模拟电路备课笔记——运算放大器解读

1、苏大论坛，苏州大学第一门户网站欢迎您！运算放大器集成电路运算放大器内部组成单元集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放 大电路。输入级：由 BJT 、JFET或 MOSFET 组成的差分式放大电路，利用对称性提高整个电路 的共模抑制比。两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。 电压放大级：提高电压增益，由一级或多级放大电路组成。 输出级：由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。 偏置电路：为各级提供合适的工作电流。 辅助环节：电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节等。电路模型电路符号传输特性理想运算放大器1. Avo，r

2、i， ro02. 非线性区： vp vn 时， Vom V ；vp vn 时， Vom V3. 线性区： vp vn 虚短， i p in 0 虚断基本线性运放电路同相放大电路电压串联负反馈放大电路vi vp vn ，viRfif i1i ，vo (R1 Rf)if (1 f )viR1R1Ri， Ro0特点： vi vp vn ，运放存在共模输入信号，要求运放有较高的共模抑制比。 特殊应用：电压跟随器反相放大电路电压并联负反馈放大电路。vp vn 0 虚地，viRfi f i1， voRf i fvif 1 R1o f fR1 iRi R1 ， Ro0特点： vp vn 0 ，运放两个输入端

3、没有共模输入信号，对运放的共模抑制比没有特殊要 求。同相和反相放大电路的其它应用求差电路图 2.4.1 差分式求差电路图 2.4.2 反相求和式减法电路R31. 差分式减法电路vo (1 R4) R3 vi2 R4 vi1 oR1 R2 R3 i 2 R1 i1R1若取 R3 R4 ， vo R4 (vi2 vi1) R2 R12反相求和式减法电路Rf 1vo1R1 vi1，若 Rf1 R1 ，则vo1 vi1Rf 2Rf 2vo(vo1 vi2)(vi1 vi2 )R2R2仪用放大器求和电路图 2.4.3 反相加法电路vovi2R3R1vi1积分和微分电路1. 积分电路图 2.4.4 积分电

4、路vI1 vI 1i ， vovcdtvI dtR o c C R RC I假设输入信号 vI 是阶跃信号，且电容初始电压为零，则voVI RCvo 保输出电压与时间成线性关系。 vo 达到运放输出电压最大值 Vom ，运放进入饱和状态， 持不变。积分误差：集成运放 VIO I IB IIO ，可选用输入级为 FET 的 BiFET 运放。积分电容器的漏电流，可选用泄漏电阻大的电容器，如薄膜电容、聚苯乙烯电容器。积分器可用作显示器的扫描电路或将方波转换为三角波等。2. 微分电路图 2.4.5 微分电路图 2.4.6 微分电路波形dvIvoiR RC Io dt输入电压为阶跃信号时，考虑到信号源

5、总存在内阻，在 t=0 时，输出电压仍为一个有限值。 随着电容器的充电，输出电压将逐渐地衰减，最后趋近于零。当输入电压为 vi sin t 时，则输出电压 vo RC cos t 。输出幅度将随频率的增加而 线性地增加。说明微分电路对高频噪声特别敏感，故它的抗干扰能力差。改进型的微分电路： R1 起限流作用， R2 和 C2 并联起相位补偿作用。应用：自动控制系统 PID 调节器。对数和指数电路1. 对数运算电路图 2.5.1 对数运算电路 利用半导体 PN 结伏安特性，可以实现对数运算。常将 BJT 的集电极与基极短路， 接成二极管形式， 则在很宽范围 （iC 10 910 3A ），iC与

6、 vBE 有较精确的对数关系。vi iiRiC iE I ES (evBE /VT 1) I ES evBE /VTi vovBEVT lnVT ln I ESR输出电压幅度不能超过 0.7V，且 vi 0 ，以保证晶体管处于导通状态。2. 指数运算电路vivBEiEI ES (evBE /VT 1) I ESevBE /VTiRiERRI ES evi /VTv i 0。为了消除温度对运算电路产生的误差，也需要采用温度补偿。乘除运算电路变跨导式模拟乘法器图 2.6.2 双平衡式四象限乘法电路 图 2.6.3图 2.6.1 变跨导式二象限模拟乘法器 乘法器符号gmVTiEE /2 iEEEE2VEET ， iEEvogm(RC |R2L )vXRC |RL2RVTvXvY缺点：vY 小时误差大， vY 0 ，为二象限乘法器。模拟乘法器的应用图 2.6.4 除法运算电路图 2.6.5 开平方电路1. 除法运算电路vX1i X1 ， v2iR2， v2 KvovX2R1 2 22 o X2vR2 vX