模电第二、六章

1、6.1 模拟集成电路中的直流偏置技术模拟集成电路中的直流偏置技术6.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性6.4 集成电路运算放大器集成电路运算放大器6.5 实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路 的影响的影响6.2 差分式放大电路差分式放大电路6.6 变跨导式模拟乘法器变跨导式模拟乘法器6.7 放大器中的噪声和干扰放大器中的噪声和干扰 集成电路集成电路集成电路：集成电路：把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，完成特定功能的电子电路。完成特定功能的电子电路。按功能分为数字集成电路和模拟集成电路。按

2、功能分为数字集成电路和模拟集成电路。在模拟集成电路中在模拟集成电路中集成运放集成运放是应用极为广泛的一种。是应用极为广泛的一种。集成运放的基本单元电路集成运放的基本单元电路：电流源和差分式放大电路。：电流源和差分式放大电路。6.1 模拟集成电路中的模拟集成电路中的直流偏置技术直流偏置技术6.1.1 BJT电流源电路电流源电路6.1.2 FET电流源电流源1. 镜像电流源镜像电流源2. 微电流源微电流源*3. 高输出阻抗电流源高输出阻抗电流源*4. 组合电流源组合电流源1. MOSFET镜像电流源镜像电流源2. MOSFET多路电流源多路电流源3. JFET电流源电流源 电流源是一个使输出电流恒

3、定的电源电路，与电流源是一个使输出电流恒定的电源电路，与电压源相对应。电压源相对应。 (1) (1) 电流源电路在模拟集成放大器中用电流源电路在模拟集成放大器中用以稳定静态以稳定静态工作点工作点，这对直接耦合放大器是十分重要的。，这对直接耦合放大器是十分重要的。 电流源 (2) (2) 用电流源做用电流源做有源负载有源负载，可获得增益高、动态范围，可获得增益高、动态范围大的特性。大的特性。 (3) (3)用电流源给电容充电，以用电流源给电容充电，以获得线性电压输出获得线性电压输出。 (4) (4)电流源还可单独制成稳流电源使用。电流源还可单独制成稳流电源使用。 镜像电流源电路的特点是工镜像电流

4、源电路的特点是工作三极管的集电极电流是电流源作三极管的集电极电流是电流源电路电流的镜像电路电流的镜像( (相等相等) )。6.1.1 BJT电流源电路电流源电路1. 镜像电流源镜像电流源BE1BE2=VVE1E2= II则则C1C2=,IIT T1 1、T T2 2的参数完全相同的参数完全相同（对管）（对管） 即即1 12 2，I ICEO1CEO1I ICEO2CEO2 )(CBCBCEFR 21II2II2II221 当当 时时，IC2和和IREF是镜像关系。是镜像关系。 26.1.1 BJT电流源电路电流源电路1. 镜像电流源镜像电流源当当BJT的的较大时，基极电流较大时，基极电流IB可

5、以忽略可以忽略 IoIC2IREF RVVRVVVEECCEEBECC)( 代表符号代表符号 无论无论C2支路的负载值如何，支路的负载值如何， IC2的电的电流值将保持不变。流值将保持不变。ce r 动态动态( (交流交流) )电阻电阻 2B12CE2Co)(Ivir 一般一般ro在几百千欧以上在几百千欧以上电流源内阻越大稳流特性越好。电流源内阻越大稳流特性越好。电流源具有直流电阻小电流源具有直流电阻小而交流电阻大的特点。而交流电阻大的特点。4. 电流源作有源负载电流源作有源负载共射电路的电压增益为：共射电路的电压增益为： ioV=vvAbeLc)/(rRR 放大管放大管镜像电流源镜像电流源镜

6、像电流源镜像电流源镜像电流源镜像电流源6.2 差分式放大电路差分式放大电路6.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路6.2.3 源极耦合差分式放大电路源极耦合差分式放大电路 6.2.0 概述概述6.2.0 概述概述1. 直接耦合放大电路直接耦合放大电路可以放大直流信号可以放大直流信号2.直接耦合放大电路直接耦合放大电路的零点漂移的零点漂移零漂：零漂：主要原因：主要原因：温漂指标：温漂指标：温度变化引起，也称温漂。温度变化引起，也称温漂。输入短路时，输输入短路时，输出仍有缓慢变化出仍有缓慢变化的电压产生。的电压产生。温度每

