集成電路 (13)課件

2.1集成電路運算放大器2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同相輸入和反相輸入放大電路的其他應(yīng)用

1.正確理解運算放大器的基本組成和電路模型；

重點難點

2.掌握理想運算放大器的特點；

3.正確理解和掌握虛短、虛斷的概念；

5.掌握同相和反相放大器的幾種主要應(yīng)用電路。虛短和虛斷概念的理解4.掌握同相和反相放大器的分析和計算；2運算放大器2.1集成電路運算放大器1.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2.運算放大器的電路模型圖2.1.3運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.運算放大器的電路模型當(dāng)Avo(vP－vN)V＋時

vO＝

V＋

當(dāng)Avo(vP－vN)

V-時

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end2.2理想運算放大器1.

vo的飽和極限值等于運放的電源電壓V＋和V－

2.運放的開環(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運放的簡化電路模型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.負(fù)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(fù)反饋。2.3.1同相放大電路3.虛假短路

圖中輸出通過負(fù)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(fù)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(biāo)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→02.3.1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）電壓跟隨器常作為阻抗變換器或緩沖器使用2.3.1同相放大電路電壓跟隨器的作用無電壓跟隨器時負(fù)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＝vs2.3.1同相放大電路2.幾項技術(shù)指標(biāo)的近似計算（1）電壓增益Av

根據(jù)虛短和虛斷的概念有

vn≈

vp＝

0

，ii＝0所以i1＝i2

即（可作為公式直接使用）2.3.2反相放大電路2.幾項技術(shù)指標(biāo)的近似計算（2）輸入電阻Ri

（3）輸出電阻Ro

Ro→02.3.2反相放大電路當(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end2.4.1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：（1）利用反相信號求和以實現(xiàn)減法運算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）第一級反相比例第二級反相加法（2）利用反相信號求和以實現(xiàn)減法運算即當(dāng)時得（減法運算）2.4.1求差電路2.4.3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(fù)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.積分電路一.2.1.12.3.12.3.2

作業(yè)P.46二.2.4.52.4.72.4.9例2－1

下圖中A為理想運放，求vi=0.3V時v0的值。解：

v+=v–=0.2Vvo=vM

+0.04R3

=0.4+0.0410=0.8V+–R2voiR210k20kR4iR4R1R5R610k20k0.3VviR310k10KM例2－2

下圖所示電路中，假設(shè)各運放具有理想特性。(1)指出A1、A2、A3各組成什么電路；(2)寫出v01、v02、v03的表達(dá)式。+–R3+–+–A3A2A110kvivo310kR4R510k10kR1R210kvo2vo1解：(1)A1：電壓跟隨器；A2：反相求和電路；A3：同相比例放大器。(2)vo1=vi例2－3求下圖所示電路的電壓放大倍數(shù)設(shè)A1、A2都是理想運算放大器。+–10k–+A1A210k100k100k10k10k100kvi1vi2vovo1解：對于A2：vo1=vo對于A1：v+=v–vo=10(vi2–vi1)例2－4

由運放組成的晶體管測量電路如下圖，假設(shè)運放具有理想特性，晶體管的VBE=0.7V.(1)求出晶體管c、b、e各極的電位；(2)若電壓表讀數(shù)為200mV，求被測量晶體管的值。+––+A1A26k10kv1R2cebR310kR1v2(+6V)(+12V)V電壓表解：(1)vC=6VvB=0VvE=–0.7V(2)例2－5下圖電路中，A1、A2、A3均為理想運放,R3C=1ms.vi1=0.1V,vi2=0.3V為直流