电子技术电路(模拟部分)康华光版课件 第二章 运算放大器

1、第二章 运算放大器,2.1集成电路运算放大器,2.2理想运算放大器,2.3 基本线性运放电路,2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用, 2.1 集成电路运算放大器,1. 运放的内部组成单元：,P,N,差分式放大电路,对称性,一级或多级放大电路,提高电压增益,功率放大电路,电压增益为1，向负载提供足够功率,O,以正、负电源的中间接点作为参考点位点,国际符号：,国内符号：,集成运放的特点：,电压增益高,输入电阻大,输出电阻小,集成运算放大器 (operational amplifier)符号,同相输入端,反相输入端,输出端, 2.1 集成电路运算放大器, 2.1 集成电路运算放大器,2. 运

2、放的电路模型：,P,N,输入电阻模拟输入端口,输出电阻与受控源模拟输出端口,电源是运放必须的能源,电源中间接点为参考电位点, 2.1 集成电路运算放大器,2. 运放的电路模型：, 2.1 集成电路运算放大器,2. 运放的电压传输特性：,正饱和,线性区,负饱和,输出电压的正、负极限值,实际输出电压的变化范围是？,为什么ab段几乎是一条垂直于横坐标的直线？,容易导致运放的性能不稳定，为使运放组成的各种应用电路稳定地工作在线性区，须引入负反馈,输出电压正比于输入电压, 2.1 集成电路运算放大器,2. 运放的电压传输特性：,正饱和,线性区,负饱和,例2.1.1, 2.2 理想运算放大器,运放进入饱和

3、区,运放工作线性区, 2.2 理想运算放大器,按功能分类,按工作区域分类,运算 ,处理 滤波、整流、取样保持、绝对值,比较 判断电压大小（第9章）,信号产生 正弦、方波、三角波（第9章）,线性应用(虚短、虚断),非线性应用(虚断),2.3.1 同相放大电路, 2.3 基本线性运放电路,1. 基本电路,2.3.1 同相放大电路, 2.3 基本线性运放电路,2. 负反馈的基本概念,vid=vi-vf=vp-vn 比无反馈时减少,电压增益Av=vo/vi也减小,根据反馈的定义，此时引入的是负反馈,2.3.1 同相放大电路, 2.3 基本线性运放电路,3. 虚假短路,由理想运放的参数可知：,两输入端的

4、电位约相等，称为虚短,两输入端的电流约为零，称为虚断,2.3.1 同相放大电路, 2.3 基本线性运放电路,4. 几项技术指标的近似计算,（1）电压增益Av,由虚短：,由虚断：,2.3.1 同相放大电路, 2.3 基本线性运放电路,4. 几项技术指标的近似计算,（2）输入电阻Ri,由输入电阻的定义：,由虚断：,即便考虑运放为非理想运放这个因素，Ri也可达109,2.3.1 同相放大电路, 2.3 基本线性运放电路,4. 几项技术指标的近似计算,（3）输出电阻Ro,由求输出电阻的方法：,2.3.1 同相放大电路, 2.3 基本线性运放电路,5. 电压跟随器,输出电压等于反馈电压,由虚短：,输入、

5、输出大小相等，相位相同,2.3.1 同相放大电路, 2.3 基本线性运放电路,5. 电压跟随器,在电路中常作为阻抗变换器或缓冲器,阻抗变换器,一个具有高内阻的信号源直接驱动阻值不大的负载时：,2.3.1 同相放大电路, 2.3 基本线性运放电路,5. 电压跟随器,将电压跟随器接在高内阻的信号源与负载之间，由虚短、虚断知：,负载变化仍然成立,消除负载变化对输出电压的影响,2.3.2 反相放大电路, 2.3 基本线性运放电路,虚地点,1.电压增益Av,由虚断：,由虚地：,2.3.2 反相放大电路, 2.3 基本线性运放电路,（2）输入电阻Ri,（3）输出电阻Ro,例2.3.2,T形网络代替R2构成

6、前置放大电路：,由虚地、虚断列n和M点方程：,联立方程求解：,例2.3.2,将参数代入Av的表达式：,故此时R4可用50K电位器代替，设置阻值为35.2K，使得Av=-100，即可通过调节R4的取值来改变电压增益的大小；,例2.3.2,用T形网络代替反馈电阻作用：可用低阻值电阻网络得到高增益的放大电路。,2.4.1 求差电路, 2.4 同相和反相输入放大电路的其他应用,根据虚短、虚断得：,（1）利用差分式电路(difference amplifier)以实现减法运算,2.4.1 求差电路, 2.4 同相和反相输入放大电路的其他应用,（1）差分式电路,若阻值选取满足 R4/R1=R3/R2的关系

7、：,输入电阻Ri,R1=R2,输出电阻Ro,同理想运放的输出电阻, 2.4.1 求差电路,（2）利用反相信号求和以实现减法运算,即,当 时,得,（减法运算）,例2.4.1,高输入电阻差分电路如图，求输出电压表达式。,由叠加定理：,当R1=R21时,与单级差放电路相比，由于第一级是同相输入放大电路，输入电阻为无穷大, 2.4.2 仪用放大器,由差分输入关系知：,输入信号都是从同相端输入，其输入电阻为无穷大, 2.4.3 求和电路,由虚断：,由虚地：, 2.4.3 求和电路,习题2.4.5a, 2.4.3 求和电路,习题2.4.2,对A3利用虚短、虚断有,A4为反相比例,习题2.4.6 习题2.4

8、.7, 2.4.4 积分电路,积分电路(integrator circuit)如图所示。,由虚断：,由虚地：,设电容器C初始电压vC(0)=0,输出电压vO为输入电压vI对时间的积分，其实质是电容两端电压vC为流过电容电流iC的积分, 2.4.4 积分电路,阶跃电压,运放输出电压的最大值受到直流电源电压的限制，运放进入饱和区，输出保持不变，停止积分,vP= vN= 0, 2.4.4 微分电路,微分电路(differential circuit)如图所示。,微分电路还可以用作波形变换，将矩形波变换为尖顶脉冲波。, 2.4.4 微分电路,求vo。,i,例题,归纳与推广,比例运算,微分运算,积分运算,阶跃响应,PID调节器,PID调节器是自动控制系统中常用的运算电路, 2.4.4 微分电路,习题2.4.10,小结:,熟练运用虚断与虚短的概念，掌握运放工作在线性区时的分析与计算。