7、升高温度每升高1时，输出漂移电压按电压增益时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值。折算到输入端的等效输入漂移电压值。电源电压波动电源电压波动也是原因之一也是原因之一零点漂移是怎样形成的零点漂移是怎样形成的 运算放大器均是采用直接耦合方式，而直接耦运算放大器均是采用直接耦合方式，而直接耦合方式放大电路的各级合方式放大电路的各级Q点是相互影响的，由于各级点是相互影响的，由于各级的放大作用，第一级的微弱变化，会使输出级产生的放大作用，第一级的微弱变化，会使输出级产生很大的变化。当输入短路时（由于一些原因使输入很大的变化。当输入短路时（由于一些原因使输入级的级的Q点发生微弱变化点发

8、生微弱变化 ，如：温度），输出将随时，如：温度），输出将随时间缓慢变化，这样就形成了零点漂移。间缓慢变化，这样就形成了零点漂移。 产生零漂的主要原因是：晶体三极管的参数受产生零漂的主要原因是：晶体三极管的参数受温度的影响。温度的影响。例如例如 100,=V1A若第一级漂了若第一级漂了100 V，则输出漂移则输出漂移 1 V。 若第二级也漂了若第二级也漂了100 V，则输出漂移则输出漂移 10 mV。假设假设F 第一级是关键第一级是关键。 1= 100,=V3V2AA3、 减小零漂的措施减小零漂的措施F 用非线性元件进行温度补偿用非线性元件进行温度补偿F 调制解调方式。如调制解调方式。如“斩波稳

9、零放大器斩波稳零放大器”F 采用差分式放大电路采用差分式放大电路漂了漂了 100 V漂移漂移 10 mV+100 V漂移漂移 1 V+ 10 mV漂移漂移 1 V+ 10 mV4、 差分式放大电路中的一般概念差分式放大电路中的一般概念差分式放大电路就其功能来说，是放大两个输入信号之差。差分式放大电路就其功能来说，是放大两个输入信号之差。 理想情况理想情况：vo= Avdvid=Avd（vi1-vi2）；Avd差模电压增益差模电压增益 放大电路两个输入端所共有的任何信号对输出电压无放大电路两个输入端所共有的任何信号对输出电压无影响。（如共有的干扰信号）影响。（如共有的干扰信号）实际情况实际情况：

10、vo=Avdvid+ Avcvic ；Avd差模电压增益，差模电压增益，Avc共模电共模电压增益。压增益。 其中，其中，差模信号差模信号vid=vi1 -vi2 ，共模信号，共模信号vic=1/2（vi1 +vi2）差模信号和共模信号差模信号和共模信号差模信号差模信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相反的信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相反的信号；共模信号共模信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相同的信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相同的信号。差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。 温度对差分式放大电

11、路输入端的影响相温度对差分式放大电路输入端的影响相当于加入了共模信号。差分式放大电路抑制当于加入了共模信号。差分式放大电路抑制共模信号，放大差模信号，是模拟集成运算共模信号，放大差模信号，是模拟集成运算放大电路输入级所采用的电路形式。放大电路输入级所采用的电路形式。例如，温漂信号属共模信号，它对差分放大电路的例如，温漂信号属共模信号，它对差分放大电路的两个输入端影响相同。如果输入信号极性相同，幅两个输入端影响相同。如果输入信号极性相同，幅度也相同，则是纯共模信号。度也相同，则是纯共模信号。如果极性相同，但幅如果极性相同，但幅度不等，则可以认为既包含共模信号，又包含差模度不等，则可以认为既包含共

12、模信号，又包含差模信号，应分开加以计算。信号，应分开加以计算。 i1i2icic00-+ididttvvvvvv共模、差模信号混合的情况共模、差模信号混合的情况即：即：vi1=vic -vid/2 vi2=vic +vid/2差模信号差模信号vid=vi1 -vi2 ，共模信号，共模信号vic=1/2（vi1 +vi2）如如vi1=50V，vi2=50V， 则则vid=vi1 -vi2=100V ，vic=1/2（vi1 +vi2）=0如如vi1= 1050V，vi2= 950V， 则则vid=vi1 -vi2=100V ，vic=1000V 两种情况下输出电压是不同的。（除非共模增益为零）两

