模電16(運(yùn)算放大器)

2.1集成電路運(yùn)算放大器2運(yùn)算放大器2.2理想運(yùn)算放大器2.3基本線性運(yùn)放電路2.4同相輸入和反相輸入放大電路的其他應(yīng)用2.1集成電路運(yùn)算放大器1.集成電路運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成單元圖2.1.2運(yùn)算放大器的代表符號(hào)（a）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的符號(hào)（b）國(guó)內(nèi)外常用符號(hào)2.運(yùn)算放大器的電路模型圖2.1.3運(yùn)算放大器的電路模型通常：開環(huán)電壓增益

Avo的≥105（很高）輸入電阻

ri

≥106Ω（很大）輸出電阻

ro

≤100Ω（很小）

vO＝Avo(vP－vN)（V－＜vO＜V＋）

注意輸入輸出的相位關(guān)系2.運(yùn)算放大器的電路模型當(dāng)Avo(vP－vN)≥V＋時(shí)

vO＝

V＋

當(dāng)Avo(vP－vN)≤

V-時(shí)

vO＝

V-電壓傳輸特性

vO＝

f

(vP－vN)線性范圍內(nèi)vO＝Avo(vP－vN)Avo——斜率2.2理想運(yùn)算放大器1.

vO的飽和極限值等于運(yùn)放的電源電壓V＋和V－

2.運(yùn)放的開環(huán)電壓增益很高

若（vP－vN）＞0

則vO=+Vom=V＋

若（vP－vN）＜0

則vO=–Vom=V－

3.若V－<vO<V＋

則（vP－vN）0

4.輸入電阻ri的阻值很高

使iP≈0、iN≈0

5.輸出電阻很小，ro

≈0理想：ri≈∞

ro≈0

Avo→∞vO＝Avo(vP－vN)圖2.2.1運(yùn)放的簡(jiǎn)化電路模型2.3基本線性運(yùn)放電路2.3.1同相放大電路2.3.2反相放大電路均屬負(fù)反饋電路，工作在線性區(qū)2.3.1同相放大電路（a）電路圖（b）小信號(hào)電路模型圖2.3.1同相放大電路1.基本電路

2.3.1同相放大電路3.輸入電阻Ri

4.輸出電阻Ro

Ro→02.電壓增益同相輸入端輸入電壓增益為正2.3.1同相放大電路5.電壓跟隨器根據(jù)虛短和虛斷有vo＝vn≈vp＝vi電壓跟隨器的作用無電壓跟隨器時(shí)負(fù)載上得到的電壓電壓跟隨器時(shí)ip≈0，vp＝vs根據(jù)虛短和虛斷有vo＝vn≈vp＝vs2.3.2反相放大電路（a）電路圖（b）由虛短引出虛地vn≈0

圖2.3.5反相放大電路1.基本電路

2.幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算（1）電壓增益Av

2.3.2反相放大電路（2）輸入電阻Ri

（3）輸出電阻Ro

Ro→0當(dāng)R2>>R3時(shí)，（1）試證明VS＝(R3R1/R2)IM

解:（1）根據(jù)虛斷有II

=0所以I2

=IS

=VS

/

R1

例2.3.3直流毫伏表電路（2）R1＝R2＝150k，R3＝1k，輸入信號(hào)電壓VS＝100mV時(shí)，通過毫伏表的最大電流IM(max)＝？又根據(jù)虛短有VP

=

VN

=0R2和R3相當(dāng)于并聯(lián)，所以–I2R2

=R3(I2-IM)所以當(dāng)R2>>R3時(shí)，VS＝(R3R1/R2)IM

（2）代入數(shù)據(jù)計(jì)算即可2.4同相輸入和反相輸入放大電路的其他應(yīng)用2.4.1求差電路2.4.2儀用放大器2.4.3求和電路2.4.4積分電路和微分電路2.4.1求差電路從結(jié)構(gòu)上看，它是反相輸入和同相輸入相結(jié)合的放大電路。當(dāng)則若繼續(xù)有則根據(jù)虛短、虛斷和n、p點(diǎn)的KCL得：2.4.1求差電路從放大器角度看時(shí)，增益為（該電路也稱為差分電路或減法電路）2.4.1求差電路一種高輸入電阻的差分電路2.4.2儀用放大器2.4.3求和電路根據(jù)虛短、虛斷和n點(diǎn)的KCL得：若則有（該電路也稱為加法電路）2.4.4積分電路和微分電路1.積分電路式中，負(fù)號(hào)表示vO與vI在相位上是相反的。根據(jù)“虛短”，得根據(jù)“虛斷”，得因此電容器被充電，其充電電流為設(shè)電容器C的初始電壓為零，則（積分運(yùn)算）2.4.4積分電路和微分電路當(dāng)vI為階躍電壓時(shí)，有vO與t成線性關(guān)系1.積分電路2.4.4積分電路和微分電路2.微分電路歸納與推廣ZfZ1＋－AVs(S)Vo(S)I

(S)If(S)上面討論的加法、減法、積分、微分等運(yùn)算電路可用下列一般形式表示：Z1、Zf：運(yùn)算阻抗可以是R、C、L的串、并聯(lián)，均為S=jω（復(fù)頻率變量）的函數(shù)。S=jω表示微分運(yùn)算表示積分運(yùn)算感抗容抗則－－傳遞函數(shù)一般形式改變Z1、Zf的形式，可實(shí)現(xiàn)各種基本運(yùn)算。

右側(cè)括號(hào)內(nèi)第一、二兩項(xiàng)表示比例運(yùn)算；第三項(xiàng)表示微分運(yùn)算；第四項(xiàng)表示積分運(yùn)算；此為比例-積分-微分運(yùn)算電路，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用于組成PID調(diào)節(jié)器。比例-積分運(yùn)算用于提高調(diào)節(jié)精度，微分運(yùn)算則用于加速過渡過程。傳遞函數(shù)：6.6變跨導(dǎo)式模擬乘法器6.6.1變跨導(dǎo)式模擬乘法器的工作原理6.6.2模擬乘法器的應(yīng)用不做要求，感興趣者自學(xué)1.運(yùn)算電路6.6.2模擬乘法器的應(yīng)用乘方1.運(yùn)算電路6.6.2模擬乘法器的應(yīng)用除法只有當(dāng)vX2為正極性時(shí)，才能保證運(yùn)算放大器是處于負(fù)反饋工作狀態(tài)，而vX1則可正可負(fù)，故屬二象限除法器。利用虛短和虛斷概念有得由乘法器的功能有1.運(yùn)算電路6.6.2模擬乘法器的應(yīng)用開平方利用虛短和虛斷概念有得由乘法器的功能有vi必須為負(fù)值時(shí)，電路才能正常工作。2.壓控放大器6.6.2模擬乘法器的應(yīng)用