模擬電路運算放大器

目前一頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-22.1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同相輸入和反相輸入放大電路的其他應(yīng)用2.5SPICE仿真例題第二章運算放大器目前二頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-32.1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2、運算放大器的電路模型目前三頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-4集成運算放大器外形圖1目前四頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-5集成運算放大器外形圖2目前五頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-6LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。

四運放集成電路LM324運算放大器符號目前六頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-71、集成電路運算放大器的內(nèi)部組成單元1、輸入輸出端口P、N、O。2、各級的作用？3、4、運放的代表符號。正負(fù)電源的中間接點目前七頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-82、運算放大器的電路模型輸入電阻ri較大，通常為106Ω或更大；輸出電阻ro較小，通常為100Ω或更?。婚_環(huán)電壓增益Avo的值較高，至少為104；受控電壓源：Avo(vP-vN)。1、電路模型及說明目前八頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-92、運算放大器的電路模型2、電壓傳輸特性輸出電壓vo不可能超越正負(fù)電源的電壓值。若Avo(vP-vN)≥V＋，則vo=＋Vom=V＋

;

設(shè)vP>vN，若V－<Avo(vP-vN)<V＋，則vo=Avo(vP-vN);若Avo(vP-vN)≤V－，則vo=－Vom=V－。

當(dāng)vo=±Vom時輸入電壓的最小幅值vP-vN

＝？vom/Avo目前九頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-102、運算放大器的電路模型例：電路如圖所示，運放的開環(huán)電壓增益Avo=106，輸入電阻ri=109Ω，電源電壓V+=+10V，V－=－10V。（1）試求當(dāng)vo=±Vom=±10V時輸入電壓的最小幅值vP-vN=？輸入電流ii=？（2）畫出傳輸特性曲線vo=f(vP-vN)。說明運放的兩個區(qū)域。109Ω106＋10V－10V解:(1)當(dāng)vo=±Vom時，輸入電壓最小幅值vP-vN

＝vo/Avo＝±10V/106=±10μV輸入電流ii=vP-vN

/ri

＝±10μV/109Ω＝±1×10－8μA目前十頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-112、運算放大器的電路模型例解:(2)畫傳輸特性曲線取a點(＋10μV,＋10V)，b點(－10μV,－10V)，連接a，b兩點得線段ab，其斜率為Avo=106，|vP-vN|<10μV,電路工作在線性區(qū)，否則工作在非線性區(qū)。電壓傳輸特性曲線如左圖所示。目前十一頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-122.2理想運算放大器

近似理想運放模型1、輸出電壓vo的飽和極限值等于運放的電源電壓，即+Vom=V+，-Vom=V-。2、開環(huán)電壓增益很高，差分輸入電壓（vP-vN）的值很小也可使運放進(jìn)入飽和區(qū)。3、若vo未達(dá)到飽和極限，則差分輸入電壓（vP-vN）必趨近于0。當(dāng)vo處于V+與V-之間，則運放必工作在線性區(qū)。4、內(nèi)部的輸入電阻ri的阻值很高，可近似地認(rèn)為它為無窮大；由此可假定iP＝0，iN＝0。5、內(nèi)部的輸出電阻ro的阻值很低乃至可以認(rèn)為它為0。目前十二頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-132.2理想運算放大器

理想運放模型將近似理想運放的參數(shù)理想化（+Vom=V+，-Vom=V-

，Avo--->∞，iP＝0，iN＝0，ri＝∞，ro＝0），便可得到理想運放的模型該圖表示輸入端是開路的，即ri≈∞，輸出端電阻ro≈0，輸出電壓vo

＝Avo(vP-vN)，其中Avo--->∞r(nóng)iiP=0iN=0理想運放電路模型ro運放電路模型目前十三頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-142.3基本線性運放電路同相輸入和反相輸入是兩種最基本的放大電路，許多由運放組成的功能電路都以此為基礎(chǔ)。在分析運放組成的各種應(yīng)用電路時，其中的運放視為理想運放。2.3.1同相放大電路反相放大電路

電壓傳輸特性形狀與Avo(vP-vN)