13、种情况下输出电压是不同的。（除非共模增益为零）动画动画6.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构1. 用三端器件组成的差分式放大电路用三端器件组成的差分式放大电路差放差放+-vi1+-vi2+-vo1vo2+-+-vid+-vo2. 有关概念有关概念i2i1id=vvv 差模信号差模信号)(21=i2i1icvvv 共模信号共模信号idd=vvodvA差模电压增益差模电压增益icc=vvocvA共模电压增益共模电压增益icciddo =vvvvvvvocodAA 总输出电压总输出电压其中其中odv差模信号产生的输出差模信号产生的输出ocv共模信号产生的输出共模信号产生的输出共

14、模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指标反映抑制零漂能力的指标cdCMR=vvAAK差分放大电路是由差分放大电路是由对称对称的两个的两个基本放大电路基本放大电路，通过射极电流通过射极电流源耦合构成。源耦合构成。对称的含义是两个三极管的特对称的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对应相等性一致，电路参数对应相等。 1= 2= VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO Rc1=Rc2= Rc 6.2.2 射极耦合差分式放大电路射极耦合差分式放大电路1. 1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理信号的输出方式信号的输出方式：差分放大电路可以有

15、两个输出端，一差分放大电路可以有两个输出端，一个是集电极个是集电极C C1 1，另一个是集电极，另一个是集电极C C2 2。从。从C C1 1 和和C C2 2输出称为输出称为双端输出双端输出，仅从集电极，仅从集电极 C C1 1或或C C2 2 对地输出称为对地输出称为单端输出单端输出。信号的输入方式：信号的输入方式：若信号同若信号同时从两个输入端输入，称为时从两个输入端输入，称为双端输入双端输入； 若信号仅从一若信号仅从一个输入端个输入端对地对地加入，称为加入，称为单单端输入端输入。差分放大电路的差模工作状态分为四种差分放大电路的差模工作状态分为四种1. 双端输入、双端输出（双双端输入、双

16、端输出（双双）双） 2. 双端输入、单端输出（双双端输入、单端输出（双单）单） 3. 单端输入、双端输出（单单端输入、双端输出（单双）双） 4. 单端输入、单端输出（单单端输入、单端输出（单单）单） 差分放大电路的工作状差分放大电路的工作状态分差模和共模两种：态分差模和共模两种：静态静态OCC2C121=IIII CE2CE1=VV CCV)V7 . 0(c2CCC RIV c2CRIEVIIICB2B1 0=Vo动态动态仅输入差模信号，仅输入差模信号， i2i1vv 和和大小相等，相位相反。大小相等，相位相反。 c2c1vv和和大小相等，大小相等， 0c2c1o vvv信号被放大。信号被放大

17、。相位相反。相位相反。仅输入共模信号，仅输入共模信号， c2c1o0vvv 2. 2. 抑制零点漂移原理抑制零点漂移原理 温度变化和电源电压波温度变化和电源电压波动，都将使集电极电流产生动，都将使集电极电流产生变化。且变化趋势是相同的变化。且变化趋势是相同的 差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用。差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用。其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。6.3 差分式放大电路的传输特性差分式放大电路的传输特性vBE1= vi1= vid/2vBE2= vi2 = - -vid/2 又又 vO1VCCiC1Rc1 vO2VCCiC2

18、Rc2可得传输特性曲线可得传输特性曲线 vO1，vO2f（vid）传输特性传输特性输出差模信号随输入差模信号变化的曲线输出差模信号随输入差模信号变化的曲线根据三极管根据三极管vBE 与与iE的基本关系的基本关系 得：得： TBEVvESEeIi/vO1，vO2f（vid）的传输特性曲线的传输特性曲线从传输特性可以看出；从传输特性可以看出；1、 时，电路处于静态，即时，电路处于静态，即Q态态0vvv2i1iid 2、vid在在0VT范围变化时，范围变化时，vo1、vo2与与vid呈线性关系，呈线性关系，放大电路工作在放大区，放大倍数越大，曲线越陡，线放大电路工作在放大区，放大倍数越大，曲线越陡，

