模電課件第七章集成運放基本電路

1、模電課件第七章集成運放基本電路7.3 7.3 理想運算放大器理想運算放大器 7.3.1 理想運放的概念理想運放的概念 1理想運放的技術參數(shù)應滿足下列條件理想運放的技術參數(shù)應滿足下列條件 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益 Aod=差模輸入電阻差模輸入電阻 Rid=輸出電阻輸出電阻 Rod=0輸入失調電壓輸入失調電壓 UIO=0輸入失調電流輸入失調電流 IIO=0輸入失調電壓溫漂輸入失調電壓溫漂 UIO=0輸入失調電流溫漂輸入失調電流溫漂 IIO=0共模抑制比共模抑制比 KCMR=輸入偏置電流輸入偏置電流 IIB=0開環(huán)帶寬開環(huán)帶寬 KCMR=模電課件第七章集成運放基本電路7.3.2 理想運放的等

2、效模型和分析方法理想運放的等效模型和分析方法 7.3.2 理想運放的等效模型和分析方法理想運放的等效模型和分析方法 1理想運放等效模型：理想運放等效模型： (1) “零子零子”：端：端子間電壓為零，子間電壓為零，流過電流為零的流過電流為零的二端電路元件。二端電路元件。 0 i0 u (2) “極子極子”：端子：端子間電壓為某一常數(shù)，間電壓為某一常數(shù)，流過電流為任意值流過電流為任意值的二端電路元件。的二端電路元件。 “零子零子”的電路符號的電路符號任任意意值值 icu “極極子子”的電路符號的電路符號uoci “極子極子”相當相當于理想電壓于理想電壓源源模電課件第七章集成運放基本電路(3) 理想

3、運算放大器的等效模型理想運算放大器的等效模型 理想運算放大器的開環(huán)電壓增益理想運算放大器的開環(huán)電壓增益Aod= uuouiu odoidAuu 0 uuuid uu虛短虛短差模輸入電阻差模輸入電阻 Rid=idididRui iidi+ +i- - iiiid00 ii虛斷虛斷：理想運放輸出為有限值：理想運放輸出為有限值uo 0 IIuu理想運放輸入端可看作理想運放輸入端可看作“零子零子”II II：理想運放輸出電阻：理想運放輸出電阻 Rod=0相當于理想電壓源相當于理想電壓源輸出端相當于輸出端相當于“極子極子”i- -模電課件第七章集成運放基本電路運放電路簡化分析的要點運放電路簡化分析的要點

4、 輸出端相當于理想電壓源輸出端相當于理想電壓源0 ii虛斷虛斷 uu虛短虛短idoduAuuouidu 模電課件第七章集成運放基本電路R7.3.3運放構成的兩種基本負反饋電路運放構成的兩種基本負反饋電路1反相放大器反相放大器uoRfuuiii+ +if fi- -ui平衡電阻平衡電阻R=Rf / R1何種反饋？何種反饋？電壓并聯(lián)深度負反饋電壓并聯(lián)深度負反饋電路性能分析：電路性能分析： 電路結構：電路結構： 由虛斷：由虛斷：由虛短：由虛短：0 iiffiiiii foiRuuRuu 10 ii0 u uu0 u00ifouRRu1 R1“虛地虛地”0 uu“虛地虛地”是反相放大器的特點是反相放大

5、器的特點ifouRRu1 反相比例運算放大器反相比例運算放大器完成比例運算完成比例運算Rif輸入電阻輸入電阻iiifiuR 11RiRiii 1RRuuAfiouf 電壓增益電壓增益模電課件第七章集成運放基本電路R1ui2同相放大器同相放大器 電路結構：電路結構： uoRfuui1i+ +if fi- -R平衡電阻平衡電阻R=Rf / R1何種反饋？何種反饋？電壓串聯(lián)深度負反饋電壓串聯(lián)深度負反饋電路性能分析：電路性能分析： 由虛斷：由虛斷：0 ii由虛短：由虛短：iuuu fii 1foRuuRu 1iffouRRuRRu 1111電壓增益電壓增益11RRuuAfiouf P249（710）輸

6、入電阻輸入電阻iiifiuR 0iu輸出電阻輸出電阻0 ofR電壓串聯(lián)深度負反饋電壓串聯(lián)深度負反饋 uRRufo11模電課件第七章集成運放基本電路R1uiuoRfuuRififouRRuRRRu 1111iouu 電壓跟隨器電壓跟隨器模電課件第七章集成運放基本電路7.3.4運放的誤差分析運放的誤差分析uRfuoidoduAridR1iuuiiifi- -實際運放實際運放Aod， ridRuoRfuuiii+ +if fi- -uiR1idodouAu uu0 uAuodorididrui fiiii 1Ruuiii idrui fofRuui foidiRuuruRuu 1odoAuu 模電課

