讲第二章运算放大器

电子系统与信号的基本概念。指若干相互连接，相互作用的基本电路组成的具有特定功能的电路整体。信号是信息的载体。分模拟信号和数字信号。放大电路的简化模型。四种放大电路模型。放大电路的主要性能指标。输入、输出电阻；增益；频率响应；带宽2上

讲

回

顾第2章运算放大器集成电路运算放大器理想运算放大器基本线性放大电路同相输入和反相输入放大电路的其它应用MECHANICAL

&

ELECTRICAL

ENGINEERING

COLLEGE

OF

S

AGRICULTURAL2.1.1

集成电路运算放大器的

组成单元一般由输入级、中间(放大)级、输出级和偏置电路等四部分组成。输入级差分放大Av1中间级电压放大Av2Pvo+-

+偏置电路vo1-+vo2-+输出级功率放大Av3=1

oNP称同相输入端：当输入信号从P端加入(N端接地)时，输出信号与输入信号同相。+42.1.1

集成电路运算放大器的

组成单元一般由输入级、中间(放大)级、输出级和偏置电路等四部分组成。输入级差分放大Av1中间级电压放大Av2Pvo-

+偏置电路vo1-+vo2-+输出级功率放大Av3=1

oNN称反相输入端：当输入信号从N端加入(P端接地)时，输出信号与输入信号反相。+52.1.1

集成电路运算放大器的

组成单元一般由输入级、中间(放大)级、输出级和偏置电路等四部分组成。A中间级电压放大Av2Nvo+

P

+-

+偏置电路输入级差分放大

vo1v1-+vo2-+输出级功率放大Av3=1

oviv01＝Av1vi＝

Av1(vP-vN)v0＝

Av0(vP-vN)v02＝

Av1Av2(vP-vN)Av0＝

Av1

Av262.1.2

集成电路运算放大器的符号(a)

符号

(b)常用原符号2.1.3.集成电路运算放大器的电路模型v0

+

_rivPvN+_Av0vIP+-+N-+vI-+＋VCCr0-VCC同相输入端vi1、v+、vP反相输入端vi2、v－、vN7vIv0-V0m+V0m2.1.4集成电路运算放大器的开环电压传输特性因开环放大倍数Avo很高，所以即是在输入端有微小的变化也会使运放进入非线性区而使输出接近电源电压。线性区内:v0=vIAvo=(vP-vN)

Avo非线性区内:

正向饱和:v0=+V0m负向饱和:v0=-V0m运算放大器有两个工作区线性工作区和非线性工作区。82.2.1

理想运放的主要性能指标v0vI

+

_rivP+_Av0vIr0P-Nv+-N+

+-+＋VCC-VCC(1)

Avo=∞;i(2) r

=∞;o(3) r

=0;2.2.2

理想运放的开环传输特性当vP＞vN时，V0=+V0m当vP＜vP时，V0=-V0m

-V0mv0+V0mvI＝vP-vN2.2理想集成运算放大器91.开环理想运放的动态范围近似为零;2.集成运放工作2.2.3

结论Rf+-vPvNvo性区的必要条件:接成负反馈vovi103.集成运放工作在非线性区的必要条件:开环或接成正反馈+-vPvNv

o+-vPvNvoRfv0

-V0m+V0mvI（vP-vN）2.2.3

结论11vO

=Avo(vP-vN)理想运放工作(1) “虚短”vo

0∵理想运放

A =∞,

而v

为有限数-+i→IIA→d

vNvPv0∴

vP-vN≈0即vP≈vN也就是说运放的同相输入端和反相输入端之间“虚短”。(2)“虚断”∵vP-vN≈0,且Ri=≈∞性区的两个特点-+i→I→Id

vNvPvORi∴Id=Ii=0两个输入端的电流均为零，称作“虚断路”。12R'vsvoRfR1vPvN

2.3.1

同相放大电路1.

