10μV/109Ω＝±1×10－8μA当前第10页\共有54页\编于星期一\4点2-112、运算放大器的电路模型例解:(2)画传输特性曲线取a点(＋10μV,＋10V)，b点(－10μV,－10V)，连接a，b两点得线段ab，其斜率为Avo=106，|vP-vN|<10μV,电路工作在线性区，否则工作在非线性区。电压传输特性曲线如左图所示。当前第11页\共有54页\编于星期一\4点2-122.2理想运算放大器

近似理想运放模型1、输出电压vo的饱和极限值等于运放的电源电压，即+Vom=V+，-Vom=V-。2、开环电压增益很高，差分输入电压（vP-vN）的值很小也可使运放进入饱和区。3、若vo未达到饱和极限，则差分输入电压（vP-vN）必趋近于0。当vo处于V+与V-之间，则运放必工作在线性区。4、内部的输入电阻ri的阻值很高，可近似地认为它为无穷大；由此可假定iP＝0，iN＝0。5、内部的输出电阻ro的阻值很低乃至可以认为它为0。当前第12页\共有54页\编于星期一\4点2-132.2理想运算放大器

理想运放模型将近似理想运放的参数理想化（+Vom=V+，-Vom=V-

，Avo--->∞，iP＝0，iN＝0，ri＝∞，ro＝0），便可得到理想运放的模型该图表示输入端是开路的，即ri≈∞，输出端电阻ro≈0，输出电压vo

＝Avo(vP-vN)，其中Avo--->∞riiP=0iN=0理想运放电路模型ro运放电路模型当前第13页\共有54页\编于星期一\4点2-142.3基本线性运放电路同相输入和反相输入是两种最基本的放大电路，许多由运放组成的功能电路都以此为基础。在分析运放组成的各种应用电路时，其中的运放视为理想运放。2.3.1同相放大电路反相放大电路

电压传输特性形状与Avo(vP-vN)

密切相关，由于Avo很大，导致性能不稳定，怎么办？当前第14页\共有54页\编于星期一\4点2-152.3.1同相放大电路a、输入信号vi加到运放的同相输入端“＋”和地之间。b、vn=vf=R1vo/(R1+R2)作用在反相输入端“－”，vf表示反馈电压。1、基本电路当前第15页\共有54页\编于星期一\4点2-162.3.1同相放大电路vp(vi)2、负反馈基本概念vovn

vidvo12345电压增益Av=vo/vi如何变化？当前第16页\共有54页\编于星期一\4点2-172.3.1同相放大电路3、虚短和虚断vp(vi)vn

vp≈

vn或vid=vp－vn

≈012345虚短：虚断：由于虚短(vp－vn

≈0)且ri很大，则ip＝in≈0当前第17页\共有54页\编于星期一\4点2-182.3.1同相放大电路4、技术指标近似计算vp≈

vn虚短：虚断：ip＝in≈0闭环电压增益Avvf输入电阻Ri当前第18页\共有54页\编于星期一\4点2-192.3.1同相放大电路vp≈

vn虚短：虚断：ip＝in≈00ro=0Ro

04、技术指标近似计算输出电阻Ro当前第19页\共有54页\编于星期一\4点2-202.3.1同相放大电路vo=vn≈vp=viAv=vo/vi≈15、电压跟随器当前第20页\共有54页\编于星期一\4点2-212.3.1同相放大电路5、电压跟随器（应用示例）（a）（b）当前第21页\共有54页\编于星期一\4点2-222.3.1同相放大电路6、例2.3.1直流电压表电路如图，磁电式电流表指针偏移满刻度时，流过动圈电流IM=100μA。当R1=20KΩ时，可测的最大输入电压VS(max)=?解：由虚短和虚断有VP=VS=VN,Ii=0，则有当前第22页\共有54页\编于星期一\4点2-23作业P46、P47

2.1.1;2.1.2;

当前第23页\共有54页\编于星期一\4点2-242.3.2反相放大电路1、基本电路虚地：由虚短vn≈vP=0，则有vn接近于地电位当前第24页\共有54页\编于星期一\4点2-252.3.2反相放大电路2、几项技术指标的近似计算（1）电压增益虚地vn=0，虚断ip=in=0，则i1=i2，故有因此当前第25页\共有54页\编于星期一\4点2-262.3.2反相放大电路2、几项技术指标的近似计算（2）输入电阻当前第26页\共有54页\编于星期一\4点2-272.3.2反相放大电路2、几项技术指标的近似计算（3）输出电阻ro=0Ro

0当前第27页\共有54页\编于星期一\4点2-282.3.2反相放大电路

例2.3.2将反相放大电路中的电阻R2用T型网络代替，如下图所示。（1）求Av=vo/vi；解:(1)虚地vn=0，虚断in=ip=0,节点n和M的电流方程为可得当前第28页\共有54页\编于星期一\4点2-292.3.2反相放大电路

