第二章集成運算放大器

第二章集成運算放大器電子電路基礎(chǔ)運算放大器§2.1

集成電路運算放大器§2.2理想運算放大器§2.3基本線性運放電路§2.4信號運算電路§2.5小結(jié)運放符號：＋－v－v+vo－＋＋

v－

v+

voA0§2.1集成電路運算放大器集成電路運算放大器的內(nèi)部組成單元圖2.1.1集成運算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖運算放大器的電路模型+-vPvoriAvo(vP-vN)+-rovNNPO+-V-V+ri：通常為1M,有的可達100M以上。Avo：一般在105107之間。ro

：通常為100或更低。集成運放線性放大區(qū)所對應(yīng)的輸入信號范圍很小。例如設(shè)Avo=105，、為±10V，則±Vim＝±10/105

＝±10-4V

＝±100uV集成運放的電壓傳輸特性

由于運放的開環(huán)放大倍數(shù)很大，輸入電阻高，輸出電阻小，在分析時常將其理想化，稱其所謂的理想運放?！?.2理想運算放大器理想運放的條件虛短放大倍數(shù)與負載無關(guān)，可以分開分析。虛斷運放工作在線性區(qū)的特點分析運放組成的線性電路的出發(fā)點虛短虛斷放大倍數(shù)與負載無關(guān)，可以分開分析。Ii＋－v－v+vo§2.3基本線性運放電路作用：將信號按比例放大。類型：同相比例放大和反相比例放大。2.3.1同相放大電路（a）電路圖（b）小信號電路模型圖2.3.1同相放大電路1.基本電路

2.3.1同相放大電路2.負反饋的基本概念

開環(huán)

閉環(huán)

反饋：將放大電路輸出量，通過某種方式送回到輸入回路的過程。

瞬時電位變化極性——某時刻電位的斜率電路有

vo

＝Avo(vp－vn)引入反饋后vn0，vp(vi)不變→

(vp－vn)↓→

vo↓使輸出減小了，增益Av＝vo/vi下降了，這時的反饋稱為負反饋。2.3.1同相放大電路3.虛假短路

圖中輸出通過負反饋的作用，使vn自動地跟蹤vp，即vp≈vn，或vid＝vp－vn≈0。這種現(xiàn)象稱為虛假短路，簡稱虛短。

由于運放的輸入電阻ri很大，所以，運放兩輸入端之間的

ip＝-in＝(vp－vn)/ri≈0，這種現(xiàn)象稱為虛斷。

由運放引入負反饋而得到的虛短和虛斷兩個重要概念，是分析由運放組成的各種線性應(yīng)用電路的利器，必須熟練掌握。2.3.1同相放大電路4.幾項技術(shù)指標的近似計算（1）電壓增益Av

根據(jù)虛短和虛斷的概念有

vp≈vn，ip＝-in＝0所以（可作為公式直接使用）2.3.1同相放大電路4.幾項技術(shù)指標的近似計算（2）輸入電阻Ri

輸入電阻定義根據(jù)虛短和虛斷有

vi＝vp，ii＝ip≈0所以（3）輸出電阻Ro

Ro→0同相放大器的特點：1、電壓增益為正，且大于等于1。2、輸入電阻電阻很大。3、輸出電阻低，負載能力較強。4、存在共模輸入信號。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（可作為公式直接使用）電壓跟隨器的作用無電壓跟隨器時負載上得到的電壓電壓跟隨器時ip≈0，vp＝vs根據(jù)虛短和虛斷有vo＝vn≈vp＝vs

電壓跟隨器電壓跟隨器，輸入電阻大，輸出電阻小，在電路中作用與分離元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。在電路中常用作阻抗變換器或緩沖器。例I1

+

-

R1A

vNvP直流電壓表電路如圖所示。設(shè)磁電式電流表滿度電流IM=100uA,當(dāng)R1=2M時，求可測的最大輸入電壓Vs解：由分析可知，電壓表的讀數(shù)正比于Vs,與信號源內(nèi)阻和儀表內(nèi)阻無關(guān)。RmIM磁電式電流表+-VsRs（2）反相放大器——信號從反相端輸入i1if稱為平衡電阻根據(jù)“虛短”和“虛斷”有：得到：反相放大器的特點：1、運放的反相輸入端為虛地。2、共模信號輸入信號為0。3、輸入電阻小,Ri=R14、輸出電阻低，負載能力較強。電位為0，虛地例i1if

vi

vO

-

+

R2R1

A

vN

vP

RpR3R4v含有T型反饋網(wǎng)絡(luò)的反相放大器如圖所示。求電壓放大倍數(shù)。解：不用高值電阻就能獲得高增益當(dāng)R2>>R3時，（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，輸入信號電壓VS＝100mV時，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，VS＝(R3R1/R2)IM

（2）代入數(shù)據(jù)計算即可end2.4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點的KCL得：2.4.1求差電路從放大器角度看時，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uoR1R1–A3R2R2+uo2uo1+A1–A2RRRWui1ui2ab+2.4.2儀用放大器虛短路：虛開路：uo2uo1+A1–A2RRRWui1ui2ab+三運放電路是差動放大器，放大倍數(shù)可變。由于輸入均在同相端，此電路的輸入電阻高。uoR1R1–A3R2R2+例：由儀用放大器組成的溫度測量電路。E=+5VRRRRtuiRt

：熱電阻集成化儀用放大器uoR1R1R2R2_A2RRRW++A1+A3Rt=f(T°C)E=+5VRRRRtuiuoR1R1R2R2_A2RRRW++A1+A32.4.3求和電路

根據(jù)虛短、虛斷和n點的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，負號表示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（積分運算）2.4.4積分電路和微分電路當(dāng)vI為階躍電壓時，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end例：A/D變換器要求其輸入電壓的幅度為0~+5V，現(xiàn)有信號變化范圍為-5V~+5V。試設(shè)計一電平抬高電路，將其變化范圍變?yōu)?~+5V。+5V-5V+5V+2.5V電平抬高電路A/D計算機uiuouo=0.5ui+2.5Vuo=0.5ui+2.5V=0.5(ui+5)V_+10k20k+5V5kui20kuo1uo_+20k20k10k運算電路要求1.熟記各種單運放組成的基本運算電路的電路圖及放大倍數(shù)公式。2.