模拟电子技术基础-02运算放大器

2.1集成电路运算放大器2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12运算放大器内容：·集成运算放大器组成、电路模型、理想电路模型·同相放大电路、反相放大电路，及其他应用电路要求：·会利用“虚短”和“虚断”的概念，分析计算反相比例、同相比例、加、减、积分、微分等电路组成的各种运算电路23集成电路是将半导体三极管、二极管、电阻等元件及连线全部集中制造在同一小块半导体基片上，成为一个完整的固体电路。集成电路的元件密度高、引线短、外部接线少，从而提高了电子设备的可靠性和灵活性，并且减低了成本，为电子技术的应用开辟了一个新的时代。将彼此独立的三极管、二极管、电阻、电容等用导线连接成的电路称为分立元件电路。

4运放概述线性非线性乘除对指数信号运算电路比例微积分加减

运放的基本应用信号发生电路（信号振荡器）信号处理电路比较器有源滤波器

集成运算放大器是基于集成工艺的直接耦合多级放大电路。运算处理发生5模拟运放分类1通用型2高速型和宽带型3高精度(低漂移型）4高输入阻抗型5低功耗型6集成电路内部原理图72.1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图2.1.1集成运算放大器的内部结构框图正负双电源供电。同相反相双输入端三级（多级）放大总放大倍数为三级放大倍数之积最后一级为功放，电压放大倍数为1。单一输出端82.1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图2.1.1集成运算放大器的内部结构框图差分电路输入电阻大,抗干扰能力强,前放的放大倍数不要太大,要求低噪声.使放大倍数达到要求能够驱动负载一般用跟随器适当选择输出功率正负电源中点作为参考电位三级放大的特点9小知识点：负载和带负载能力/驱动能力？带负载能力：负载：电压输出型电路，输入一定，传递函数一定，输出电压一定，带负载能力就是提供电流的能力电流输出型电路，输入一定，传递函数一定，输出电流一定，带负载能力就是提供电压的能力负载大：电阻小负载大：电阻大吸收一定功率的电路电路提供功率的能力102.1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图2.1.2运算放大器的代表符号（a）国家标准规定的符号（b）国内外常用符号两个输入端：同相输入端和反相输入端。标“+”的为同相输入端，表明输出电压信号与该输入端电压信号相位相同；标“-”的为反相输入端，表明输出电压与该输入端的电压信号相位相反。直流如何反相112.运算放大器的电路模型图2.1.3运算放大器的电路模型注意受控源受控于谁？受控于输入之差值正负电源供电也可以单正电源工作122.运算放大器的电路模型图2.1.3运算放大器的电路模型开环电压增益

Avo≥105（很高）输入电阻

ri

≥106Ω（很大）输出电阻

ro

≤100Ω（很小）

vO＝Avo(vP－vN)

（V－＜

vO

＜V＋）

输出电压最大值为多少？输出电压不能越过电源电压Avo很高是一个不稳定的因素-后将引入稳定措施主要参数：132.运算放大器的电路模型当Avo(vP－vN)≥V＋时

vO＝

V＋当Avo(vP－vN)≤

V-时

vO＝

V-电压传输特性

vO＝

f

(vP－vN)线性范围内

vO＝Avo(vP－vN)Avo——是线性部分的斜率，非常陡峭微小的输入会：导致饱和RailToRail一般比电源电压小1～2V14例题2.1.1表示0.06毫伏信号放大20万倍达到12V特性很抖运算放大器开环电压很大且是固定值本例中输入信号只能小于0.06毫伏放大倍数有可变的需要太大的放大倍数不稳定，需要有稳定措施只能放大微弱信号152.2理想运算放大器1.

vO的饱和极限值等于运放的电源电压V＋和V－

2.运放的开环电压增益很高

若（vP－vN）＞0

则vO=+Vom=V＋

若（vP－vN）＜0

则vO=–Vom=V－

3.若V－<vO<V＋

则（vP－vN）

0

4.输入电阻ri的阻值很高

使iP≈0、iN≈0

5.输出电阻很小，ro

≈0理想：ri≈∞

ro≈0

Avo→∞

vO＝Avo(vN－vP)图2.2.1运放的简化电路模型理想模型作为今后统一标准使用

vO＝Avo(vP－vN)16理想：ri≈∞

ro≈0

Avo→∞

vO＝Avo(vN－vP)能放大什么信号？只能放大无穷小的信号避开稳定性来讲，性能很高，但不好用不好用的原因：输入信号都要调整到很小放大倍数不能调不稳定172.3基本线性运放电路2.3.1同相放大电路2.3.2反相放大电路182.3.1同相放大电路（a）电路图（b）小信号电路模型图2.3.1同相放大电路1.基本电路

输入加在同相端输出被电阻引回到反相输入端192.3.1同相放大电路2.引入负反馈概念开环：电路只有前向通道闭环:电路中增加反向通道与前向通道形成闭合环路。反馈：将放大电路输出量，通过某种方式送回到输入回路的过程。反馈有什么用处。输出信号引回到输入端对电路有什么影响？202.3.1同相放大电路2.负反馈的基本概念瞬时电位变化极性用瞬时电位分析法分析反馈对电路的影响：——某时刻各点电位的变化趋势（升还是降）根据输入点为上升影响沿路各点的电位的变化，用+表示上升，用-表示下降设定输入点电位为上升用+表示从输入点出发，沿前向通路到输出，再从输出沿反向通道回到输入口最后回到输入的电位变化使输入减少的过程称为负反馈212.3.1同相放大电路2.负反馈的基本概念根据

vo

＝Avo(vp－vn)引入反馈后vn

↑

，vp(vi)不变→

(vp－vn)↓→

vo↓使输出减小了，放大电路增益Av＝vo/vi下降。负反馈最后能达到一个平衡的输出值。负反馈会使纯输入减少(vp－vn)↓注意是闭环放大倍数222.3.1同相放大电路2.负反馈的基本概念→