基本电路电压串联负反馈根据虚断的概念得：平衡电阻R’

=

R1

//

Rf根据虚短的概念得：若Rf=0，R1=∞13R'vsvovPvN

2.3.1

同相放大电路基本电路电压跟随器特点：vo

＝vs

即Av=1输入电阻大，信号源提供电流很小；输出电阻小，带负载能力强所以，一般作多级放大电路的输入级、输出级和中间级。14同相放大电路负反馈的基本概念(具体内容在第七章讲)凡是将放大电路输出回路的信号(电压或电流)的一部分或全部通过某种电路，送回到输入回路，与输入信号迭加，就称为反馈。反馈体现了输出信号对输入信号的反作用。负反馈和正反馈电压反馈与电流反馈c.串联反馈与并联反馈15引入反馈前：v

=

vi

d引入反馈后：vd=vi-

vfRf+vPvN

-vovivdR1vf3.

负反馈的基本概念(具体内容在第七章讲)a.负反馈和正反馈若引回的反馈信号与输入信号相位相反则使净输入信号削弱，就称为负反馈。2.3.1

同相放大电路16引入反馈前：ii

=

id引入反馈后：id=

ii+

ifRf+vPvoiiidvN

-R1if3.

负反馈的基本概念(具体内容在第七章讲)a.负反馈和正反馈若引回的反馈信号与输入信号相位相同,则使净输入信号加强，就称为正反馈。2.3.1

同相放大电路173.

负反馈的基本概念(具体内容在第七章讲)b.电压反馈和电流反馈若反馈信号取自输出电压信号，并与之成正比则称为电压反馈；Rf+vPvN

-vovivdR1vf反馈信号vf

:0R1

RfRffv

v2.3.1

同相放大电路18若反馈信号取自输出电流信号，并与之成正比则称为电流反馈。Rf+vPvN

-vovivdvf

R1R3R2iovfR

R

1

2

i0R1

R2

Rf3.

负反馈的基本概念(具体内容在第七章讲)b.电压反馈和电流反馈2.3.1

同相放大电路19RfvP

+N

-voidviiR1if3.负反馈的基本概念(具体内容在第七章讲)c.串联反馈和并联反馈若输入信号、反馈信号与净输入信号在基本放大器输入端以电流的方式相加减，并联反馈；以电压的方式相加减，串联反馈Rf+vPvN

-vovivdvf

R12.3.1

同相放大电路202.3.1

同相放大电路4.

输入、输出电阻放大电路输入电阻：定义1：放大电路对信号源而言相当于一个负载取用信号源的信号，该负载用一个电阻等效。定义2：从放大电路输入端看进去的电阻21R'voRfR1vPvN

isRi

=vsis因is

－>0，输入电阻的具体计算方法：vs所以Ri

－>∞4.

输入、输出电阻2.3.1

同相放大电路222.3.1

同相放大电路4.

输入、输出电阻放大电路的输出电阻：定义：放大电路对负载而言相当于一个信号源，该信号源的内阻即为放大电路的输出电阻。23R'RfR1vPvN

isvTiTr00V0V4.

输入、输出电阻输出电阻的计算方法：vsR0

=vTiTvs=0,RL=

∞≈

r0//Rf

≈

02.3.1

同相放大电路24小结：电压串联负反馈电压放大倍数：R'voRfR1vPvN

isvs输入电阻ri：ri－>∞输出电阻ri：r0－>02.3.1

同相放大电路25RmIiI1IM+-+Vs

-磁电式仪表例.磁电式仪表指针偏移满刻度时,流过动圈电流IM=100μA。当R1=2M时,测得的最大输入电压Vs(max)=?解.电路接成反相比例运算放大电路,根据虚短和虚断的概念知:V-=V+=VsI

=IM

1iI

=0Vs(max)=I1R1=IMR1=100×10-6×2×106=200VR1

Vs2.3.1

同相放大电路262.3.2

反相放大电路1.

