运算放大器

第二章运算放大器姚恒[e-mail]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.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运放是集成元件，所以内部构造相对不那么重要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）国家标准规定的符号（b）国内外常用符号反相输入端同相输入端2.运算放大器的电路模型图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106Ω（很大）输出电阻ro100Ω（很小）vO＝Avo(vP－vN)（V－＜vO＜V＋）注意输入输出的相位关系2.运算放大器的电路模型当Avo(vP－vN)V＋时vO＝V＋当Avo(vP－vN)V-时vO＝V-电压传输特性vO＝f(vP－vN)线性范围内vO＝Avo(vP－vN)Avo——斜率第二章为线性区应用必须负反馈连接2.2理想运算放大器1.vo的饱和极限值等于运放的电源电压V＋和V－2.运放的开环电压增益很高若（vP－vN）＞0则vO=+Vom=V＋若（vP－vN）＜0则vO=–Vom=V－3.若V－vOV＋则（vP－vN）04.输入电阻ri的阻值很高使iP≈0、iN≈05.输出电阻很小，ro≈0理想：ri≈∞ro≈0Avo→∞vo＝Avo(vp－vn)图2.2.1运放的简化电路模型2.3基本线性运放电路2.3.1同相放大电路2.3.2反相放大电路2.3.1同相放大电路（a）电路图（b）小信号电路模型图2.3.1同相放大电路1.基本电路2.3.1同相放大电路2.负反馈的基本概念开环闭环反馈：将放大电路输出量，通过某种方式送回到输入回路的过程。瞬时电位变化极性——某时刻电位的斜率电路有vo＝Avo(vp－vn)引入反馈后vn0，vp(vi)不变→(vp－vn)↓→vo↓使输出减小了，增益Av＝vo/vi下降了，这时的反馈称为负反馈。2.3.1同相放大电路3.虚假短路图中输出通过负反馈的作用，使vn自动地跟踪vp，即vp≈vn，或vid＝vp－vn≈0。这种现象称为虚假短路，简称虚短由于运放的输入电阻ri很大，所以，运放两输入端之间的ip＝-in＝(vp－vn)/ri≈0，这种现象称为虚断。由运放引入负反馈而得到的虚短和虚断两个重要概念，是分析由运放组成的各种线性应用电路的利器，必须熟练掌握。2.3.1同相放大电路4.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vp≈vn，ip＝-in＝0o211npivvvvRRR所以12121io1RRRRRAvvv（可作为公式直接使用）2.3.1同相放大电路4.几项技术指标的近似计算（2）输入电阻Ri输入电阻定义iiiivR根据虚短和虚断有vi＝vp，ii＝ip≈0所以iiiivR（3）输出电阻RoRo→02.3.1同相放大电路5.电压跟随器根据虚短和虚断有vo＝vn≈vp＝vi1iovvvA（可作为公式直接使用）电压跟随器的作用无电压跟随器时负载上得到的电压sssLsLo01.011001vvvvRRR电压跟随器时ip≈0，vp＝vs根据虚短和虚断有vo＝vn≈vp＝vs2.3.2反相放大电路（a）电路图（b）由虚短引出虚地vn≈0图2.3.5反相放大电路1.基本电路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≈vp＝0，ii＝0所以i1＝i212ioRRAvvv2on1niRRvvvv即（可作为公式直接使用）2.3.2反相放大电路2.几项技术指标的近似计算（2）输入电阻Ri11iiiii/RRiRvvv（3）输出电阻RoRo→02.3.2反相放大电路当R2R3时，（1）试证明Vs＝(R3R1/R2)Im解（1）根据虚断有Ii=0所以I2=Is=Vs/R1例2.3.3直流毫伏表电路（2）R1＝R2＝150k，R3＝1k，输入信号电压Vs＝100mV时，通过毫伏表的最大电流Im(max)＝？又根据虚短有Vp=Vn=0R2和R3相当于并联，所以–I2R2=R3(I2-Im)所以1s332mRVRRRI)(当R2R3时，Vs＝(R3R1/R2)Im（2）代入数据计算即可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2.4.1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。4on1ni1RvvRvv3p2pi20RvRvvi114i2323141ovRRvRRRRRRv))((当,2314RRRR则)(i1i214ovvRRv若继续有,14RR则i1i2ovvv根据虚短、虚断和N、P点的KCL得：pnvv2.4.1求差电路从放大器角度看14i1i2odRRvvvAv时，2314RRRR)(i1i214ovvRRv增益为（该电路也称为差分电路或减法电路）2.4.1求差电路一种高输入电阻的差分电路2.4.2仪用放大器)21(123421ORRRRAvvvv2.4.3求和电路1ni1-Rvv3on-Rvv根据虚短、虚断和N点的KCL得：33oi1i212RRvvvRR321RRR若0pnvv2ni2-Rvv则有oi1i2vvv（该电路也称为加法电路）2.4.4积分电路和微分电路1.积分电路式中，负号表示vO与vI在相位上是相反的。根据“虚短”，得根据“虚断”，得0PPvv0ii因此RiiI12v电容器被充电，其充电电流为2i设电容器C的初始电压为零，则tRCtiCd1d1I2ONvvvtRCd1IOvv（积分运算）2.4.4积分电路和微分电路当vI为阶跃电压时，有vO与t成线性关系tRCd1IOvvtRCVitVi1.积分电路2.4.4积分电路和微分电路2.微分电路tRCddIOvv