密切相關(guān)，由于Avo很大，導(dǎo)致性能不穩(wěn)定，怎么辦？目前十四頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-152.3.1同相放大電路a、輸入信號vi加到運放的同相輸入端“＋”和地之間。b、vn=vf=R1vo/(R1+R2)作用在反相輸入端“－”，vf表示反饋電壓。1、基本電路目前十五頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-162.3.1同相放大電路vp(vi)2、負(fù)反饋基本概念vovn

vidvo12345電壓增益Av=vo/vi如何變化？目前十六頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-172.3.1同相放大電路3、虛短和虛斷vp(vi)vn

vp≈

vn或vid=vp－vn

≈012345虛短：虛斷：由于虛短(vp－vn

≈0)且ri很大，則ip＝in≈0目前十七頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-182.3.1同相放大電路4、技術(shù)指標(biāo)近似計算vp≈

vn虛短：虛斷：ip＝in≈0閉環(huán)電壓增益Avvf輸入電阻Ri目前十八頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-192.3.1同相放大電路vp≈

vn虛短：虛斷：ip＝in≈00ro=0Ro

04、技術(shù)指標(biāo)近似計算輸出電阻Ro目前十九頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-202.3.1同相放大電路vo=vn≈vp=viAv=vo/vi≈15、電壓跟隨器目前二十頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-212.3.1同相放大電路5、電壓跟隨器（應(yīng)用示例）（a）（b）目前二十一頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-222.3.1同相放大電路6、例2.3.1直流電壓表電路如圖，磁電式電流表指針偏移滿刻度時，流過動圈電流IM=100μA。當(dāng)R1=20KΩ時，可測的最大輸入電壓VS(max)=?解：由虛短和虛斷有VP=VS=VN,Ii=0，則有目前二十二頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-23作業(yè)P46、P47

2.1.1;2.1.2;

目前二十三頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-242.3.2反相放大電路1、基本電路虛地：由虛短vn≈vP=0，則有vn接近于地電位目前二十四頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-252.3.2反相放大電路2、幾項技術(shù)指標(biāo)的近似計算（1）電壓增益虛地vn=0，虛斷ip=in=0，則i1=i2，故有因此目前二十五頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-262.3.2反相放大電路2、幾項技術(shù)指標(biāo)的近似計算（2）輸入電阻目前二十六頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-272.3.2反相放大電路2、幾項技術(shù)指標(biāo)的近似計算（3）輸出電阻ro=0Ro

0目前二十七頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-282.3.2反相放大電路

例2.3.2將反相放大電路中的電阻R2用T型網(wǎng)絡(luò)代替，如下圖所示。（1）求Av=vo/vi；解:(1)虛地vn=0，虛斷in=ip=0,節(jié)點n和M的電流方程為可得目前二十八頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-292.3.2反相放大電路

例2.3.2將反相放大電路中的電阻R2用T型網(wǎng)絡(luò)代替，如下圖所示。（2）該電路作為話筒的前置放大電路，若選R1＝51KΩ，R3＝R2

＝390KΩ，當(dāng)vo＝－100vi時，求R4。解:(2)當(dāng)R1=51KΩ，R1=R2=390KΩ，Av＝－100，有解得R4＝35.2KΩ目前二十九頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-302.3.2反相放大電路

例2.3.2將反相放大電路中的電阻R2用T型網(wǎng)絡(luò)代替，如下圖所示。（3）直接用R2代替T形網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)R1=51KΩ，AV＝－100時，求R2。解:（3）若Av＝－100，用R2代替T形網(wǎng)絡(luò)，則R2為T形網(wǎng)絡(luò)代替反饋電阻R2的益處？目前三十頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-312.3.2反相放大電路

例2.3.3直流毫伏表電路表如下圖所示。當(dāng)R2>>R3時，（1）證明Vs=(R1R3/R2)IM；解:(1)虛地Vn=Vp=0，虛斷IN=II=0，可得由（1）和（2）式可得當(dāng)R2>>R3時目前三十一頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-322.3.2反相放大電路

