講第二章運算放大器

電子系統(tǒng)與信號的基本概念。指若干相互連接，相互作用的基本電路組成的具有特定功能的電路整體。信號是信息的載體。分模擬信號和數(shù)字信號。放大電路的簡化模型。四種放大電路模型。放大電路的主要性能指標。輸入、輸出電阻；增益；頻率響應；帶寬2上

講

回

顧第2章運算放大器集成電路運算放大器理想運算放大器基本線性放大電路同相輸入和反相輸入放大電路的其它應用MECHANICAL

&

ELECTRICAL

ENGINEERING

COLLEGE

OF

S

AGRICULTURAL2.1.1

集成電路運算放大器的

組成單元一般由輸入級、中間(放大)級、輸出級和偏置電路等四部分組成。輸入級差分放大Av1中間級電壓放大Av2Pvo+-

+偏置電路vo1-+vo2-+輸出級功率放大Av3=1

oNP稱同相輸入端：當輸入信號從P端加入(N端接地)時，輸出信號與輸入信號同相。+42.1.1

集成電路運算放大器的

組成單元一般由輸入級、中間(放大)級、輸出級和偏置電路等四部分組成。輸入級差分放大Av1中間級電壓放大Av2Pvo-

+偏置電路vo1-+vo2-+輸出級功率放大Av3=1

oNN稱反相輸入端：當輸入信號從N端加入(P端接地)時，輸出信號與輸入信號反相。+52.1.1

集成電路運算放大器的

組成單元一般由輸入級、中間(放大)級、輸出級和偏置電路等四部分組成。A中間級電壓放大Av2Nvo+

P

+-

+偏置電路輸入級差分放大

vo1v1-+vo2-+輸出級功率放大Av3=1

oviv01＝Av1vi＝

Av1(vP-vN)v0＝

Av0(vP-vN)v02＝

Av1Av2(vP-vN)Av0＝

Av1

Av262.1.2

集成電路運算放大器的符號(a)

符號

(b)常用原符號2.1.3.集成電路運算放大器的電路模型v0

+

_rivPvN+_Av0vIP+-+N-+vI-+＋VCCr0-VCC同相輸入端vi1、v+、vP反相輸入端vi2、v－、vN7vIv0-V0m+V0m2.1.4集成電路運算放大器的開環(huán)電壓傳輸特性因開環(huán)放大倍數(shù)Avo很高，所以即是在輸入端有微小的變化也會使運放進入非線性區(qū)而使輸出接近電源電壓。線性區(qū)內(nèi):v0=vIAvo=(vP-vN)

Avo非線性區(qū)內(nèi):

正向飽和:v0=+V0m負向飽和:v0=-V0m運算放大器有兩個工作區(qū)線性工作區(qū)和非線性工作區(qū)。82.2.1

理想運放的主要性能指標v0vI

+

_rivP+_Av0vIr0P-Nv+-N+

+-+＋VCC-VCC(1)

Avo=∞;i(2) r

=∞;o(3) r

=0;2.2.2

理想運放的開環(huán)傳輸特性當vP＞vN時，V0=+V0m當vP＜vP時，V0=-V0m

-V0mv0+V0mvI＝vP-vN2.2理想集成運算放大器91.開環(huán)理想運放的動態(tài)范圍近似為零;2.集成運放工作2.2.3

結論Rf+-vPvNvo性區(qū)的必要條件:接成負反饋vovi103.集成運放工作在非線性區(qū)的必要條件:開環(huán)或接成正反饋+-vPvNv

o+-vPvNvoRfv0

-V0m+V0mvI（vP-vN）2.2.3

結論11vO

=Avo(vP-vN)理想運放工作(1) “虛短”vo

0∵理想運放

A =∞,

而v

為有限數(shù)-+i→IIA→d

vNvPv0∴

vP-vN≈0即vP≈vN也就是說運放的同相輸入端和反相輸入端之間“虛短”。(2)“虛斷”∵vP-vN≈0,且Ri=≈∞性區(qū)的兩個特點-+i→I→Id

vNvPvORi∴Id=Ii=0兩個輸入端的電流均為零，稱作“虛斷路”。12R'vsvoRfR1vPvN

2.3.1

同相放大電路1.