7、件第七章集成運放基本電路idodffodidodffodffioufrARRRArARRRARRRRuuA 1111111111RRuuAfiouf 理想運放反理想運放反相放大器相放大器相對誤差相對誤差idodffodidodffodArARRRArARRRA 1111111 idodffodrARRRA 111Aod， rid產(chǎn)生的產(chǎn)生的相對誤差相對誤差模電課件第七章集成運放基本電路7.4 集成運算放大器的線性應用集成運算放大器的線性應用 7.4.1加法運算電路加法運算電路 反相反相加法運算電路加法運算電路 同相同相加法運算電路加法運算電路 差動差動加法運算電路加法運算電路 uuou模電課件

8、第七章集成運放基本電路1反相反相加法運算電路加法運算電路 Ruoii1i+ +if fi- -ui1R1RfR2ui2R3ui3平衡電阻平衡電阻R=Rf / R1 / R2 / R3由虛斷：由虛斷：0 iiii2ii3fiiiiiii 32111Ruui 22Ruui 33Ruui foRuu 由虛短：由虛短： uu0 由虛地：由虛地：0000 332211ifififouRRuRRuRRu若若 R1 R2 R3 R 321iiifouuuRRu 反相反相加法運算電路優(yōu)點加法運算電路優(yōu)點 （1）改變改變R1 R2 R3可調相加比例參數(shù)可調相加比例參數(shù) （2）由于）由于疊加疊加點為虛地，輸入信號

9、之間點為虛地，輸入信號之間滿滿足線性疊加定理，互不影響。足線性疊加定理，互不影響。模電課件第七章集成運放基本電路2同相同相加法運算電路加法運算電路電路平衡電路平衡Rf / R= R / R1 / R2 / R3由虛斷：由虛斷：0 iiii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+ +if fi- -Rii1Rfii foRuuRu 1iR321Riiiiiii 11Ruui 22Ruui 33Ruui Ru 由虛短：由虛短： uu消除消除u+和和u- -得得uo和和ui i關系式關系式 3322111ipipipfouRRuRRuRRRRuRRRRRp /321若若 R1 R2 R

10、3 32111iiifpouuuRRRRu ifouRRu 11Rui1uoRfuui1i+ +if fi- -R1同相同相加法運算電路缺點加法運算電路缺點 輸入信號之間相輸入信號之間相互影響互影響321/RRRRp i uRRufo11模電課件第七章集成運放基本電路R1uiuoRfuui1i+ +if fi- -RifouRRu 11 uRRufo11由虛斷：由虛斷：0 ii321Riiiiiii 11Ruui 22Ruui 33Ruui Ru 332211ipipipuRRuRRuRRuii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+ +if fi- -Rii1RiiR 3322

11、111ipipipfouRRuRRuRRRRu模電課件第七章集成運放基本電路ii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+ +if fi- -Rii1RiRi 3322111ipipipfouRRuRRuRRRRu RRRRRRp/321 RRRRf/ 332211iiifouRRuRRuRRRRRufRfR R1 332211ifififouRRuRRuRRu模電課件第七章集成運放基本電路7.4.2差動放大器差動放大器ui2R2R1ui1uoRfuui+ +if fi- -ii1Rii2平衡電阻平衡電阻 R / R2 =Rf / R1由虛斷：由虛斷：0 iiffiiiii foi

12、RuuRuu 1RRRuui 22由虛短：由虛短： uu 111212iffiouRRRRRRRRuu 一般要求：一般要求：R = Rf R2 =R1Rf 121iifouuRRu 差模電壓增益差模電壓增益121RRuuuAfiiouf 112RRuuuAfiiouf ui2R2R1ui1uoRfuui+ +if fi- -ii1Rii2 uRRufo11 11RRufo 22iuRRR 11ifuRR 111212iffiouRRRRRRRRuu 模電課件第七章集成運放基本電路R3R1u1uoRR/2RR/2u2R2R4 例例1求輸出電壓表達式求輸出電壓表達式uo2uo1同相同相放大器輸出放

13、大器輸出1121uRRuo 同相同相放大器輸出放大器輸出2221uRRuo 差動放大器輸出差動放大器輸出 1121434212ooouRRRRRRRRuu 11221434212121uRRRRuRRRRRRRRuo 模電課件第七章集成運放基本電路 例例2求輸出電壓表達式求輸出電壓表達式RuoR2uui1i+ +i2i- -uiR1R4R3i4i3由虛斷：由虛斷：0 ii221iiii 21RuuRuuMi 432iii 4320RuuRuRuuOMMM 由由“虛虛地地”0 u 1342142RuRRRRuRRuiio 模電課件第七章集成運放基本電路uoR4ui2R1R1ui1uui+ +i-

14、 -R2R2R3R5 例例3求輸出電壓表達式求輸出電壓表達式i3ii1ii2由虛斷：由虛斷：0 ii331iiii uo12111RuuRuuoi 2122RRRuui 由虛短：由虛短： uu由反相放大器：由反相放大器：oouRRu431 213142iiouuRRRRu 模電課件第七章集成運放基本電路 例例4求輸出電壓表達式求輸出電壓表達式ui4Ruoii1i+ +ii4 4i- -ui1R1R2ui2R3ui3ii2ii3KuXuYYXuo1R4由虛斷：由虛斷：0 ii4321iiiiiiii 由由“虛虛地地”0 u41332211RuuRuuRuuRuuoiii 41ioouKuu 33

