模擬電子技術(shù)第2章集成運(yùn)算放大器及線性應(yīng)用

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1.集成電路運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成單元圖2.1.1集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2.1集成電路運(yùn)算放大器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)圖2.1.3運(yùn)算放大器的電路模型通常：開(kāi)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?。?/p>

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、理想運(yùn)算放大器的概念

在分析由實(shí)際運(yùn)算放大器組成的電路時(shí)，為了簡(jiǎn)化分析，往往采用理想運(yùn)算放大器來(lái)代替。所謂理想運(yùn)放，即把實(shí)際運(yùn)算放大器的參數(shù)理想化。理想運(yùn)放有如下參數(shù)：

rid≈∞

ro≈0IB1＝IB2＝0

Avo→∞

VOS、IOS及溫漂為零若vP＜vN,則vO=–Vom=V－若vP＞vN,則vO=+Vom=V＋2、運(yùn)放工作在非線性區(qū),即運(yùn)放開(kāi)環(huán)3、運(yùn)放工作在線性區(qū),即運(yùn)放閉環(huán)（引入負(fù)反饋）ip＝-in＝(vp－vn)/rid≈0，這種現(xiàn)象稱(chēng)為虛斷。vp≈vN，或vid＝vp－vN≈0。這種現(xiàn)象稱(chēng)為虛短。

由運(yùn)放引入負(fù)反饋而得到的虛短和虛斷兩個(gè)重要概念，是分析由運(yùn)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2.3.2反相放大電路2.3基本線性運(yùn)放電路1.基本電路

2.3.1同相放大電路圖2.3.1同相放大電路這是電壓串聯(lián)負(fù)反饋（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.幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算2.3.1同相放大電路2.幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)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

：串聯(lián)負(fù)反饋提高輸入電阻電壓負(fù)反饋減小輸入電阻根據(jù)虛短和虛斷有vo＝vn≈vp＝vi（可作為公式直接使用）3.電壓跟隨器無(wú)電壓跟隨器時(shí)負(fù)載上得到的電壓有電壓跟隨器時(shí)負(fù)載上得到的電壓ip≈0，vp＝vs根據(jù)虛短和虛斷有vo＝vn≈vp＝vs電壓跟隨器的作用電壓跟隨器可起到變換輸入輸出電阻的作用。（b）由虛短引出虛地vn≈01.基本電路圖2.3.5反相放大電路（a）電路圖2.3.2反相放大電路這是電壓并聯(lián)負(fù)反饋（1）電壓增益Av

根據(jù)虛短（地）和虛斷的概念有：所以i1＝i2

即（可作為公式直接使用）2.幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算vn≈vp＝0，ii＝02.幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算（2）輸入電阻Ri

（3）輸出電阻Ro

Ro→02.3.2反相放大電路直流毫伏表電路如圖，當(dāng)R2>>R3時(shí)，試證明：

VS＝(R3R1/R2)IM

解:根據(jù)虛斷有II

=0所以I2

=IS

=VS

/

R1

又因?yàn)?/p>

VP

≈

VN

=0，例2.3.3直流毫伏表電路即R3(I2-IM)＋I(xiàn)2R2

=0

2.電流-電壓變換器輸出電壓與輸入電流成比例。則輸出電流輸出電流與輸入電壓成比例。負(fù)載不接地3.電壓-電流變換器

1、反相比例運(yùn)算電路的輸入電流基本上_____流過(guò)反饋電阻Rf上的電流。。

課堂練習(xí)題

2、______運(yùn)算電路的電壓增益Avf為－Rf/R1。

3、_________比例運(yùn)算電路的特例是電壓跟隨器，它具有Ri很大和Ro很小的特點(diǎn)，常用作緩沖器。A.大于B.小于C.等于D.無(wú)關(guān)

A.反相比例B.同相比例C.加法D.減法

A.反相比例B.同相比例C.加法D.減法

4、電路如圖所示，設(shè)運(yùn)放是理想的。當(dāng)輸入電壓vs

為+1V時(shí)，則vO

=_____V。課堂練習(xí)題1A.1B.2C.3D.4

中山大學(xué)06年考研試題選解：（1）利用虛短概念可得Vo1=0V；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同相輸入和反相輸入放大電路的其他應(yīng)用從結(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。根據(jù)虛短、虛斷和n、p點(diǎn)的KCL得：2.4.1求差電路(差分式運(yùn)算電路）電路引入的是電壓串聯(lián)和電壓并聯(lián)兩種負(fù)反饋。2.4.1求差電路（差動(dòng)放大電路）從放大器角度看增益為（該電路也稱(chēng)為差分電路或減法電路）或R1R3=R2R4用疊加原理求解差分電路2.4.1求差電路一種高輸入電阻的差分電路Ri=Ri1

2.4.2儀用放大器求解:解：vs1和vs2為差模輸入信號(hào)，R1的中點(diǎn)為交流零電位。A3是雙端輸入差動(dòng)放大電路。

數(shù)據(jù)放大器原理圖

顯然調(diào)節(jié)R1可以改變放大器的增益。求儀用放大器的輸出表達(dá)式，并分析R1的作用。根據(jù)虛短、虛斷和n點(diǎn)的KCL得：若則有（該電路也稱(chēng)為加法電路）2.4.3求和電路例2：電路如圖，求v0的數(shù)值。解：這是由運(yùn)放組成的三個(gè)電路加法同相差分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i2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⑴電路分析C為反饋元件，在沖放電過(guò)程中，引入的是電壓并聯(lián)負(fù)反饋當(dāng)vI為階躍電壓時(shí)，有vO與t

成線性關(guān)系⑵積分電路輸入階躍電壓t的大小受Vom值限制Vom的大小受VCC的值限制畫(huà)出積分電路在以下幾種階躍輸入下的的輸出波形。(a)輸入負(fù)階躍信號(hào)⑶積分電路波形圖例題:在vi為負(fù)時(shí)，R兩端有電位差，產(chǎn)生反向電流，對(duì)C反向充電，vo向反方向變化。（b）輸入正負(fù)對(duì)稱(chēng)的方波

注意：當(dāng)輸入信號(hào)在某一個(gè)時(shí)間段等于零時(shí)，積分器的輸出是不變的，保持前一個(gè)時(shí)間段的最終數(shù)值。因?yàn)闆](méi)有放電回路，所以C不能放電，故輸出電壓vo保持不變。若在運(yùn)放的輸出端接上負(fù)載電阻RL，vo將有何變化？(c)輸入正方波信號(hào)

2.微分電路∵

vN=vP=0，i1=itvo⑴.電路結(jié)構(gòu)：⑵.電路分析：⑶.畫(huà)輸出波形：tvi1.二象限乘法器（a）原理電路（b）同相（或反相）乘法器代表符號(hào)6.6.1模擬乘法器的工作原理6.6.1模擬乘法器的工作原理1.二象限乘法器電路的最后輸

缺點(diǎn)：

精度差

vY必須大于0V，只能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)象限的乘法運(yùn)算1、乘方

6.6.2模擬乘法器的應(yīng)用6.6.2模擬乘法器的應(yīng)用2、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乘法器和R2引入了反饋6.6.2放模擬乘法器的應(yīng)用3、開(kāi)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。本