19、线性区越窄，动态范围小。性区越窄，动态范围小。反之：放大倍数越小，曲线越缓，线性区越宽，动态反之：放大倍数越小，曲线越缓，线性区越宽，动态范围大。范围大。3、当、当vid4VT时，差分放大电路具有限幅特性。时，差分放大电路具有限幅特性。可见，差分放大电路对差模输入信号有一定的要求。可见，差分放大电路对差模输入信号有一定的要求。6.4 集成电路运算放大器集成电路运算放大器6.4.1 CMOS MC14573集成电路运算放大器集成电路运算放大器6.4.2 BJTLM741集成运算放大器集成运算放大器 运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造的高增益放大器

20、，它是模拟集成电路最重要的品种，的高增益放大器，它是模拟集成电路最重要的品种，广泛应用于各种电子电路之中。广泛应用于各种电子电路之中。特点：特点：电压增益高电压增益高输入电阻大输入电阻大输出电阻小输出电阻小1 1、方框图、方框图 1.输入级：抑制零漂，有放大作用。输入级：抑制零漂，有放大作用。 常使用高性能的差分放大电路，它必须对共模信号有很强常使用高性能的差分放大电路，它必须对共模信号有很强的抑制能力。的抑制能力。2.中间放大级：提供高的电压增益，以保证运放的运算精度中间放大级：提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。 中间级的电路形式多为差分电路和带有源负载的高增益放中间级的电路形式多为差

21、分电路和带有源负载的高增益放大器（共射单管、复合管放大器）。大器（共射单管、复合管放大器）。3.互补输出级：提高带负载能力。互补输出级：提高带负载能力。 常用单管（复合管）的射极输出器，也用单管（复合管）常用单管（复合管）的射极输出器，也用单管（复合管）的互补对称功率放大器。的互补对称功率放大器。 4.偏置电流源：偏置电流源：提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。以稳定工作点。 2 2、运算放大器的引线及符号、运算放大器的引线及符号 运算放大器的符号中有运算放大器的符号中有三个引线端三个引线端，两个输入端两个输入端，一个输出端一个输出端。

22、一个称为一个称为同相输入端，同相输入端，即该端输入信号变即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号化的极性与输出端相同，用符号+或或IN+表示；另表示；另一个称为一个称为反相输入端反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输即该端输入信号变化的极性与输出端相异，用符号出端相异，用符号“- -”或或“IN- -”表示。表示。输出端输出端一般画在一般画在输入端的另一侧，在符号边框内标有输入端的另一侧，在符号边框内标有+号。实际的运号。实际的运算放大器通常必须有正、负电源端，有的品种还有补偿算放大器通常必须有正、负电源端，有的品种还有补偿端和调零端。端和调零端。 (a) 国家标准符号国家标准符号 (b

23、)原符号原符号 为满足实际使用中对为满足实际使用中对集成运放性能的特殊要求集成运放性能的特殊要求，除性能指标比较适中的，除性能指标比较适中的通用型运放外，发展了适通用型运放外，发展了适应不同需要的专用型集成应不同需要的专用型集成运放。它们在某些技术指运放。它们在某些技术指标上比较突出。标上比较突出。 根据运算放大器的技根据运算放大器的技术指标可以对其进行分类术指标可以对其进行分类，主要有通用、高速、宽，主要有通用、高速、宽带、高精度、高输入电阻带、高精度、高输入电阻和低功耗等几种。和低功耗等几种。3 3、运算放大器的分类、运算放大器的分类通用型通用型高速型和宽带型高速型和宽带型高精度高精度(低

24、漂移型低漂移型)高输入阻抗型高输入阻抗型低功耗型低功耗型功率型功率型4 4、运算放大器外形图、运算放大器外形图6.5 实际集成运算放大器的主要实际集成运算放大器的主要参数和对应用电路的影响参数和对应用电路的影响6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数6.5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题6.5.3 集成运放的电路模型集成运放的电路模型6.5.4 基本线性运算电路基本线性运算电路6.5.5其他线性运算应用电路其他线性运算应用电路6.5.1 实际集成运放的主要参数实际集成运放的主要参数一、输入直流误差特性（输入失调特性）一、输入直流误差特性（输入失调特性）1.

