基本運(yùn)算放大器的電路講解和推導(dǎo)

封面運(yùn)算放大器的基本電路返回云南麗江牦牛坪引言理想的運(yùn)算放大器有以下特性

1、開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aod=;

2、差模輸入電阻Rid=;共模輸入電阻Ric=；

3、輸出電阻Ro=0;

4、共模抑制比KCMR=；

5、上限截止頻率fH

=；

6、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流以及它們的漂移均為零。

本頁完引言返回由于理想運(yùn)放的Rid=，其凈輸入電流iid=0，所以可引入“虛斷”概念；又因?yàn)檫\(yùn)放在線性區(qū)有Aod=，但輸出電壓uO=

Aod(uP-uN)中的uO卻是有限值，所以必有uP-uN=0，即uP=uN，或uid=0，因此可引入“虛短”概念。引言本頁完引言-+A+返回iid=0-+AuNuouidRid=uP由運(yùn)放組成的差分輸入放大器的工作原理由運(yùn)放組成的同相放大器的工作原理學(xué)習(xí)要點(diǎn)本節(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)和要求運(yùn)算放大器的基本電路由運(yùn)放組成的反相放大器的工作原理返回主頁運(yùn)算放大器的基本電路主頁使用說明：要學(xué)習(xí)哪部分內(nèi)容，只需把鼠標(biāo)移到相應(yīng)的目錄上單擊鼠標(biāo)左鍵即可，按空格鍵或鼠標(biāo)左鍵進(jìn)入下一頁。結(jié)束反相比例放大路同相比例放大路差分輸入放大路四川稻城亞丁返回一、反相比例放大器一、反相比例放大器

1.反相放大器的電壓放大倍數(shù)

推導(dǎo)出Auf運(yùn)算放大器的基本電路iI=—反相放大器繼續(xù)由“虛斷”(iN=iP=0)概念得iI=iF及 uP=0uIR1聯(lián)立三式并根據(jù)閉環(huán)放大電路電壓放大倍數(shù)的定義得本電路是電壓并聯(lián)負(fù)反饋組態(tài)，輸入信號(hào)從反相端輸入。由“虛短”概念得

uN

=

uP=0畫出等效電路uIR1iI+-輸入回路uN=0+uORfiF-反饋回路uN=0本頁完由等效輸入回路得iF=-—uoRf由等效反饋回路得Auf=—

=-—uOuIRfR1RP是補(bǔ)償電阻,平衡集成塊內(nèi)部差分放大器輸入級的輸入電阻。其值為RP=RF//R1以下推導(dǎo)本電路的閉環(huán)放大倍數(shù)Auf。+—uOuIiIRPR1RfiFuNuPiN-+iPA過度運(yùn)算放大器的基本電路反相放大器繼續(xù)

=-—+—uOuIiIRPR1RfiFuNuPiN-+iPAuf=—uIRfR1uIR1iI+-輸入回路uN=0+uORfiF-反饋回路uN=0uO一、反相比例放大器A2.反相放大器的輸入電阻Rif運(yùn)算放大器的基本電路繼續(xù)本頁完1、反相放大器的Auf2、反相放大器的輸入電阻Rif=—輸入電阻的定義uIiI觀察輸入回路得Rif=—uIiI=R1Rif=R1反相放大器+—uOuIiIRPR1RfiFuNuPiN-+iPuIR1iI+-輸入回路uN=0+uORfiF-反饋回路uN=0

=-—Auf=—uIRfR1uO一、反相比例放大器A經(jīng)推導(dǎo)可知，為了提高反相放大器的輸入電阻，R1應(yīng)取較大的數(shù)值，一般最大只能取1M左右，這遠(yuǎn)小于運(yùn)放本身的輸入電阻，究其原因是本電路的反饋屬并聯(lián)負(fù)反饋。3.反相放大器的輸出電阻Rof運(yùn)算放大器的基本電路繼續(xù)本頁完2、反相放大器的輸入電阻因?yàn)楸痉聪喾糯笃饕肓穗妷贺?fù)反饋，所以輸出電阻會(huì)進(jìn)一步減至1以下，因而帶負(fù)載能力很強(qiáng)。Rif=R13、反相放大器的輸出電阻Rof≤

1反相放大器+—uOuIiIRPR1RfiFuNuPiN-+iPuIR1iI+-輸入回路uN=0+uORfiF-反饋回路uN=01、反相放大器的Auf

=-—Auf=—uIRfR1uO一、反相比例放大器A對Auf式中Rf的討論運(yùn)算放大器的基本電路繼續(xù)本頁完2、反相放大器的輸入電阻Rif=R13、反相放大器的輸出電阻Rof≤