(vp－vn)↓→

vo↓→

vo

↑

→

vn

↑

负反馈达到输出平衡稳定的过程：（vP－vN）＞0直到稳定再回顾这个过程：负反馈最后能达到一个稳定的输出值。假设稳定后的v0上升看电路的变化。能够抑制输出波动232.3.1同相放大电路3.虚假短路※在非线性区内，运放的差模输入电压vid=v+-v-可能很大,即v+≠v-,也就是说，此时，“虚短”现象不复存在电路加入负反馈后

vO＝Avo(vP－vN)仍然成立。vO下降，vN上升，最后达到平衡由于

vO＝Avo(vP－vN)

vn很接近vp，即vp≈vn，或vid＝vp－vn≈0。这种现象称为虚假短路，简称虚短。

不是真短路，而是等同于短路Avo→无穷大(vP－vN)→0242.3.1同相放大电路4.虚假断路

由于运放的输入电阻ri很大，所以，运放两输入端之间的

ip＝-in＝(vp－vn)/ri

≈0，这种现象称为虚断。

由运放引入负反馈而得到的虚短和虚断两个重要概念，是分析由运放组成的各种线性应用电路的利器，必须熟练掌握。※在非线性区内，运放的差模输入电压vid=v+-v-可能很大,即v+≠v-,也就是说，此时，“虚短”现象不复存在不是真断开，而是等同于断开252.3.1同相放大电路4.几项技术指标的近似计算（1）电压增益Av

根据虚短和虚断的概念有

vp≈vn，ip＝-in＝0所以由下图：（可作为公式直接使用）放大倍数与运放的开放无关，仅与外接电阻相关262.3.1同相放大电路4.几项技术指标的近似计算（2）输入电阻Ri

输入电阻定义根据虚短和虚断有

vi＝vp，ii＝ip≈0所以（3）输出电阻Ro

Ro→0vi=0Avo(vP－vN)＝0受控源为零272.3.1同相放大电路5.电压跟随器根据虚短和虚断有vo＝vn≈vp＝vi（可作为公式直接使用）很有用的电路！常做最后的功放级28电压跟随器的作用无电压跟随器时负载上得到的电压电压跟随器时ip≈0，vp＝vs根据虚短和虚断有vo＝vn≈vp＝vs电压决定于输入，电流由电源提供电流由谁提供?相当于阻抗变换！如何功率放大？292.3.1同相放大电路同相放大器应该是一个什么放大器？输入输出同相比例放大器？比例关系：反馈电阻/输入端电阻+1比例关系与运放参数无关输出与负载无关调整反馈电阻或输入端电阻就能调整比例关系（放大倍数）无关不能省掉。。。302.3.2反相放大电路（a）电路图（b）由虚短引出虚地vn≈0

图2.3.5反相放大电路1.基本电路

从反相端输入输出被电阻还是被引回到反相输入端312.几项技术指标的近似计算（1）电压增益Av

根据虚短和虚断的概念有

vn≈

vp＝

0

，ii＝0所以i1＝i2

即（可作为公式直接使用）2.3.2反相放大电路322.几项技术指标的近似计算（2）输入电阻Ri

（3）输出电阻Ro

Ro→02.3.2反相放大电路数值有限，尽量选大比较同相放大有什么区别？输入电阻小反相放大倍数少133当R2>>R3时，（1）试证明VS＝(R3R1/R2)IM

解:（1）根据虚断有II

=0所以I2

=IS

=VS

/

R1

例2.3.3直流毫伏表电路（2）R1＝R2＝150k

，R3＝1k

，输入信号电压VS＝100mV时，通过毫伏表的最大电流IM(max)＝？又根据虚短有VP

=

VN

=0R2和R3相当于并联，所以–I2R2

=R3(I2-IM)所以当R2>>R3时，VS＝(R3R1/R2)IM

（2）代入数据计算即可end与仪表动圈内阻无关Vs只与IM有关，电阻为比例系数同流同压同压34运算放大器电路分析的关键：符合理想运算放大器的条件使用“虚短”“虚断”简化电路再分析结果352.4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积分电路和微分电路362.4.1求差电路(差分电路）（单极，双极）从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。（特点：?信号无地）当则若继续有则根据虚短、虚断和n、p点的KCL得：能用反相输入和同相输入叠加求出结果吗？上下支路电流各相等372.4.1求差电路从放大器角度看时，增益为（该电路也称为差分电路或减法电路）382.4.1求差电路输入电阻：时，输入电压为：根据虚短和虚断的概念有

vp≈vn，ii＝0当R4=R3，输入电阻有限受反相端影响？392.4.1求差电路一种高输入电阻的差分电路输入加同相放大改善输入电阻？Ri=？应用叠加法！402.4.2仪用放大器双同相输入再差分：由412.4.2仪用放大器另一求