例2.3.2将反相放大电路中的电阻R2用T型网络代替，如下图所示。（2）该电路作为话筒的前置放大电路，若选R1＝51KΩ，R3＝R2

＝390KΩ，当vo＝－100vi时，求R4。解:(2)当R1=51KΩ，R1=R2=390KΩ，Av＝－100，有解得R4＝35.2KΩ当前第29页\共有54页\编于星期一\4点2-302.3.2反相放大电路

例2.3.2将反相放大电路中的电阻R2用T型网络代替，如下图所示。（3）直接用R2代替T形网络，当R1=51KΩ，AV＝－100时，求R2。解:（3）若Av＝－100，用R2代替T形网络，则R2为T形网络代替反馈电阻R2的益处？当前第30页\共有54页\编于星期一\4点2-312.3.2反相放大电路

例2.3.3直流毫伏表电路表如下图所示。当R2>>R3时，（1）证明Vs=(R1R3/R2)IM；解:(1)虚地Vn=Vp=0，虚断IN=II=0，可得由（1）和（2）式可得当R2>>R3时当前第31页\共有54页\编于星期一\4点2-322.3.2反相放大电路

例2.3.3直流毫伏表电路表如下图所示。当R2>>R3时（2）R3=1KΩ，R1=R2=150KΩ，输入信号电压Vs=100mV时，通过毫伏表的最大电流IM(max)=?解:(2)已知条件（略）代入数据得当前第32页\共有54页\编于星期一\4点2-332.4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2.4.2仪用放大器2.4.3求和电路2.4.4积分和微分电路归纳与推广当前第33页\共有54页\编于星期一\4点2-342.4.1求差电路

求差电路又称为差分放大电路，实现两个电压vi1、vi2相减。

虚短（vp≈vn)，虚断（ii＝0），则接点n和p的电流方程为利用vp＝vn，联合(1)和(2)式，可解得(3)式如果选择阻值使R4/R1=R3/R2，则(3)式可变为(4)式当前第34页\共有54页\编于星期一\4点2-352.4.1求差电路R4/R1=R3/R2

输入电阻Ri和输出电阻Ro？当前第35页\共有54页\编于星期一\4点2-362.4.1求差电路

例2.4.1高输入电阻的差分放大电路如图所示，求输出电压vo2表达式，并说明该电路的特点。利用叠加原理求v02当R1=R21时当前第36页\共有54页\编于星期一\4点2-372.4.1求差电路

例2.4.1高输入电阻的差分放大电路如图所示，求输出电压vo2表达式，并说明该电路的特点。电路特点:1、通过两级放大电路实现求差功能。

2、第一级为同相输入，电路的输入电阻为无穷大。当前第37页\共有54页\编于星期一\4点2-382.4.2仪用放大器A1、A2虚短，则vR1=v1-v2A1、A2虚断，则iR1=iR2,即由(1)式得（2）式根据求差电路特性当前第38页\共有54页\编于星期一\4点2-39作业P46、P47

2.3.42.3.52.4.22.4.52.4.6当前第39页\共有54页\编于星期一\4点2-402.4.3求和电路电压vi1和vi2相加，可用如下求和电路实现。虚断(ii=0)，则i1＋i2＝i3又虚地(vn=0)，得变形得若R1=R2=R3，则

如何修改电路消去(4)式中的负号？当前第40页\共有54页\编于星期一\4点2-412.4.3求和电路例2.4.2某歌唱小组有一个领唱和两个伴唱，各自歌声输入分别输入三个话筒，电路如右图。(1)求vo表达式。(2)、(3)见下两页。解:(1)利用虚短(vp-vn=0)、虚断(ii=0)和虚地(vn=0)i1＋i2＋i3＝i4即当前第41页\共有54页\编于星期一\4点2-422.4.3求和电路例2.4.2(2)当话筒电信号vs=vs1=

vs2=vs3=10mV

时，vo=2V，伴唱支路增益Av1=Av2

，Av3=2Av1

，求各支路增益。解:(2)将已知量代入当前第42页\共有54页\编于星期一\4点2-432.4.3求和电路例2.4.2(3)选择电阻R1、R2、R3和R4的阻值(要求阻值小于100KΩ)。解:(3)根据为方便计算可先选择R4=100kΩ同理可得当前第43页\共有54页\编于星期一\4点2-442.4.3求和电路可用同相放大电路实现求和功能。例：虚断(ii=0)，则i3＝i4,虚短(vn=vp)由叠加原理,当vi2=0时,得若R1=R2=R3=R4，则当vi1=0时，得当前第44页\共有54页\编于星期一\4点2-452.4.4积分和微分电路1、积分电路分析：由

虚断(iI=0)和虚地(vn=0),有i1=

i2=i，电容器C以电流i1=

vI/R进行充电。设电容器C的初始电压vc=0，则即当前第45页\共有54页\编于星期一\4点2-462.4.4积分和微分电路1、积分电路（其阶跃响应）当前第46页\共有54页\编于星期一\4点2-472.4.4积分和微分电路1、积分电路（例）

设积分电路和输入电压vI波形如右图所示。电路中电源电压V+=+15V,V－=－15V,R=10KΩ,C=5nF，在t=0时，电容器C初始电压vc=0，试画出输出电压vO的波形，并标出幅值。

解：在t=0时，vO=0