模电02运放【严选材料】

1、2.1 集成电路运算放大器,2 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,集成运算放大器是一种高增益的多级放大器。 由于最初用于数学运算，所以称为运算放大器。 运算放大器的用途早已不限于数学运算，它在信号的产生、变换、处理、测量等方面，起着非常重要的作用，所以获得了非常广泛的应用，,2.1 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,图2.1.1 集成运算放大器的内部结构框图,集成运算放大器是一种电子器件，它采用一定制造工艺将大量半导体三极管、电阻、电容等元件及它们之间的连线制作在同一小块单晶硅的芯片上，并具有

2、一定功能的电子电路。,输入级：对整个运算放大器的性能指标影响较大，通常采用差动放大器，以减小零点漂移。 中间级：主要完成电压放大任务，要求有高的电压增益，一般采用带有源负载的共射极电压放大器， 输出级：主要任务是进行功率放大，以驱动负载工作，一般采用互补对称的功率放大器。 除此之外，还有些辅助环节，如偏置电路，主要为各级放大器提供合适的静态工作电流；电平偏移电路，主要用于调节各级工作电压，且当输入信号为零时，保证输出电压为零；短路保护电路，主要是防止输出端短路时损坏内部管子。,2.1 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,图2.1.2 运算放大器的代表符号 （a）国家标准

3、规定的符号 （b）国内外常用符号,图2.1.3 运算放大器的电路模型,通常： 开环电压增益 Avo的105 （很高）,输入电阻 ri 106 （很大）,输出电阻 ro 100 （很小）,vOAvo(vPvN) （ V vO V ）,注意输入输出的相位关系,可将运算放大器看做一个简化的具有端口特性的标准器件。可以用一个包含输入端口、输出端口和供电电源端的电路模型来代表。,2.1 集成电路运算放大器,当Avo(vPvN) V 时 vO V,当Avo(vPvN) V-时 vO V-,电压传输特性 vO f (vPvN),线性范围内 vOAvo(vPvN),Avo斜率,电路模型中的输出电压vo不可能超

4、越正、负电源电压值。,2.1 集成电路运算放大器,1. vo的饱和极限值等于运放的电源电压V和V,2.2 理想运算放大器,2. 运放的开环电压增益很高 若（vPvN）0 则 vO= +Vom=V 若（vPvN）0 则 vO= Vom=V,3. 若V vO V ，则（vPvN）0,4. 输入电阻ri的阻值很高 使 iP 0、iN 0,5. 输出电阻很小， ro 0,图2.2.1 运放的简化电路模型,1. 理想运放,2.3 基本线性运放电路,串联负反馈，输入端电压求和。,深度负反馈条件下,虚短,虚断,虚短,虚断,并联负反馈，输入端电流求和。,虚短是本质的，虚断是派生的。,虚断是本质的，虚短是派生的

5、。,2.3.1 同相放大电路,几项技术指标的近似计算,（1）电压增益Av,根据虚短和虚断的概念有 vpvn， ip-in0,所以,闭环电压增益（可作为公式直接使用）,2.3 基本线性运放电路,结论：Av为正值，表示vo与vi同相，并且总是大于1。引入深度负反馈之后，Av的值只取决于外部电路的元件值，与运放本身无关。因此此电路又称同相比例运算放大电路。,输入信号电压加到同相输入端,2.3.1 同相放大电路,（2）输入电阻Ri,输入电阻定义,根据虚短和虚断有 vivp，ii ip0,所以,（3）输出电阻Ro,Ro0,2.3 基本线性运放电路,2.3.1 同相放大电路,5. 电压跟随器,根据虚短和虚

6、断有,vovn vp vi,（可作为公式直接使用）,2.3 基本线性运放电路,同相放大电路特点：输出电压vo与输入电压vi大小相等，相位相同，因此，该电路称为电压跟随器。,输入电阻大，输出电阻小，常作阻抗变换器用。,电压跟随器的作用,无电压跟随器时 负载上得到的电压,电压跟随器时,ip0，vpvs,根据虚短和虚断有,vovn vp vs,2.3 基本线性运放电路,2.3.2 反相放大电路（反相比例运算）,（a）电路图 （b）由虚短引出虚地vn0 图2.3.5 反相放大电路,1. 基本电路,2.3 基本线性运放电路,2. 几项技术指标的近似计算,（1）电压增益Av,根据虚短和虚断的概念有 vn

7、vp 0 （虚地）， ii0,所以 i1i2,即,（可作为公式）,2.3.2 反相放大电路,2.3 基本线性运放电路,为提高精度，一般接入匹配电阻,输出与输入成比例且反相,输入阻抗匹配同相、反相端对地电阻相等，以抑制零漂,2. 几项技术指标的近似计算,（2）输入电阻Ri,（3）输出电阻Ro,Ro0,2.3.2 反相放大电路,2.3 基本线性运放电路,反相比例运算电路特点：,输入电阻小，因虚地无共模电压,2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用,2.4.1 求差电路,2.4.2 仪用放大器,2.4.3 求和电路,2.4.4 积分电路和微分电路,2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用,2

8、.4.1 求差电路,从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。,当,则,若继续有,则,根据虚短、虚断和n、p点的KCL得：,2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用,2.4.1 求差电路,从放大器角度看,时，,增益为,（该电路也称为差分电路或减法电路）,2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用,2.4.1 求差电路,例2.4.1:一种高输入电阻的差分电路,2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用,解:,第一级同相放大:,第二级差分减法放大:,2.4.2 仪用放大器,2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用,电路对称 据虚短、虚断,一般固定R2R3R4，调节R1来实现对

9、Av的调节。,2.4.3 求和电路,根据虚短、虚断和n点的KCL得：,若,则有,（也称为反相加法电路）,2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用,若输出再接一级反相电路，vo=？,根据虚短、虚断和N点的KCL得：,若,（加法运算）,则,例：同相加法电路,在同相比例运算器的同相端再增加一个信号输入端,2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用,第一级反相比例,第二级反相加法,例：利用反相信号求和以实现减法运算,即,当 时,得,（减法运算）,2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用,图1,R1,R,Rf,vo,vi1,vi2,例2-1：如图电路是由理想集成运算放大器构成的放大电路试写出V

10、O与Vi或Vi1，Vi2及Vi3之间关系式。,解：方法一：根据“两虚“列KCL方程,图一：vP=vN，ii=0, vP=vi1,iR1=iRf,例2-1：如图电路是由理想集成运算放大器构成的放大电路试写出VO与Vi或Vi1，Vi2及Vi3之间关系式。,图1,R,R1,Rf,vo,vi1,vi2,解：方法一：根据“两虚“列KCL方程,图2,R4,R9,R7,R6,vi1,vi2,R2,R8,vo1,vo2,R1,R5,R3,vo,vi3,R10,图二：vP=vN，ii=0, vP1=vi1,iR1=iR2, vP2=vi2,iR5=iR6, vP3=vN3,例2-1：如图电路是由理想集成运算放大器构成的放大电路试写出VO与Vi或Vi1，Vi2及Vi3之间关系式。,解：方法二：熟悉基本运算单元电路，,结合叠加法直接写出单级关系式,图一：当vi1=0时，为反相比例运算； vi2=0时，是同相比例运算,例2-1：如图电路是由理想集成运算放大器构成的放大电路试写