基本電路電壓串聯(lián)負反饋根據(jù)虛斷的概念得：平衡電阻R’

=

R1

//

Rf根據(jù)虛短的概念得：若Rf=0，R1=∞13R'vsvovPvN

2.3.1

同相放大電路基本電路電壓跟隨器特點：vo

＝vs

即Av=1輸入電阻大，信號源提供電流很?。惠敵鲭娮栊?，帶負載能力強所以，一般作多級放大電路的輸入級、輸出級和中間級。14同相放大電路負反饋的基本概念(具體內(nèi)容在第七章講)凡是將放大電路輸出回路的信號(電壓或電流)的一部分或全部通過某種電路，送回到輸入回路，與輸入信號迭加，就稱為反饋。反饋體現(xiàn)了輸出信號對輸入信號的反作用。負反饋和正反饋電壓反饋與電流反饋c.串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋15引入反饋前：v

=

vi

d引入反饋后：vd=vi-

vfRf+vPvN

-vovivdR1vf3.

負反饋的基本概念(具體內(nèi)容在第七章講)a.負反饋和正反饋若引回的反饋信號與輸入信號相位相反則使凈輸入信號削弱，就稱為負反饋。2.3.1

同相放大電路16引入反饋前：ii

=

id引入反饋后：id=

ii+

ifRf+vPvoiiidvN

-R1if3.

負反饋的基本概念(具體內(nèi)容在第七章講)a.負反饋和正反饋若引回的反饋信號與輸入信號相位相同,則使凈輸入信號加強，就稱為正反饋。2.3.1

同相放大電路173.

負反饋的基本概念(具體內(nèi)容在第七章講)b.電壓反饋和電流反饋若反饋信號取自輸出電壓信號，并與之成正比則稱為電壓反饋；Rf+vPvN

-vovivdR1vf反饋信號vf

:0R1

RfRffv

v2.3.1

同相放大電路18若反饋信號取自輸出電流信號，并與之成正比則稱為電流反饋。Rf+vPvN

-vovivdvf

R1R3R2iovfR

R

1

2

i0R1

R2

Rf3.

負反饋的基本概念(具體內(nèi)容在第七章講)b.電壓反饋和電流反饋2.3.1

同相放大電路19RfvP

+N

-voidviiR1if3.負反饋的基本概念(具體內(nèi)容在第七章講)c.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋若輸入信號、反饋信號與凈輸入信號在基本放大器輸入端以電流的方式相加減，并聯(lián)反饋；以電壓的方式相加減，串聯(lián)反饋Rf+vPvN

-vovivdvf

R12.3.1

同相放大電路202.3.1

同相放大電路4.

輸入、輸出電阻放大電路輸入電阻：定義1：放大電路對信號源而言相當于一個負載取用信號源的信號，該負載用一個電阻等效。定義2：從放大電路輸入端看進去的電阻21R'voRfR1vPvN

isRi

=vsis因is

－>0，輸入電阻的具體計算方法：vs所以Ri

－>∞4.

輸入、輸出電阻2.3.1

同相放大電路222.3.1

同相放大電路4.

輸入、輸出電阻放大電路的輸出電阻：定義：放大電路對負載而言相當于一個信號源，該信號源的內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻。23R'RfR1vPvN

isvTiTr00V0V4.

輸入、輸出電阻輸出電阻的計算方法：vsR0

=vTiTvs=0,RL=

∞≈

r0//Rf

≈

02.3.1

同相放大電路24小結：電壓串聯(lián)負反饋電壓放大倍數(shù)：R'voRfR1vPvN

isvs輸入電阻ri：ri－>∞輸出電阻ri：r0－>02.3.1

同相放大電路25RmIiI1IM+-+Vs

-磁電式儀表例.磁電式儀表指針偏移滿刻度時,流過動圈電流IM=100μA。當R1=2M時,測得的最大輸入電壓Vs(max)=?解.電路接成反相比例運算放大電路,根據(jù)虛短和虛斷的概念知:V-=V+=VsI

=IM

1iI

=0Vs(max)=I1R1=IMR1=100×10-6×2×106=200VR1

Vs2.3.1

同相放大電路262.3.2

反相放大電路1.

