模电运算放大器

模电运算放大器第1页/共38页内容提要集成电路OP2.1理想OP2.2基本线性OP2.3OP的应用2.4第2页/共38页电路模型输出特性2.1.1集成运放的内部组成单元

2.1.2

运算放大器电路模型内部结构框图国标与常用符号第3页/共38页

2.1.1

集成运放：内部组成单元–V－V＋vPOvO–+输入级差分放大Av1中间级电压放大Av2输出级功率放大Av3+vN+++vO1vO2PN––第4页/共38页

2.1.1

集成运放：内部组成单元互补对称射极跟随器差动放大器第2级差动放大器单管放大器第1级第3级第4级-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL–+功放第5页/共38页

2.1.2

集成运放：符号＋－u－u+uo－＋＋

u－

u+

uoAo国际符号国内符号uo_++ui理想运放第6页/共38页

2.1.2运算放大器电路模型A.电路模型

运放电路模型vNvo–vP–++PNriroAvo(vP–vN)++V＋V－第7页/共38页线性放大区

2.1.2运算放大器电路模型B.电压传输特性Avo越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。例：若UOM=12V，Avo=106，则

|ui|

<12V

时，运放处于线性区。vo=Avo(vP–vN)OV＋V－vP–vN/mVvo/

V正饱和负饱和第8页/共38页

2.2.1

理想运放特点

2.2.2

电路模型输出电压开环增益输入电压输入电阻输出电阻第9页/共38页2.2.1理想运放特点B.开环差模电压放大倍数Avo无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105107之间。理想运放的Avo为。C.输入电压线性工作区是输入电压很小，一般在数μ至数mV之间。理想运放输入电压无限接近0V。A.输出饱和电压输出饱和电压极限值等于运放的电源电压。即：+Vom=V+，－Vom=V－。第10页/共38页2.2.1理想运放特点D.差模输入电阻riri

>1M，有的可达>100M，理想OP的ri为。E.输出电阻roro=几～几十。理想运放的ro为0。F.共模抑制比KCMMR一般100dB以上，理想运放为

。G.3dB带宽fH运放是直流放大器，可放大低频信号，高频信号放大受限制。理想运放为。第11页/共38页2.2.2理想运放电路模型OV＋V－vO/VvP–vN/mViP=

0vNvovPAvo(vP–vN)++V＋V－iN=

0riro第12页/共38页基本电路近似计算

2.3.1同相放大电路

2.3.2

反相放大电路基本电路负反馈概念虚短与虚断近似计算电压跟随器第13页/共38页1.

基本电路

2.3.1同相放大电路结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高。viR2R1vpvnA+–vo+–+–vpvnvo所谓“反相”和“同相”，仅对一般情况下的输出-输入关系而言。由于外接反馈网络中可能含有电抗元件，输出vo和输入vi未必总是同相或总是反相。第14页/共38页2.

负反馈过程

2.3.1同相放大电路vpvoR1、R2vnvidvo电压串联负反馈同相比例电路的特点：3.共模输入电压为vi，故对运放的共模抑制比要求高。1.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。2.由于串联负反馈的作用，输入电阻大。+(+)(+)viR2R1(+)vid–vpvovnA+–第15页/共38页3.

虚短与虚断

2.3.1同相放大电路虚断由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，分析时常将其理想化，称所谓的理想运放。理想运放放大倍数与负载无关线性区工作特点虚短多级运放电路可分别逐级单独分析。+viR2R1vid–vpvovnA+–ii第16页/共38页4.

近似计算

2.3.1同相放大电路线性运放电路计算出发点：电压增益Av

：虚短虚短路虚开路+viR2R1vid–vpvovnA+–ii！虚断

R2=

0时，Av=？第17页/共38页4.

近似计算

2.3.1同相放大电路线性运放电路计算出发点：输入电阻Ri：虚短路虚开路！虚断输出电阻Ro：+viR2R1vid–vpvovnA+–iiRo

=ro

//

ri//(R1＋R2)≈ro

//

(R1＋R2)根据Ro定义：vi=

0第18页/共38页4.

近似计算

2.3.1同相放大电路电路如图，是否具有“同相运放电路”的放大功能？输入输出电阻∞和0？电压增益Av

：+viR2R1vid–vpvovnA+–ii不是虚断！？viR2R1vo仅特殊情况相等第19页/共38页5.