15、221144RuRuRuKuRuiiiio模電課件第七章集成運放基本電路 例例5試設計一個加減運算電路，試設計一個加減運算電路，使使uo=10ui1+8ui2-20ui3加減運算電路的設計步驟加減運算電路的設計步驟先根據(jù)函數(shù)關系畫出電路，然后計算參數(shù)先根據(jù)函數(shù)關系畫出電路，然后計算參數(shù)R3ui3ii3i+ +uoRfif fi- -RR1ui1ii1R2ui2ii2解解(1) 畫出電路畫出電路(2) 計算電阻計算電阻平衡電阻平衡電阻R / R1 / R2 =Rf / R3332211ifififouRRuRRuRRu 取取Rf =240k101 RRf82 RRf203 RRf一般取一般取Rf

16、 =（幾（幾k 至至1M） kR241 kR302 kR123 kR80模電課件第七章集成運放基本電路作業(yè)：作業(yè)：P268 7.2 7.3 7.4P269 7.6模電課件第七章集成運放基本電路7.4.3積分器積分器1反相積分器反相積分器RuoRfuuiii+ +iC Ci- -uiR平衡電阻平衡電阻R=RuC dtiCuCC1由虛斷：由虛斷：0 iiCCiiiii CiiRuu 由由“虛虛地地”0 u dtiCuuCo1 dttuRCuio1實現(xiàn)模擬信號的積分運算，實現(xiàn)模擬信號的積分運算，還可實現(xiàn)延時、移相、波形還可實現(xiàn)延時、移相、波形變換作用變換作用模電課件第七章集成運放基本電路RuoRfu

17、uiii+ +iC Ci- -uiRuCRuoRfuuiii+ +i- -uiR反相放大器輸出反相放大器輸出ifouRRu1 suZZsuifo1 ssuRCsuio1 sC1R dttussuii dttui)( dttuRCsuio 1當當s=j0時，時，uo(s) uo(s) VCC阻塞失真阻塞失真Auf(s) t模電課件第七章集成運放基本電路RuoZ2uuiii+ +i- -uiZ12實際應用的積分器實際應用的積分器Ruouuiii+ +i- -uiRuCRf反相比例放反相比例放大器輸出大器輸出iouZZu12 ifouRsCRu1/ iffouCsRRRRu 當當s=j0時，時，Au

18、f (s) - -Rf /R CsRRRRsAffuf 避免阻塞失真避免阻塞失真當當sRf RCR時時 sRCsususAiouf1 sRCsusuio dttuRCtuio 1模電課件第七章集成運放基本電路RuoRfuuiii+ +if fi- -uiR7 .4.4 微分器微分器實現(xiàn)模擬信號的實現(xiàn)模擬信號的微微分運算，還可實現(xiàn)移相、波形變分運算，還可實現(xiàn)移相、波形變換作用換作用uCiC1反相反相微微分器分器平衡電阻平衡電阻R=Rf由虛斷：由虛斷：0 iiffCiiii foCRuui dtduCiCC CiidtuudC 由由“虛虛地地”0 u dttduCRuifo 模電課件第七章集成運放

19、基本電路ifouZZu1 RuoZfuuiii+ +i- -uiZ1反相放大器輸出反相放大器輸出 suZZsuifo1 sC1fR sCsuRsuifo dttdui)(iCuCRuoRfuui+ +if fi- -uitdtduCRuifo CfR2實際應用的實際應用的微微分器分器R限制輸入電流，降低高頻噪聲限制輸入電流，降低高頻噪聲1/ CiC 高頻噪聲高頻噪聲Cf相位補償，抑制自激振蕩相位補償，抑制自激振蕩模電課件第七章集成運放基本電路7 .4.5 對數(shù)和指數(shù)運算電路對數(shù)和指數(shù)運算電路RuoRfuuiii+ +if fi- -uiRiD D由虛斷：由虛斷：0 iiDDiiiii Ruui

20、iiDi 由于由于PN PN 結電壓與電結電壓與電流之間的關系流之間的關系 TBETBEVVsVVsDeIeIi 1ToTDUuusUusDeIeIi 由由“虛虛地地”0 uToUusieIRu 00siToRIuUuln TDoUuuu ic cuBEToTBEUuusUusCeIeIi Ruui siToRIuUuln 基本對數(shù)運算電路的缺點基本對數(shù)運算電路的缺點（1）由于）由于UT和和IS是溫度的是溫度的函數(shù)，因此運算精度受溫度函數(shù)，因此運算精度受溫度的影響。的影響。（2）UDuuoUT在小在小信號時誤差大。信號時誤差大。（3）只在一）只在一定范圍內滿足定范圍內滿足ToUuusDeIi 1 對數(shù)運算電路對數(shù)運算電路模電課件第七章集成運放