基本電路電壓并聯(lián)負反饋電壓放大倍數(shù)因為虛斷，所以因為虛短，所以i

fi

fsRR1vo

-

v電路中R’稱為平衡電阻R’=R1

//Rf0V0V1iRi

vs

v0ff

iRvfsv

R1A

vo

=-

Rfv

=0vs-+RfR'voif

↓R1ii→id→APNPvN=vP=0N端是不接地的地電位，稱虛地。27vsRfR'if

↓R1ii→id→

-A

+RiRi

=vsiivT2.3.2

反相放大電路1.

基本電路3).輸入、輸出電阻＝R1R0

=iTvs=0,RL=

∞≈r0//Rf

≈0vTiTr0N

0VP

0V28vsRfR'voif

↓R1ii→id→

-A+PN2.3.2

反相放大電路小結：電壓并聯(lián)負反饋電壓放大倍數(shù)fsv

R1voAvf

=-R輸入電阻ri：ri

=R1輸出電阻ri：r0－>029v-+AR2R3voif↓R1iis

→id→i3↑i4R4

↑R'vR3i

iv

v

2.T型反饋網(wǎng)絡虛短、虛斷R1I

I

i

fVsR

3fsR2R1v

R2

I

vI3=I4+IfAvf

vo

-vsR

R

R

R

R

R2

3

2

4

34R

R1

4R3R2

R4V

V

V

V

R3

0

R3

R30V2.3.2

反相放大電路302.3.2

反相放大電路2.T型反饋網(wǎng)絡例.1)求Av表達式2)若R1=51K,R2=R3=390K，，當v0=-100vi時,求R43)直接用R2代替T型網(wǎng)絡時當R1=51K,Av=-100時,求R22)2-

4

451R4390

390R

390R100

v-+AR2R3voif↓R1iis

→id→i3↑i4R4

↑R'vR3解.1)1

4vfsv

R

RA

vo

-

R2

R3

R2

R4

R3

R4得:R4=35.2K31vs-+AR2R3voif↓R1ii→id→i3↑4i4R

↑R'vR32.3.2

反相放大電路2.T型反饋網(wǎng)絡例.1)求Av表達式2)若R1=51K,R2=R3=390K，當v

=-100v

時,求R0

i

43)直接用R2代替T型網(wǎng)絡時，當R1=51K,Av=-100時,求R2解.3)當用R2代替T形網(wǎng)絡的電阻時,變?yōu)橐粋€反相比例運算放大器1vfRA

R2R2

Avf

R1

5100K32-VsR2/(R1R3)=Vs/R1-IM2sMRV

R1R3

I0VV-=V+=0,I1=0

Is=I2

=

Vs/R1I3=I2-IM求通過毫伏表的最大電流IM(max)解.1)利用虛斷和虛短的概念:例.當R2＞＞R3時1)證明Vs=(R1R3/R2)IM2)R3=1K,R1=R2=150K,Vs=100mV,+-+-VsR1R2R3IsI1I2IMI3VMVM=-I2R2=-VsR2/R12.3.2

反相放大電路330V例.當R2＞＞R3時1)證明Vs=(R1R3/R2)IM2)R3=1K,R1=R2=150K,Vs=100mV,求通過毫伏表的最大電流IM(max)解.1)利用虛斷和虛短的概念:+-+-VsR1R2R3IsI1I2IMI3VM2.3.2

反相放大電路2)求IM(max)MV341.理想集成運算放大器的條件(指標)；理想集成運算放大器工作

性區(qū)的必要條件及結論；同相比例運算放大器；反相比例運算放大器；電壓并聯(lián)負反饋電壓放大倍數(shù)vsRfR'voif

↓R1ii→id→

-A+PNfvfsRvv

R1A

o

=-輸入電阻ri：ri

=R1輸出電阻ri：r0－>0352.3.1

求輸出電壓voR2+-10K20K2va)為反相比例運算放大器:I+=I-=0;V+=V-VaVa=2V

I1=

I2I1

R1I21

2VaRR20aRV

1V

6V

R

1

b)

為同相比例運算放大器:voR1R2+-10K20K2v

R

V0

1

2

V

6V

R1

36c)R2+-20K2v