25、 输入失调电压输入失调电压VIO (input offset voltage) 在室温（在室温（25）及标准电源电压下，输入电压为零时，为）及标准电源电压下，输入电压为零时，为了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿电压叫做失了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿电压叫做失调电压调电压VIO。一般约为。一般约为（110）mV。超低失调运放为（。超低失调运放为（120） V。高精度运放。高精度运放OP-117 VIO=4 V。MOSFET达达20 mV。 将输出电压除以电压增益，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的电压的负即为折算到输入端的电压的负值。值。VIO是表征运放内部电路

26、对是表征运放内部电路对称性的指标称性的指标。VIO越大说明电路越大说明电路的对称性越差。的对称性越差。V0VOIOAVVI 2. 输入偏置电流输入偏置电流IIB (input bias current) 输入偏置电流是指集成运放输入偏置电流是指集成运放两个输入端静态电流的平均值两个输入端静态电流的平均值 IIB（IBNIBP）/ /2 BJT为为10 nA1 A；MOSFET运放运放IIB在在pA数量级。数量级。 用于衡量差分放大对管输入电流的大小。从使用角度看，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。从使用角度看，其值越小，由信号源内阻变化引起的输出电压变化也越小。其值越小，由信号源内阻变化引起

27、的输出电压变化也越小。3. 输入失调电流输入失调电流IIO (input offset current) 输入失调电流输入失调电流IIO是指当输入电压为零时流入放大是指当输入电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即器两输入端的静态基极电流之差，即 IIO|IBPIBN|VI0 一般约为一般约为1 nA0.1 A。 例： 集成运放的输入偏置电流IIB=0.6A输入失调电流IIO=0.2 A时，两个差分输入管的基极偏流分别是多少？ AIIIAIIIBNBPIOBNBPIB 2 . 06 . 0210.7A和0.5 A 用于表征差分级输入电流不对称的程度。由于信用于表征差分级输入电流不对称

28、的程度。由于信号源内阻的存在，号源内阻的存在，IIO会引起一输入电压，破坏放大器会引起一输入电压，破坏放大器的平衡，希望越小越好。的平衡，希望越小越好。4. 温度漂移温度漂移（1）输入失调电压温漂）输入失调电压温漂 VIO / T（2）输入失调电流温漂）输入失调电流温漂 IIO / T在规定工作温度范围内，输入失调电压随在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。温度的变化量与温度变化量之比值。在规定工作温度范围内，输入失调电流随在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。温度的变化量与温度变化量之比值。二、差模特性二、差模特性1. 开环差模电压

29、增益开环差模电压增益Avo和带宽和带宽BW 开环差模电压增益开环差模电压增益Avo开环带宽开环带宽BW (fH)单位增益带宽单位增益带宽 BWG (fT)741型运放型运放AvO的频率响应的频率响应 2. 差模输入电阻差模输入电阻rid和输出电阻和输出电阻ro BJT输入级的运放输入级的运放rid一般在几百千欧到数兆欧一般在几百千欧到数兆欧MOSFET为输入级的运放为输入级的运放rid1012超高输入电阻运放超高输入电阻运放rid1013、IIB0.040pA一般运放的一般运放的ro200，而超高速，而超高速AD9610的的ro0.05。3. 最大差模输入电压最大差模输入电压Vidmax 运放

30、两输入端能承受的最大差模输入电压，超运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时过此电压时,差分管将出现反向击穿现象差分管将出现反向击穿现象。三、共模特性三、共模特性1. 共模抑制比共模抑制比KCMR和共模输入电阻和共模输入电阻ric 一般通用型运放一般通用型运放KCMR为（为（80120）dB，高，高精度运放可达精度运放可达140dB，ric100M。 2. 最大共模输入电压最大共模输入电压Vicmax 一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产一般指运放在作电压跟随器时，使输出电压产生生1%跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放跟随误差的共模输入电压幅值，高质量的运放可达可达 13V

31、。1. 1. 集成运放的选用集成运放的选用 根据技术要求应首选通用型运放，当通用型运根据技术要求应首选通用型运放，当通用型运放难以满足要求时，才考虑专用型运放，这是因为放难以满足要求时，才考虑专用型运放，这是因为通用型器件的各项参数比较均衡，做到技术性与经通用型器件的各项参数比较均衡，做到技术性与经济性的统一。至于专用型运放，虽然某项技术参数济性的统一。至于专用型运放，虽然某项技术参数很突出，但其他参数则难以兼顾，例如低噪声运放很突出，但其他参数则难以兼顾，例如低噪声运放的带宽往往设计得较窄，而高速型与高精度常常有的带宽往往设计得较窄，而高速型与高精度常常有矛盾，如此等等矛盾，如此等等。 6.

