模拟电路课件：chapter2.ppt

1、12. 运算放大器运算放大器2.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器2.2 理想运算放大器理想运算放大器2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路l 同相放大电路同相放大电路l 反相放大电路反相放大电路2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用同相输入和反相输入放大电路的其他应用22.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器集成电路运算放大器的内部结构图集成电路运算放大器的内部结构图 + P vN vP + 输输入入级级 差差分分放放大大 Av1 + 中中间间级级 电电压压放放大大 Av2 输输出出级级 功功率率放放大大 Av3=1 + + vO1 vO2 vO vO1=Av1(vP-vN

2、) vO2= Av1Av2(vP-vN) vO=Avo(vP-vN) V- V+ N 11()ovPNvAvv212()ovvPNvA Avv()ovoPNvAvv差分输入差分输入/放大？放大？32.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器运算放大器的代表符号运算放大器的代表符号 + + （a） （b） （a）国家标准的符号）国家标准的符号 （b）国内外常用符合）国内外常用符合42.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器2.1.2 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型 + + + V2 ri ro + vN vP + AVO(vP-vN) V1 V+ V vo - 供供电电 电电源源 5

3、2.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器运算放大器的电压传输特性运算放大器的电压传输特性 正正饱饱和和 负负饱饱和和 vO/V (vP-vN)/mV +VOm= V+ o -VOm= V- o O a b Vo=Avo(vP-vN) 线线性性区区 设：()vopNVAvvVpNvv()vopNAvvVoomvVV ()ovopNvAvv()vopNAvvVoomvVV 正饱和区正饱和区负饱和区负饱和区1)1)线性区：线性区：2)2)饱和区：饱和区：线性区线性区62.2 理想运算放大器理想运算放大器理想理想运放的电路模型运放的电路模型 + + vN vP AVO(vP-vN) iP=0 iN

4、=0 vO V V 理想理想运算放大器的特点：运算放大器的特点：l 开环差模电压增益：l 差模输入电阻：l 输出电阻：l 3dB带宽：voA idr 0or BW 72.3 基本线性运放电路基本线性运放电路2.3.1 反馈反馈的基本概念的基本概念 vi vo + - - RL vi vo + - - RL R2 R1 反馈通路信号反向传输的渠道开环 无反馈通路闭环 有反馈通路反馈通路反馈通路（反馈网络）（反馈网络）信号的正向传输信号的正向传输82.3 基本线性运放电路基本线性运放电路电路中的反馈形式电路中的反馈形式（1）正反馈与负反馈正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。负反馈：输入量

5、不变时，引入反馈后输出量变小了。输入端看： 正反馈：引入反馈后，净输入量变大了。负反馈：引入反馈后，净输入量变小了。判别方法：瞬时极性法。即在电路中，从输入端开始，沿着信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率（正斜率或负斜率，用“+”、“-”号表示）输出端看：92.3 基本线性运放电路基本线性运放电路反馈示例反馈示例 vi vO - - + RL R2 R1 (+)(+)(-)(-)(-)净输入量净输入量 vi vO - - + RL R2 R1 (+)(+)(-)(-)净输入量净输入量负反馈正反馈反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路102.3 基本线性运放电路基本线性运放电路同相同相放大电路

6、的反馈过程放大电路的反馈过程 + vP + vO vi R2 vn + vid R1 (+)(+)(+)( )pivvovnv 12,RRidvov 负反馈作用 利用输出电压Vo通过反馈元件（反馈网络）对放大电路起自动调整作用，从而牵制了Vo的变化，最后达到输出稳定平衡。112.3 基本线性运放电路基本线性运放电路反馈的电压增益反馈的电压增益121()ovo idvopNfvofNovidifPNvA vAvvvRFvRRvvv Fvvvvv11oooidvovoviidfvovidvvvvAAv FvvvA Fv(1)1vovAF深度负反馈：1221111ooovivfNvvvAvFvvRR

7、RRR 闭环电压增益Av：只取决于运放外部电路的元件值，即取决于R1， R2，而与运放本身的Avo，ri，ro无关。12。2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路虚短虚短和和虚断虚断1ooovivfNvvvAvFvvPNifvvvv 或 运放的两个重要概念：虚短虚短: 在深度负反馈作用下,vN自动跟踪vP，净输入电压 ,即P端与N端相当于短路。虚断虚断: 由于 ，而运放的输入电阻阻值又很高，因此流经两输入端之间的电流 。 PN()0vvPN()vvPN0ii132.3 基本线性运放电路基本线性运放电路2.3.1 同相放大电路同相放大电路 + vP + vO vi R2 vn + vid R1

