第2章 运算放大器

1、23:17:5912.1 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 同相输入和反相输入放大电同相输入和反相输入放大电 路的其他应用路的其他应用23:17:5922.1 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23:18:0032.1 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

2、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23:18:0042. 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注意输入输出的相位关系系23:18:0152. 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

3、(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23:18:016【例题例题】 F007 F007运算放大器的正、负电源电压为运算放大器的正、负电源电压为15V15V，开环电压放大倍数，开环电压放大倍数AV0=2 105, ,输出最大电输出最大电压（即压（即Uo(sat)为为13V。在下图电路中分别加如。在下图电路中分别加如下电压，求输出电压及其极性：下电压，求输出电压及其极性：V;10V,15) 1 (uuV;10V,5)2(uumV;50V,)3(uuV;0mV,5)4(uu u u+ uo

4、 23:18:0173V1oumV;50V,)3(uu输出电压3V1ouV;0mV,5)4(uu输出电压V651021350)(usatOAuuu解只要两个输入端之间的电压绝对值超过只要两个输入端之间的电压绝对值超过6565V V，输出电压就达到正或负的饱和值。输出电压就达到正或负的饱和值。5VV10)1015(10265ouV;10V,15) 1 (uu输出电压1VV10)105(10265ouV;10V,5) 2(uu输出电压23:18:018理想：理想：ri ro0 Avo voAvo(vpvn)2.2 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饱和极限值等于运放的

5、电源电压的电源电压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 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 I1 =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 ，输输入信号电压入信号电压Vs100mV时，通过毫伏时，通过毫伏表的最大电流表的最大电流Im(max)？ 又又根据虚短有根据虚短有 Vp = Vn =0R2和和R3相当

6、于并联，所以相当于并联，所以 I2R2 = R3 (I2 - Im )所以所以1s332mRVRRRI)( 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23:18:06222.4 同相输入和反相输入同相输入和反相输入放大电路的其他应用放大电路的其他应用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23:18:06232.4.1 求差电路求差电路 从结构上看，它是反相从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放输入和同相输入相结合的放大电路。大电路。4on

7、1ni1RvvRvv 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、虚断虚断和和N N、P P点的点的KCLKCL得：得：pnvv (减法电路减法电路)23:18:06242.4.1 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）23:18:06252.4.1 求差电路求差

8、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23:18:07262.4.2 仪用放大器仪用放大器)21(123421ORRRRA vvvv23:18:07272.4.3 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点点的的KCLKCL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）23:18:07282.4.4 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

9、。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0PNvv0i 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）23:18:07292.4.4 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23:18:08302.4.4 积分电路和微分电路积分电路和微分电路2. 微分电路

10、微分电路tRCddIOvv 23:18:0831【例题例题】图示是集成电路的串级应用，试说明分别是什图示是集成电路的串级应用，试说明分别是什么运放电路，并求输出电压么运放电路，并求输出电压u0R R2 2R R1 1R RF Fu uo ou ui2i2u ui1i1R R2 2R R1 1R RF Fu uo oA A1 1A A2 223:18:0832解：A1A1是电压跟随器，是电压跟随器，i1o1uuA2A2是差分运算电路，是差分运算电路，o11Fi21Fo1uRRuRRui11Fi21F1uRRuRRR R2 2R R1 1R RF Fu uo ou ui2i2u ui1i1R R2

11、 2R R1 1R RF Fu uo oA A1 1A A2 2u0123:18:0833【例题例题】试求图示运放电路的输出电压试求图示运放电路的输出电压uo表达式：表达式： 【解解】电路为非典型的两级运放电路，不能直接应用现成公式，电路为非典型的两级运放电路，不能直接应用现成公式，而应根据运放工作的基本规则结合电路结构加以分析。而应根据运放工作的基本规则结合电路结构加以分析。 由前后两级运放在线性工作时同相端与反相端的由前后两级运放在线性工作时同相端与反相端的“虚短虚短”和和“虚断虚断”可知可知 23:18:0934根据图示电路的结构及各支路电流参考方向可知根据图示电路的结构及各支路电流参考

12、方向可知 I1I2I5I4I3u0123:18:0935【例题例题】如图如图16.3所示的运算放大器电路所示的运算放大器电路,已知已知 ui=2V,R1=R2=1k,R3=R4=1k ,求求 u0=？【解解】解法一解法一：由理想运放虚断的特点可：由理想运放虚断的特点可知知i1+=i1-= 0 ,i 2+=i2-=0,则则R1、 R2中流过同中流过同一电流一电流i1， R3、 R4中流过同一电流中流过同一电流i2。又。又由理想运放虚短的特点可知由理想运放虚短的特点可知u1+=u1-,u 2 += u 2-,故故u1+-u2+ = u1-u2- =ui=i1R2+i2R3。因而因而23:18:0936解法二解法二：假设：假设u1+=ui1、u2+=ui2， 则由则由图示电路可知图示电路可知ui=u1+-u2+=ui1- u i2 。运放运放A2可视为以可视为以u2+=u i2为输入信号为输入信号的同相比例放大器，其输出电压的同相比例放大器，其输出电压运放运放A1