32、5.2 集成运放应用中的实际问题集成运放应用中的实际问题2. 失调电压失调电压VIO、失调电流、失调电流IIO和偏置电流和偏置电流IIB带来的误差带来的误差 输入为零时的等效电路输入为零时的等效电路2IOIBP)2( RIIV f11ONRRRVV NPVV )|)(2(f1IOIBRRII IOV 解得误差电压解得误差电压 )|(21)|()/1(2f1IO2f1IBIO1fORRRIRRRIVRRV)(/1(2IOIO1fORIVRRV 当当 时，可以时，可以消除偏置电流消除偏置电流 引起的引起的误差，此时误差，此时f12| RRR IBI当电路为积分运算时，当电路为积分运算时，即即 换成

33、电容换成电容C，则，则fR tRtIttVCRRtItVtvd)(d)( 1)()()(2IOIO12IOIOO时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态。时间越长，误差越大，且易使输出进入饱和状态。IOIO IV和和引起的误差仍存在引起的误差仍存在3. 调零补偿调零补偿（a a）调零电路）调零电路 （b b）反相端加入补偿电路）反相端加入补偿电路2.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器2.2 理想运算放大器理想运算放大器2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路2.4 其他线性运算应用电路其他线性运算应用电路2.1 集成运放的电路模型集成运放的电路模型通常：通常： 开环电压增益开环电压增益

34、 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注意输入输出的相位关系系当当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2.2理想运算放大器理想运算放大器 满足下列参数指标的运算放大器可以视为理想运算放大器。满足下列参数指标的运算放大器可以视为理想运算放大器。 1.差模电压放大倍数差模电压

35、放大倍数Avd= ，实际上，实际上Avd80dB即可即可 1.1.理想运算放大器的条件理想运算放大器的条件2.差模输入电阻差模输入电阻Rid= ，实际上，实际上Rid比输入端外电路的比输入端外电路的 电阻大电阻大23个量级即可。个量级即可。 3.输出电阻输出电阻Ro=0，实际上，实际上Ro比输入端外电路的电阻小比输入端外电路的电阻小12个个量级即可。量级即可。 4.带宽足够宽。带宽足够宽。 5.共模抑制比共模抑制比足够大。足够大。 实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器都可以视实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器都可以视为理想的。只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指为理想的。

36、只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指标明显下降即可。标明显下降即可。 理想运算放大器具有理想运算放大器具有“虚短虚短”和和“虚断虚断”的特性，这两个的特性，这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用，运放必须在闭环，运放必须在闭环( (负反馈）下工作。负反馈）下工作。 2.2.理想运算放大器的特性理想运算放大器的特性 (1)(1)虚短虚短 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在开环电压放大倍数都在80 dB80 dB以上。而运放的输出

37、电压是有限的以上。而运放的输出电压是有限的，一般在，一般在10 10 V14 V。因此运放的差模输入电压不足。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于两输入端近似等电位，相当于 “短路短路”。开环电压放大倍数越开环电压放大倍数越大，大，两输入端的电位越接近相等。两输入端的电位越接近相等。 “虚短虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。能将两输入端真正短路。(2)(2)虚断虚断 由于运放的差模

38、输入电阻很大，一般通用型运算由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在放大器的输入电阻都在1 M1 M 以上。因此流入运放输以上。因此流入运放输入端的电流往往不足入端的电流往往不足1 1 A A，远小于输入端外电路的电流，远小于输入端外电路的电流. .。故。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输两输入端越接近开路入端越接近开路。 “虚断虚断”是指在分析运放处于线性状态时是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然

39、不能将两输入端真正断路。简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 动画动画1.1.反相放大电路反相放大电路 其比例系数即为反馈放大电其比例系数即为反馈放大电路的增益。该电路实际为一个路的增益。该电路实际为一个深度的电压并联负反馈电路。深度的电压并联负反馈电路。iNNO1fvvvvRR0PN vvfOi1RvvR f12/ RRR 为提高运算精度，为提高运算精度，一般要求一般要求 输入电阻输入电阻Ri 11iiiii/RRiR vvv2.3 基本线性运算电路基本线性运算电路2. 同相放大电路同相放大电路同相比例运算电路同相比例运算电路 该电路为深度电压串联负反馈电路，且该电路为深度电压串联负反馈电

