模电02运放ppt课件

电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 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 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 集成运算放大器是一种高增益的多级放大器 由于最初用于数学运算 所以称为运算放大器 运算放大器的用途早已不限于数学运算 它在信号的产生 变换 处理 测量等方面 起着非常重要的作用 所以获得了非常广泛的应用 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 2 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 集成运算放大器是一种电子器件 它采用一定制造工艺将大量半导体三极管 电阻 电容等元件及它们之间的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 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 输入级 对整个运算放大器的性能指标影响较大 通常采用差动放大器 以减小零点漂移 中间级 主要完成电压放大任务 要求有高的电压增益 一般采用带有源负载的共射极电压放大器 输出级 主要任务是进行功率放大 以驱动负载工作 一般采用互补对称的功率放大器 除此之外 还有些辅助环节 如偏置电路 主要为各级放大器提供合适的静态工作电流 电平偏移电路 主要用于调节各级工作电压 且当输入信号为零时 保证输出电压为零 短路保护电路 主要是防止输出端短路时损坏内部管子 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 2 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 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 图2 1 3运算放大器的电路模型 通常 开环电压增益Avo的 105 很高 输入电阻ri 106 很大 输出电阻ro 100 很小 vO Avo vP vN V vO V 注意输入输出的相位关系 可将运算放大器看做一个简化的具有端口特性的标准器件 可以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 2 1集成电路运算放大器 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 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 斜率 电路模型中的输出电压vo不可能超越正 负电源电压值 2 1集成电路运算放大器 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 1 vo的饱和极限值等于运放的电源电压V 和V 2 2理想运算放大器 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 图2 2 1运放的简化电路模型 1 理想运放 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 2 3基本线性运放电路 串联负反馈 输入端电压求和 深度负反馈条件下 虚短 虚断 虚短 虚断 并联负反馈 输入端电流求和 虚短是本质的 虚断是派生的 虚断是本质的 虚短是派生的 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 2 3 1同相放大电路 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 闭环电压增益 可作为公式直接使用 2 3基本线性运放电路 结论 Av为正值 表示vo与vi同相 并且总是大于1 引入深度负反馈之后 Av的值只取决于外部电路的元件值 与运放本身无关 因此此电路又称同相比例运算放大电路 输入信号电压加到同相输入端 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 2 3 1同相放大电路 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 0 2 3基本线性运放电路 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 2 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 2 3基本线性运放电路 同相放大电路特点 输出电压vo与输入电压vi大小相等 相位相同 因此 该电路称为电压跟随器 输入电阻大 输出电阻小 常作阻抗变换器用 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 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 2 3基本线性运放电路 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 2 3 2反相放大电路 反相比例运算 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 2 3基本线性运放电路 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 2 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 虚地 ii 0 所以i1 i2 即 可作为公式 2 3 2反相放大电路 2 3基本线性运放电路 为提高精度 一般接入匹配电阻 输出与输入成比例且反相 输入阻抗匹配 同相 反相端对地电阻相等 以抑制零漂 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 2 几项技术指标的近似计算 2 输入电阻Ri 3 输出电阻Ro Ro 0 2 3 2反相放大电路 2 3基本线性运放电路 反相比例运算电路特点 输入电阻小 因虚地无共模电压 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 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 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 2 4同相输入和反相输入放大电路的其他应用 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 2 4 1求差电路 从结构上看 它是反相输入和同相输入相结合的放大电路 当 则 若继续有 则 根据虚短 虚断和n p点的KCL得 2 4同相输入和反相输入放大电路的其他应用 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 2 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 2 4同相输入和反相输入放大电路的其他应用 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 2 4 1求差电路 例2 4 1 一种高输入电阻的差分电路 2 4同相输入和反相输入放大电路的其他应用 解 第一级同相放大 第二级差分减法放大 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 2 4 2仪用放大器 2 4同相输入和反相输入放大电路的其他应用 电路对称据虚短 虚断 一般固定R2R3R4 调节R1来实现对Av的调节 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 2 4 3求和电路 根据虚短 虚断和n点的KCL得 若 则有 也称为反相加法电路 2 4同相输入和反相输入放大电路的其他应用 若输出再接一级反相电路 vo 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 根据虚短 虚断和N点的KCL得 若 加法运算 则 例 同相加法电路 在同相比例运算器的同相端再增加一个信号输入端 2 4同相输入和反相输入放大电路的其他应用 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 第一级反相比例 第二级反相加法 例 利用反相信号求和以实现减法运算 即 当时 得 减法运算 2 4同相输入和反相输入放大电路的其他应用 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 图1 R1 R Rf vo vi1 vi2 例2 1 如图电路是由理想集成运算放大器构成的放大电路试写出VO与Vi或Vi1 Vi2及Vi3之间关系式 解 方法一 根据 两虚 列KCL方程 图一 vP vN ii 0 vP vi1 iR1 iRf 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 例2 1 如图电路是由理想集成运算放大器构成的放大电路试写出VO与Vi或Vi1 Vi2及Vi3之间关系式 图1 R R1 Rf vo vi1 vi2 解 方法一 根据 两虚 列KCL方程 图2 R4 R9 R7 R6 vi1 vi2 R2 R8 vo1 vo2 R1 R5 R3 vo vi3 R10 图二 vP vN ii 0 vP1 vi1 iR1 iR2 vP2 vi2 iR5 iR6 vP3 vN3 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 例2 1 如图电路是由理想集成运算放大器构成的放大电路试写出VO与Vi或Vi1 Vi2及Vi3之间关系式 解 方法二 熟悉基本运算单元电路 结合叠加法直接写出单级关系式 图一 当vi1 0时 为反相比例运算 vi2 0时 是同相比例运算 电子技术基础精品课程 模拟电子技术基础 例2 1 如图电路是由理想集成运算放大器构成的