基本电路电压并联负反馈电压放大倍数因为虚断，所以因为虚短，所以i

fi

fsRR1vo

-

v电路中R’称为平衡电阻R’=R1

//Rf0V0V1iRi

vs

v0ff

iRvfsv

R1A

vo

=-

Rfv

=0vs-+RfR'voif

↓R1ii→id→APNPvN=vP=0N端是不接地的地电位，称虚地。27vsRfR'if

↓R1ii→id→

-A

+RiRi

=vsiivT2.3.2

反相放大电路1.

基本电路3).输入、输出电阻＝R1R0

=iTvs=0,RL=

∞≈r0//Rf

≈0vTiTr0N

0VP

0V28vsRfR'voif

↓R1ii→id→

-A+PN2.3.2

反相放大电路小结：电压并联负反馈电压放大倍数fsv

R1voAvf

=-R输入电阻ri：ri

=R1输出电阻ri：r0－>029v-+AR2R3voif↓R1iis

→id→i3↑i4R4

↑R'vR3i

iv

v

2.T型反馈网络虚短、虚断R1I

I

i

fVsR

3fsR2R1v

R2

I

vI3=I4+IfAvf

vo

-vsR

R

R

R

R

R2

3

2

4

34R

R1

4R3R2

R4V

V

V

V

R3

0

R3

R30V2.3.2

反相放大电路302.3.2

反相放大电路2.T型反馈网络例.1)求Av表达式2)若R1=51K,R2=R3=390K，，当v0=-100vi时,求R43)直接用R2代替T型网络时当R1=51K,Av=-100时,求R22)2-

4

451R4390

390R

390R100

v-+AR2R3voif↓R1iis

→id→i3↑i4R4

↑R'vR3解.1)1

4vfsv

R

RA

vo

-

R2

R3

R2

R4

R3

R4得:R4=35.2K31vs-+AR2R3voif↓R1ii→id→i3↑4i4R

↑R'vR32.3.2

反相放大电路2.T型反馈网络例.1)求Av表达式2)若R1=51K,R2=R3=390K，当v

=-100v

时,求R0

i

43)直接用R2代替T型网络时，当R1=51K,Av=-100时,求R2解.3)当用R2代替T形网络的电阻时,变为一个反相比例运算放大器1vfRA

R2R2

Avf

R1

5100K32-VsR2/(R1R3)=Vs/R1-IM2sMRV

R1R3

I0VV-=V+=0,I1=0

Is=I2

=

Vs/R1I3=I2-IM求通过毫伏表的最大电流IM(max)解.1)利用虚断和虚短的概念:例.当R2＞＞R3时1)证明Vs=(R1R3/R2)IM2)R3=1K,R1=R2=150K,Vs=100mV,+-+-VsR1R2R3IsI1I2IMI3VMVM=-I2R2=-VsR2/R12.3.2

反相放大电路330V例.当R2＞＞R3时1)证明Vs=(R1R3/R2)IM2)R3=1K,R1=R2=150K,Vs=100mV,求通过毫伏表的最大电流IM(max)解.1)利用虚断和虚短的概念:+-+-VsR1R2R3IsI1I2IMI3VM2.3.2

反相放大电路2)求IM(max)MV341.理想集成运算放大器的条件(指标)；理想集成运算放大器工作

性区的必要条件及结论；同相比例运算放大器；反相比例运算放大器；电压并联负反馈电压放大倍数vsRfR'voif

↓R1ii→id→

-A+PNfvfsRvv

R1A

o

=-输入电阻ri：ri

=R1输出电阻ri：r0－>0352.3.1

求输出电压voR2+-10K20K2va)为反相比例运算放大器:I+=I-=0;V+=V-VaVa=2V

I1=

I2I1

R1I21

2VaRR20aRV

1V

6V

R

1

b)

为同相比例运算放大器:voR1R2+-10K20K2v

R

V0

1

2

V

6V

R1

36c)R2+-20K2v