例2.3.3直流毫伏表電路表如下圖所示。當(dāng)R2>>R3時（2）R3=1KΩ，R1=R2=150KΩ，輸入信號電壓Vs=100mV時，通過毫伏表的最大電流IM(max)=?解:(2)已知條件（略）代入數(shù)據(jù)得目前三十二頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-332.4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積分和微分電路歸納與推廣目前三十三頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-342.4.1求差電路

求差電路又稱為差分放大電路，實現(xiàn)兩個電壓vi1、vi2相減。

虛短（vp≈vn)，虛斷（ii＝0），則接點n和p的電流方程為利用vp＝vn，聯(lián)合(1)和(2)式，可解得(3)式如果選擇阻值使R4/R1=R3/R2，則(3)式可變?yōu)?4)式目前三十四頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-352.4.1求差電路R4/R1=R3/R2

輸入電阻Ri和輸出電阻Ro？目前三十五頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-362.4.1求差電路

例2.4.1高輸入電阻的差分放大電路如圖所示，求輸出電壓vo2表達(dá)式，并說明該電路的特點。利用疊加原理求v02當(dāng)R1=R21時目前三十六頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-372.4.1求差電路

例2.4.1高輸入電阻的差分放大電路如圖所示，求輸出電壓vo2表達(dá)式，并說明該電路的特點。電路特點:1、通過兩級放大電路實現(xiàn)求差功能。

2、第一級為同相輸入，電路的輸入電阻為無窮大。目前三十七頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-382.4.2儀用放大器A1、A2虛短，則vR1=v1-v2A1、A2虛斷，則iR1=iR2,即由(1)式得（2）式根據(jù)求差電路特性目前三十八頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-39作業(yè)P46、P47

2.3.42.3.52.4.22.4.52.4.6目前三十九頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-402.4.3求和電路電壓vi1和vi2相加，可用如下求和電路實現(xiàn)。虛斷(ii=0)，則i1＋i2＝i3又虛地(vn=0)，得變形得若R1=R2=R3，則

如何修改電路消去(4)式中的負(fù)號？目前四十頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-412.4.3求和電路例2.4.2某歌唱小組有一個領(lǐng)唱和兩個伴唱，各自歌聲輸入分別輸入三個話筒，電路如右圖。(1)求vo表達(dá)式。(2)、(3)見下兩頁。解:(1)利用虛短(vp-vn=0)、虛斷(ii=0)和虛地(vn=0)i1＋i2＋i3＝i4即目前四十一頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-422.4.3求和電路例2.4.2(2)當(dāng)話筒電信號vs=vs1=

vs2=vs3=10mV

時，vo=2V，伴唱支路增益Av1=Av2

，Av3=2Av1

，求各支路增益。解:(2)將已知量代入目前四十二頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-432.4.3求和電路例2.4.2(3)選擇電阻R1、R2、R3和R4的阻值(要求阻值小于100KΩ)。解:(3)根據(jù)為方便計算可先選擇R4=100kΩ同理可得目前四十三頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-442.4.3求和電路可用同相放大電路實現(xiàn)求和功能。例：虛斷(ii=0)，則i3＝i4,虛短(vn=vp)由疊加原理,當(dāng)vi2=0時,得若R1=R2=R3=R4，則當(dāng)vi1=0時，得目前四十四頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-452.4.4積分和微分電路1、積分電路分析：由

虛斷(iI=0)和虛地(vn=0),有i1=

i2=i，電容器C以電流i1=

vI/R進(jìn)行充電。設(shè)電容器C的初始電壓vc=0，則即目前四十五頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-462.4.4積分和微分電路1、積分電路（其階躍響應(yīng)）目前四十六頁\總數(shù)五十四頁\編于八點2-472.4.4積分和微分電路1、積分電路（例）

設(shè)積分電路和輸入電壓vI波形如右圖所示。電路中電源電壓V+=+15V,V－=－15V,R=10KΩ,C=5nF，在t=0時，電容器C初始電壓vc=0，試畫出輸出電壓vO的波形，并標(biāo)出幅值。

解：在t=0時，