电压跟随器

2.3.1同相放大电路结构特点：输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入，是同相比例运算放大器之特例。电压增益Av

：vivpvovnA+–ii此电路是为电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，起输入缓冲作用，但其电压跟随性能更好！第20页/共38页1.

基本电路

2.3.2反相放大电路结构特点：负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。属电压并联负反馈，输出电阻很小！但输入阻抗减少啦！vivnvpvoiiA–+R2RBR11.共模输入电压为0，故对运放的共模抑制比要求低。2.由于电压负反馈作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。3.由于并联负反馈作用，输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。4.在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。平衡电阻，使输入端对地静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性，有时取消。RB

=R1

//R2。第21页/共38页2.

近似计算

2.3.2反相放大电路电压增益Av

：vivnvpvoiiA–+R2RBR1虚短与虚断负号表示反相第22页/共38页2.

近似计算

2.3.2反相放大电路输入电阻Ri：vivnvpvoiiA–+R2RBR1输出电阻Ro：缺点：输入电阻被严重拉低！优点：输出电阻仍然维持在很小的水平！第23页/共38页3.

例：求如图的Av=

2.3.2反相放大电路对节点M，有：vivnvpvoi1A–+R2R4R1R3i2i3i4M对节点P，有：R4起削弱负反馈作用，电压放大倍数提高！避免用过大的反馈电阻。VERYGOOD！第24页/共38页对数运算有源滤波

2.4.1减法电路

2.4.5

其它应用（自学）

2.4.2仪用放大器

2.4.3加法电路

2.4.4积分和微分电路乘除平方开方运算理想二极管（绝对值、整流）第25页/共38页

2.4.1减法电路1.

电路结构结构特点：属反、同相输入相结合的放大电路。减法运算：vi2npvoA–+R3R4R2vi1R1i3i4i2i1P|N点虚断、虚短R4/R1=R3/R2

第26页/共38页

2.4.1减法电路2.

其它参数vi2npvoA–+R3R4R2vi1R1i3i4电压增益Avd

：i2i1R1=R2输入电阻Ri

：输出电阻Ro

：差动输入，但输入电阻不高低，但输出电阻维持很低。第27页/共38页

2.4.1减法电路3.

带缓冲的双运放减法器输出电压：同相输入

常用同相器做缓冲输入级以提高输入阻抗。vnvo1A1–+R21R1=R21vnvo2A2–+R22R22R2vi1vi2R2单级减法器输入阻抗大

跟随器更佳第28页/共38页

2.4.2仪用放大器专用仪表放大器，应用非常广泛！iiv2+v4A2–+R2voA3–+R4R4R3v1R2R1v3A1+––iR3第29页/共38页

2.4.3加法电路结构特点：反相加法器加法运算：真加法器（反相）R1=R2=R3vi1voi1A–+R3R1i3vi2i2R2加权加法器

节点法！R1=R2≠R3加法∙放大器第30页/共38页

2.4.4积分微分电路积分原理：真加法器（反相）虚短和虚断！1.

积分电路i2vivoi1A–+CR积分电路的主要用途：1.在电子开关中用于延迟；2.波形变换。例：将方波变为三角波；3.A/D转换中，将电压量变为时间量；4.移相、滤波或自动控制部件。第31页/共38页

2.4.4积分微分电路微分原理：虚短和虚断！2.

微分电路i2vivoi1A–+CR微分电路的主要用途：1.用于求某物理量的变化率的地方；2.波形变换。例：将三角波→方波；3.移相、滤波或自动控制部件。4.输入电压变化不能太大，否则运放易饱和甚至被损坏。第32页/共38页

2.4.5其它应用对数运算有源滤波乘除平方开方运算理想二极管（绝对值、整流）阻抗变换复杂函数实现（自动控制）波形发生与变换第33页/共38页1.

求如图电路的vo表达式

应用举例vi1i1R2vo2A2–+R3R1R2voA1+–i2vi2R4N1P1P2N2R1Mi1=－i2第34页/共38页i1=i22.

求负载电流iL。说明其为与vi相关/RL无关的恒流源

应用举例i1RRCRRvo1A1+–i2