40、路，且i1f0vRR1v 11RRAffNPivvvfON1N0RvvRv 所以所以 iiiivRivv0 该电路输出始终跟随输入，称电压跟随器（该电路输出始终跟随输入，称电压跟随器（同相比例运同相比例运算电路特例）算电路特例）11RRAff特例：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 vs当当R2 R3时，时，（1）试证明）试证明VS( R3R1/R2 ) IM 解解:（1）根据虚断有）根据虚断有 I

41、I =0所以所以 I2 = IS = VS / R1 例例2.3.3直流毫伏表电路直流毫伏表电路（2）R1R2150k ，R31k ，输入信号电压输入信号电压VS100mV时，通过时，通过毫伏表的最大电流毫伏表的最大电流IM(max)？ 又又根据虚短有根据虚短有 VP = VN =0R2和和R3相当于并联，所以相当于并联，所以 I2R2 = R3 (I2 - - IM )所以所以1S332M)(RVRRRI 当当R2 R3时，时，VS( R3R1/R2 ) IM （2）代入数据计算即可）代入数据计算即可1、 加法电路加法电路一、反相输入加法电路一、反相输入加法电路 在在 反相比例运算电路的反相

42、比例运算电路的基础上，增加一个输入支路，就构成了反相输入加基础上，增加一个输入支路，就构成了反相输入加法电路，见图法电路，见图2.4.4。此时两个输入信号电压产生的。此时两个输入信号电压产生的电流都流向电流都流向Rf 。所以输出是两输入信号的比例和。所以输出是两输入信号的比例和。)()()(i22fi11ff2i21i1f2ii1ovRRvRRRRvRvRiiv相之和。时，输出等于两输入反当f21RRR)()(21i2i1i2fi1fovvvRRvRRv2.4其他线性运算应用电路其他线性运算应用电路二、二、 同相输入加法电路同相输入加法电路 在同相比例运算电路的基础上，增加一个在同相比例运算电

43、路的基础上，增加一个输入支路，就构成了同相输入加法电路。输入支路，就构成了同相输入加法电路。 因运放具有虚因运放具有虚断的特性，对运断的特性，对运放同相输入端的放同相输入端的电位可用叠加原电位可用叠加原理求得理求得: 在反相输入加法电路在反相输入加法电路 后，增加一个反相电后，增加一个反相电路可构成同相输入加法电路。路可构成同相输入加法电路。)1)()1 (/)(221102122112211RRRvRvRRRvvRRRRRvRvRvRvRvvRvvfiiPfpPiiPpppipi其中：2、减法电路、减法电路一、利用反相信号相加以实现减法运算一、利用反相信号相加以实现减法运算 将一路输入信号反

44、相后，与另一路输入信将一路输入信号反相后，与另一路输入信号相加，即可实现减法号相加，即可实现减法运算。第一级为反相运算。第一级为反相比例放大器。若比例放大器。若 R1=Rf1 则则 第二级为反相输入第二级为反相输入加法器加法器101svv 1s2s22f2S1O22fovvRRvvRRv 若若 22RRf21SSOvvv则则二、利用差分式电路实现减法运算二、利用差分式电路实现减法运算 一个信号加在反相输入端，另一信号加在同相一个信号加在反相输入端，另一信号加在同相输入端，其输出信号将正比于两输入信号之差，可输入端，其输出信号将正比于两输入信号之差，可实现减法运算。实现减法运算。 虚短虚短 Np

45、vv fON1N1sRvvRvv 对对N:N:3P2P2SRvRvv 对对P:P:则则112322110sfsfvRRvRRRRRRv若选取若选取231fRRRR 则则:)(121SSfOvvRRv即输出电压与两输入电压之差成比例。即输出电压与两输入电压之差成比例。112322110sfsfvRRvRRRRRRv)21(123421ORRRRA vvvv3、仪用电路、仪用电路式中，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0N v0I 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 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）4、积分电路、积分电路当当vI I为阶跃电压时，有为阶跃电压时，有vO与