1反相放大器+—uOuIiIRPR1RfiFuNuPiN-+iP1、反相放大器的Auf

=-—Auf=—uIRfR1uO在本放大電路中，要使Auf增大，一般通過加大Rf而不是減少R1(如果R1太小，會(huì)使電路的輸入電阻Rif太小)，但Rf太大，電路就不是深度負(fù)反饋且會(huì)令電路噪聲增大，一般Rf在1M以下。若要有較大的Auf，又不想Rf太大，可采用T形反饋網(wǎng)絡(luò)代替Rf。一、反相比例放大器AT形反饋網(wǎng)絡(luò)的引入運(yùn)算放大器的基本電路繼續(xù)2、反相放大器的輸入電阻Rif=R13、反相放大器的輸出電阻Rof≤

1反相放大器+—uOuIiIRPR1uNuPiN-+iP1、反相放大器的Auf

=-—Auf=—uIRfR1uO在本放大電路中，要使Auf增大，一般通過加大Rf而不是減少R1(如果R1太小，會(huì)使電路的輸入電阻Rif太小)，但Rf太大，電路就不是深度負(fù)反饋且會(huì)令電路噪聲增大，一般Rf在1M以下。若要有較大的Auf，又不想Rf太大，可采用T形反饋網(wǎng)絡(luò)代替Rf。R2i2R4R3i4i3M本頁完工作原理自行參考教材P314

。一、反相比例放大器A反相放大器結(jié)束頁運(yùn)算放大器的基本電路繼續(xù)2、反相放大器的輸入電阻Rif=R13、反相放大器的輸出電阻Rof≤

1反相放大器+—uOuIiIRPR1uNuPiN-+iP1、反相放大器的Auf

=-—Auf=—uIRfR1uO在本放大電路中，要使Auf增大，一般通過加大Rf而不是減少R1(如果R1太小，會(huì)使電路的輸入電阻Rif太小)，但Rf太大，電路就不是深度負(fù)反饋且會(huì)令電路噪聲增大，一般Rf在1M以下。若要有較大的Auf，又不想Rf太大，可采用T形反饋網(wǎng)絡(luò)代替Rf。R2i2R4R3i4i3M本頁完工作原理自行參考教材P314

。一、反相比例放大器A反相放大器學(xué)習(xí)完畢,單擊返回,返回主頁，單擊繼續(xù),學(xué)習(xí)同相放大器。返回繼續(xù)二、同相比例放大器

1.同相放大器的電壓放大倍數(shù)

推導(dǎo)出AVF

二、同相比例放大器運(yùn)算放大器的基本電路繼續(xù)本頁完iF=———利用“虛斷”概念得iI=0及 uP=uIuI

-0R利用“虛短”概念得

uN

=

uP=uI

畫出等效電路由等效反饋回路得把上式整理后并利用閉環(huán)電壓放大倍數(shù)的定義得Auf=—

=1+—uOuIRfR本電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋組態(tài)，輸入信號(hào)從同相端輸入。+uORfiF-反饋回路RuN=uI+-=———uO-uNRf以下推導(dǎo)本電路的閉環(huán)放大倍數(shù)Auf。同相放大器+—uOuIiIRPRRfiF-uNuP+-+iRA過度運(yùn)算放大器的基本電路繼續(xù)本電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋組態(tài)，輸入信號(hào)從同相端輸入。二、同相比例放大器Auf=—

=1+—uOuIRfR同相放大器+—uOuIiIRPRRfiF-uNuP+-+iR+uORfiF-反饋回路RuN=uI+-A2.同相放大器的輸入電阻Rif

運(yùn)算放大器的基本電路繼續(xù)本頁完本電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋組態(tài)，輸入信號(hào)從同相端輸入。1、同相放大器的Auf上式表明同相放大電路的輸出與輸入是同相的并且其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)總大于1。2、同相放大電路的輸入電阻RifRif=—輸入電阻的定義uIiI因?yàn)閕I0所以Rif并且反饋電路屬串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻會(huì)進(jìn)一步增大，可高達(dá)100M以上。二、同相比例放大器Auf=—

=1+—uOuIRfR同相放大器+—uOuIiIRPRRfiF-uNuP+-+iR+uORfiF-反饋回路RuN=uI+-A3.同相放大器的輸出電阻Rof

運(yùn)算放大器的基本電路繼續(xù)本頁完本電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋組態(tài)，輸入信號(hào)從同相端輸入。上式表明同相放大電路的輸出與輸入是同相的并且其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)總大于1。2、同相放大電路的輸入電阻RifRif≥100M3、同相放大電路的輸出電阻Rof本同相放大器亦引入了電壓負(fù)反饋，所以輸出電阻可減至1以下。二、同相比例放大器1、同相放大器的AufAuf=—

