2-2章运算放大器

2.1集成电路运算放大器2.3基本线性运放电路2.4同相输入和反向输入放大电路的其他应用第2章运算放大器2.2理想运算放大器集成运算放大器：高增益、直接耦合、高输入电阻和低输出电阻的多级放大电路。2.1集成电路运算放大器集成运放的结构：Av1Av2Av3=1vo1=Av1(vP-vN)vo2=Av1Av2

(vP-vN)vo=Avo

(vP-vN)vPvNvo1vo21.集成电路运算放大器组成集成运放的结构：（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。（2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。共发射极放大电路构成，获得较高的电压放大倍数。互补对称电路构成，减小输出电阻，提高电路的带负载能力。恒流源构成，为各级电路提供稳定、合适的偏置电流，决定各级的静态工作点。μA741集成运算放大器的芯片实物外形图1μA7412876543空脚正电源端输出端调零端调零端反相输入端同相输入端负电源端外部接线图集成运算放大器外形：集成运放的电路图符号∞＋＋－U0U+U-同相输入反相输入∞＋＋－+12V输出6513724-12V调零电位器集成运算放大器代表符号：＋＋－U0U+U-国际符号：国内符号：2.集成电路运算放大器电路模型+–+–ViV+V-V1V2vovPvNNPriroAvo

(vP-vN)++––0uoui+Uom-Uom-1mV+1mV线性区非线性区非线性区运放的电压传输特性：设Aod=104Aod越大，线性区越小，当Aod

→∞时，线性区→0非线性区vP>uN,,负向饱和，vO=-Vom非线性区vP<uN,正向饱和，vO=+Vom│vi│≤1mV时，运放处于线性区。

ri

>106Ω

ro

<100Ω

Avo=104～107

Avo=80DB～140DB3.ri

,iN=0

,iP=04.ro

05.Auo

＋－vNvP

vo+Uom-Uom0uoui2.2理想运算放大器+–+–ViV+V-V1V2vovPvNNPriroAvo

(vP-vN)++––++–ViV+V-vovPvNNPriAvo

(vP-vN)++––iP=0iN=01.+Vom=V+，-Vom=V-2.vN>uP,负向饱和，vo=-Vom。

vN<uP,正向饱和，vo=+Vom。运放工作在线性区的条件：电路中引入负反馈运放工作在线性区的分析方法：虚短（u+=u-）虚断（ii+=ii-=0）vO-+AvNvP反馈深度负反馈,利用虚短和虚断分析电路2.3基本线性运放电路1.电压反馈：稳定输出电压-vI+vid

+vF

=0输入端有vID

=vI-vF即vP

vO

vF

vid

vO

一.同相放大电路2.运放工作在线性区的分析方法：虚短：v+=v-

，（vP=vN

）虚断：ii+=ii-=0，（iP=iN=0

）在同相放大电路中，两输入端电压大小相等，相位相同。3.同相放大电路计算电压串联负反馈(1)Av利用虚短和虚断得(2)输入电阻(3)输出电阻4.电压跟随器(1)Av利用虚短和虚断得(2)输入电阻(3)输出电阻电压跟随器作用：阻抗变换或缓冲器。电路不从信号源吸取电流，负载变化时，输出电压不变。二.反相放大电路1.确定运放状态,判定反馈组态；2.技术指标(1)Av电压并联负反馈虚短虚断(2)输入电阻(3)输出电阻当则若继续有则

根据虚短、虚断和N、P点的KCL得：2.4同相输入和反向输入放大电路的其他应用一.求差电路(2)输入电阻i2i1当R1=R2，R3=Rf时，利用虚短：vp=vn、虚断：iI=0i2=-i1(3)输出电阻例题：2.4.1二.仪用放大器voR3R3R4R4R2R2R1+++A1-+A2++A3由放大器组成的温度测量电路(集成化的仪表放大器）.E=+5VRRRRtuiRt

：热敏电阻集成化:仪表放大器voR3R3R4R4R2R2R1+++A1-+A2++A3v3v4v1v21放大倍数可变；2输入在同相端，输入电阻高。3很强的共模抑制能力和小的输出漂移电压，高的差模电压增益。voR3R3R4R4R2R2R1+++A1-+A2++A3v3v4v1v2由放大器组成的温度测量电路。（集成化的仪表放大器）根据虚短、虚断和N点的KCL得：若则有（加法运算）输出再接一级反相电路可得特点：比例系数调节方便。三.求和电路根据虚短、虚断和N点的KCL得：（加法运算）缺点：比例系数调节不方便。三.求和电路（同相）2.加法电路（同相）根据虚短、虚断和N点的KCL得：（加法运算）缺点：比例系数调节不方便。预备知识回顾：四.积分电路和微分电路式中，负号表示vO与vS在相位上是相反的。虚短虚断设电容器C的初始电压为零，则（积分运算）i1i21.积分电路当vS为阶跃电压时，例2.4.3已知V+=+15V，V-=-15V，R=10KΩ，C=10nF，电容C的初始电压vc(0)=0，试对应输入电压画出输出电压vo的波形。vO与t

成线性关系t=RC=τ

vo=-vst>τ，vo=-vom

运放饱和，停止积分vsvsvomτ图2.4.7vovst1t2VS1.为什么使用运放？是充电电流ic恒定，波形线形好。2.电容并联电阻Rf作用:防止低频时增益过大，饱和。3.作用：电子开关延迟、波形变换A/D中，将电压量变为时间量移相Rf当vS为矩形波问题：积分电路中：例2.4.3已知V+=+15V，V-=-15V，R=10KΩ，C=5nF，电容C的初始电压vc(0)=0，试对应输入电压画出输出电压vo的波形。vOvI/Vt1t2t=040120t/s0-1054012008t/s解：t=0时，vc(0)=0，t=40s时，t=120s时，2.微分电路虚短虚断vs图2.4.10微分电路的电压波形微分电路中：1.输出信号幅度随频率增加而增加，因此对高频噪声特别敏感，以致输出噪声可能完全淹没微分信号。3.作用：波形变换、微分运算、移相2.微分电路例：,求vo。tvs0tvo090°dtdvRCvso-=tRCvowwcos-=算题方法、步骤一般解题步骤：利用“虚断(ii=0)”和“虚短(u+=u–)”列方程。2.一般找到一个节点，利用KCL列方程。求出运算电路的输出电压或电压

放大倍数。

级联组合的解题步骤：熟记单运放组成的基本运算电路及放大倍数公式。级联组合或叠加法。若是含有电容的微分、积分电路的运算：1.用传递函数的概念，先将电容或含有电容的支路用电抗表示；2.用一般解题步骤解出运算电路的输出电压或电压

放大倍数；3.最后将表达式中S=d/dt,1/S=∫dt替换，求微分和积分。例：设计一个加减运算电路，RF=240k

，使uo=10ui1+8ui2-20ui3解:(1)画电路。系数为负的信号从反相端输入，系数为正的信号从同相端输入。练习叠加法：uo=10ui1+8ui2-20ui3uo1=10ui1+8ui2

uo1=-20ui3(2)计算参数。R3RFui1uoR2R1ui2R4ui3-++例：A/D变换器要求其输入电压的幅度为0~+5V，现有信号变化范围为-5V~+5V。试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为0~+5V。+5V-5V+5V+2.5V电平抬高电路A/D计算机uiuouo=2.5sinωt+2.5vui=5sinωtuo=0.5ui+2.5V

=0.5(ui+5)Vui=5sinωtuo=0.5ui+2.5V10k

20k

+5V5