8、Avo（vp -vn） （1）电压增益：根据虚短和虚断的概念：同相放大电路npivvvo120nnvvvRR122111ovivRRRAvRR （2）输入电阻：iiivRi （3）输出电阻：12()0ooiRrRrR142.3 基本线性运放电路基本线性运放电路2.3.1 同相放大电路同相放大电路-电压电压跟随跟随器器 vi vo - - + A vn vp 电压跟随器iovvonpivvvv1ovivAv令：12,0RR l电压增益等于电压增益等于1 1l可用于阻抗变换器和缓冲器（可用于阻抗变换器和缓冲器（ ）,0ioRR152.3 基本线性运放电路基本线性运放电路2.3.2 反相反相放大电路

9、放大电路 vi vo - - + R2 R1 A vn vp R2 根据虚短和虚断的概念：np0vvnoin12vvvvRR（虚地）21ovivRAvR 负号表示输出与输入反相（2）输入电阻：11/iiiiivvRRivR（3）输出电阻：20ooRrR162.4 放大电路的其他应用放大电路的其他应用2.4.1 求差求差电路电路 + vP + vO vi2-vi1 R4 vn + vid R2 R3 vi2 vi1 i4 R1 i1 i2 i3 p n 图2.4.1 求差电路又称为差分放大电路。从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。 根据虚短、虚断、节点n和P的KCL为：npvv1

10、14innovvvvRR2pp230ivvvRR3144oi2i11231()()RRRRvvvRRRR当3412,RRRR4Oi2i11()RvvvR当41RROi2i1()vvv172.4 放大电路的其他应用放大电路的其他应用2.4.1 求差电路求差电路 + vP + vO vi2-vi1 R4 vn + vid R2 R3 vi2 vi1 i4 R1 i1 i2 i3 p n 图2.4.1 求差电路（1）电压增益：当3412,RRRR4211oviivRAvvR（2）输入电阻：当1234,RR RR21221121()2iivvi Ri Ri R 21122iiivvRRi（3）输出电阻

11、：0oR 182.4 放大电路的其他应用放大电路的其他应用2.4.2 仪用放大器仪用放大器 R2 iR1 + v1 A1 R2 ii + A2 ii vO + A3 R4 R3 R4 R3 v3 v4 R1 v3v4 vR1 =v1v2 iR1 iR2 v2 + vn3 vp3 112Rvvv34121()(2)RvvvRRR212341121122(1)()RRRRvvvvvRR第一级差分放大电路：第二级差分放大电路：44234123312()(1)()oRRRvvvvvRRR 4212312(1)ovvRRAvvRR 电压增益：在仪用放大器中，可设置R2， R3，R4为定值，R1可用可变电

12、阻代替，调节R1的值，即可改变电压增益Av192.4 放大电路的其他应用放大电路的其他应用2.4.3 求和求和电路电路 R2 R3 R1 vi2 vi1 ii vO n p + vn i1 i2 i3 根据虚短、虚断和节点n的KCL得：np0vv12123ininnovvvvvvRRR33Oi1i212-RRvvvRR123RRR若则有Oi1i2-vvv（加法运算）输出再接一级反相电路 R2 R3 R1 vi2 vi1 ii vO1 n p + R R vO + Oi1i2vvv可得202.4 放大电路的其他应用放大电路的其他应用2.4.4.1 积分积分电路电路 C R vi ii vO n

13、p + vn i1 i2 vc + 根据虚短、虚断和节点n的KCL得：np0vv21iviiR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ino211ddvvvittCCRoi1dvv tRC 式中，输出电压VO为输入电压Vi对时间的积分。负号表示VO与Vi在相位上是相反的。212.4 放大电路的其他应用放大电路的其他应用2.4.4.1 积分电路积分电路 当vS为阶跃电压时，则 dtvRCvSO1tRCVS tV S vO与 t 成线性关系222.4 放大电路的其他应用放大电路的其他应用2.4.4.2 微分电路微分电路 C R vi ii vO n p + vn i1 i vc 根据虚短、虚断和节点n的KCL得：np0vv1ii设电容器C的初始电压为零，当信号电压 接入，则iv1idviCdt1inodvvvi RRCdtiodvvRCdt 式中，输出电压VO为输入电压Vi对时间的微商。负号表示VO与Vi在相位上是相反的。232.4 放大电路的其他应用放大电路的其他应用2.4.4.2 微分电路微分电路 当vi (vS) 为阶跃电压时，则24作作 业业2.1.22.3.1 2.3.2 2.3.32.4.2 2.4.4 2.4.8 2.4.10