=1+—uOuIRfR同相放大器+—uOuIiIRPRRfiF-uNuP+-+iR+uORfiF-反饋回路RuN=uI+-A4.同相放大器的特例—射隨器運(yùn)算放大器的基本電路繼續(xù)本頁完射極跟隨器+—uOuIiIRPRfiF-uNuP+-+3、同相放大電路的特例—射隨器利用“虛斷”概念得iI=iF=0及 uP=uI利用“虛短”概念得

uN

=

uP聯(lián)立以上三式得由結(jié)果可知本電路符合射隨器的特點(diǎn)。

uO=uN

uO

=

uI二、同相比例放大器由運(yùn)放組成的射隨器有專門的集成電路(IC)，如型號(hào)AD9620就是一塊射隨器的芯片，電壓增益為0.994，輸入電阻為0.8M，輸出電阻為40，轉(zhuǎn)換速率為2000V/s。A同相放大器結(jié)束頁運(yùn)算放大器的基本電路繼續(xù)本頁完射極跟隨器+—uOuIiIRPRfiF-uNuP+-+3、同相放大電路的特例—射隨器利用“虛斷”概念得iI=iF=0及 uP=uI利用“虛短”概念得

uN

=

uP聯(lián)立以上三式得由結(jié)果可知本電路符合射隨器的特點(diǎn)。

uO=uN

uO

=

uI二、同相比例放大器由運(yùn)放組成的射隨器有專門的集成電路(IC)，如型號(hào)AD9620就是一塊射隨器的芯片，電壓增益為0.994，輸入電阻為0.8M，輸出電阻為40，轉(zhuǎn)換速率為2000V/s。同相放大器學(xué)習(xí)完畢,單擊返回,返回主頁，單擊繼續(xù),學(xué)習(xí)差分輸入放大器。返回繼續(xù)A三、差分輸入放大器

1.差分輸入放大器的電壓放大倍數(shù)

推導(dǎo)出AVF三、差分輸入放大器運(yùn)算放大器的基本電路uP=———繼續(xù)利用“虛斷”概念得i1=iF及 i2=iRuI2RF聯(lián)立三式并根據(jù)閉環(huán)放大電路電壓放大倍數(shù)的定義得本頁完由等效電路得兩個(gè)方程Auf=———

=—uOuI2–uI1RFR1差分輸入放大器+-uOuI1i1R1RFiFuNuP-+R1RFuI2i2NPiRuI2R1i2+-uI2回路RFuPP畫出等效電路以下推導(dǎo)本電路的閉環(huán)放大倍數(shù)Auf。RF+R1+uORF-uI1和反饋回路R1uI1+-NuNiF分壓原理———uI1–uN

R1=———RFuN

–uO利用“虛短”概念得

uN

=

uPA過度三、差分輸入放大器運(yùn)算放大器的基本電路繼續(xù)差分輸入放大器Auf=———

=—uOuI2–uI1RFR1+-uOuI1i1R1RFiFuNuP-+R1RFuI2i2NPiRuI2R1i2+-uI2回路RFuPP+uORF-uI1和反饋回路R1uI1+-NuNiFA結(jié)束三、差分輸入放大器運(yùn)算放大器的基本電路繼續(xù)差分輸入放大器本頁完1、差分輸入放大器的Auf2、差分輸入放大器的RifRif=2R13、差分輸入放大器的RofRof0差分輸入放大器學(xué)習(xí)完畢,單擊返回,返回主頁，單擊結(jié)束,結(jié)束本節(jié)的學(xué)習(xí)。返回結(jié)束Auf=———

=—uOuI2–uI1RFR1差分輸入放大器+-uOuI1i1R1RFiFuNuP-+R1RFuI2i2NPiRuI2R1i2+-uI2回路RFuPP+uORF-uI1和反饋回路R1uI1+-NuNiF可參考第三章《差分放大電路》中有關(guān)輸入電阻內(nèi)容。本電路亦是電壓負(fù)反饋，所以輸出電阻很小。AAuf的推導(dǎo)過程差分輸入放大器Auf的推導(dǎo)運(yùn)算放大器的基本電路uP=———繼續(xù)uI2RF……(1)本頁完Auf=———

=—uOuI2–uI1RFR1差分輸入放大器RF+R1———uI1–uN

R1=———RFuN

–uOuN

=

uP……(2)………………(3)由(2)得———R1+RF

R1=—+—uNR1RF

uI1