模电第二章——运算放大器

1、1/262.1 集成电路运算放大器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集成电路运算放大器的内部组成单元图图2.1.1 集成运算放大器的内部结构框图集成运算放大器的内部结构框图2/262.1 集成电路运算放大器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集成电路运算放大器的内部组成单元图图2.1.2 运算放大器的代表符号运算放大器的代表符号（a）国家标准规定的符号）国家标准规定的符号 （b）国内外常用符号）国内外常用符号3/262. 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型图图2.1.3 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型通常：通常： 开环电压增益开环电压增

2、益 Avo的的 105 （很高）（很高） 输入电阻输入电阻 ri 106 （很大）（很大） 输出电阻输出电阻 ro 100 （很小）（很小） vOAvo(vPvN) （ V vO V ） 注意输入输出的相位关系注意输入输出的相位关系4/262. 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型当当Avo(vPvN) V 时时 vO V 当当Avo(vPvN) V- -时时 vO V- -电压传输特性电压传输特性 vO f (vPvN)线性范围内线性范围内 vOAvo(vPvN)Avo斜率斜率5/262.2 理想运算放大器理想运算放大器1. vo o的饱和极限值等于运放的电源的饱和极限值等于运放的电源电

3、压电压V和和V 2. 运放的开环电压增益很高运放的开环电压增益很高 若（若（vPvN）0 则则 vO= +Vom=V 若（若（vPvN）0 则则 vO= Vom=V 3. 若若V vO vN时，时， vO VOM 当当vPvN时，时， vO VOM 差模输入电阻无穷大，净输入电流为差模输入电阻无穷大，净输入电流为零，仍有零，仍有“虚断虚断”，但无，但无“虚短虚短”。2.2 理想运算放大器理想运算放大器8/262.3 基本线性运放电路基本线性运放电路2.3.1 同相放大电路同相放大电路2.3.2 反相放大电路反相放大电路9/262.3.1 同相放大电路同相放大电路（a）电路图）电路图 （b）小信

4、号电路模型）小信号电路模型图图2.3.1 同相放大电路同相放大电路1. 基本电路基本电路 10/262.3.1 同相放大电路同相放大电路2. 几项技术指标的近似计算几项技术指标的近似计算（1）电压增益电压增益Av 根据虚短和虚断的概念有根据虚短和虚断的概念有 vpvn， ipin0o211npivvvv RRR所以所以12121io1RRRRRA vvv（可作为公式直接使用）（可作为公式直接使用）11/262.3.1 同相放大电路同相放大电路3. 几项技术指标的近似计算几项技术指标的近似计算（2）输入电阻）输入电阻Ri 输入电阻定义输入电阻定义 iiiivR 根据虚短和虚断有根据虚短和虚断有

5、vivp，ii ip0所以所以 iiiivR（3）输出电阻）输出电阻Ro Ro012/262.3.1 同相放大电路同相放大电路4. 电压跟随器电压跟随器根据虚短和虚断有根据虚短和虚断有vovn vp vi1io vvvA（可作为公式直接使用）（可作为公式直接使用）13/26电压跟随器的作用电压跟随器的作用无电压跟随器时无电压跟随器时 负载上得到的电压负载上得到的电压sssLsLo01. 011001vvvv RRR电压跟随器时电压跟随器时ip00，vpvs根据虚短和虚断有根据虚短和虚断有vovn vp vs14/262.3.2 反相放大电路反相放大电路（a）电路图）电路图 （b）由虚短引出虚地

6、）由虚短引出虚地vn0 图图2.3.5 反相放大电路反相放大电路1. 基本电路基本电路 15/262. 几项技术指标的近似计算几项技术指标的近似计算（1）电压增益电压增益Av 根据虚短和虚断的概念有根据虚短和虚断的概念有 vn vp 0 ， ii0所以所以 i1i2 12ioRRA vvv2on1niRRvvvv 即即（可作为公式直接使用）（可作为公式直接使用）2.3.2 反相放大电路反相放大电路16/262. 几项技术指标的近似计算几项技术指标的近似计算（2）输入电阻）输入电阻Ri 11iiiii/RRiR vvv（3）输出电阻）输出电阻Ro Ro02.3.2 反相放大电路反相放大电路17/

7、262.4 同相输入和反相输入放大同相输入和反相输入放大电路的其他应用电路的其他应用2.4.1 求差电路求差电路2.4.2 仪用放大器仪用放大器2.4.3 求和电路求和电路2.4.4 积分电路和微分电路积分电路和微分电路18/262.4.1 求差电路求差电路 从结构上看，它是反相输入从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。和同相输入相结合的放大电路。4on1ni1RvvRvv 3p2pi20RvRvv i114i2323141ovRRvRRRRRRv )(当当,2314RRRR 则则)(i1i214ovvRRv 若继续有若继续有,14RR 则则i1i2ovvv 根据根据虚短虚短、虚

8、断虚断和和N N、P P点的点的KCLKCL得：得：pnvv 叠加原理的应用19/262.4.1 求差电路求差电路从放大器角度看从放大器角度看14i1i2odRRvvvAv 时，时，2314RRRR )(i1i214ovvRRv 增益为增益为（该电路也称为差分电路或减法电路）（该电路也称为差分电路或减法电路）20/262.4.1 求差电路求差电路一种高输入电阻的差分电路一种高输入电阻的差分电路21/262.4.2 仪用放大器仪用放大器)21(123421ORRRRA vvvv22/262.4.3 求和电路求和电路1ni1-Rvv3on-Rvv 根据根据虚短虚短、虚断虚断和和N N点的点的KCL

9、KCL得：得：2i231 i13o-vRRvRRv 321RRR 若若0pn vv2ni2-Rvv 则有则有2i1 io-vvv （该电路也称为加法电路）（该电路也称为加法电路）利用叠加原理求解1 1、反相求和电路、反相求和电路23/262.4.3 求和电路求和电路2. 同相求和运算电路同相求和运算电路 电路仿真：反相求和24/262.4.4 积分电路和微分电路积分电路和微分电路1. 积分电路积分电路式中，负号表示式中，负号表示vO与与vI在相位上是相反的。在相位上是相反的。根据根据“虚短虚短”，得，得根据根据“虚断虚断”，得，得0PP vv0i i因此因此RiiI12v 电容器被充电，其充电电流为电容器被充电，其充电电流为2i设电容器设电容器C的初始电压为零，则的初始电压为零，则 tRCtiCd1d1I2ONvvv tRCd1IOvv（积分运算）（积分运算）25/262.4.4 积分电路和微分电路积分电路和微分电路当当vI I为阶跃电压时，有为阶跃电压时，有vO与与 t 成线性关系成线性关系 tRCd1IOvvtRCVi tV i 1. 积分电路积分电路电路仿真：积分电路26/262.4.4 积分电路和微分电路积分电路和微分电路2. 微分电路微分电路tRCddIOvv I1ddiCtv