模電16(運算放大器)

1、2.1 集成電路運算放大器集成電路運算放大器2.2 理想運算放大器理想運算放大器2.3 基本線性運放電路基本線性運放電路2.4 同相輸入和反相輸入放大電同相輸入和反相輸入放大電 路的其他應用路的其他應用2.1 集成電路運算放大器集成電路運算放大器1. 集成電路運算放大器的內(nèi)部組成單元集成電路運算放大器的內(nèi)部組成單元圖圖2.1.2 運算放大器的代表符號運算放大器的代表符號（a）國家標準規(guī)定的符號）國家標準規(guī)定的符號 （b）國內(nèi)外常用符號）國內(nèi)外常用符號2. 運算放大器的電路模型運算放大器的電路模型圖圖2.1.3 運算放大器的電路模型運算放大器的電路模型通常：通常： 開環(huán)電壓增益開環(huán)電壓增益 Av

2、o的的105 （很高）（很高） 輸入電阻輸入電阻 ri 106 （很大）很大） 輸出電阻輸出電阻 ro 100 （很?。┖苄。?vOAvo(vPvN) （ V vO V ） 注意輸入輸出的相位關注意輸入輸出的相位關系系2. 運算放大器的電路模型運算放大器的電路模型當當Avo(vPvN) V 時時 vO V 當當Avo(vPvN) V- -時時 vO V- -電壓傳輸特性電壓傳輸特性 vO f (vPvN)線性范圍內(nèi)線性范圍內(nèi) vOAvo(vPvN)Avo斜率斜率2.2 理想運算放大器理想運算放大器1. vO的飽和極限值等于運放的飽和極限值等于運放的電源電壓的電源電壓V和和V 2. 運放的開環(huán)電

3、壓增益很高運放的開環(huán)電壓增益很高 若（若（vPvN）0 則則 vO= +Vom=V 若（若（vPvN）0 則則 vO= Vom=V 3. 若若V vO R3時，時，（1）試證明）試證明VS( R3R1/R2 ) IM 解解:（1）根據(jù)虛斷有）根據(jù)虛斷有 II =0所以所以 I2 = IS = VS / R1 例例2.3.3直流毫伏表電路直流毫伏表電路（2）R1R2150k ，R31k ，輸入信號電壓輸入信號電壓VS100mV時，通過時，通過毫伏表的最大電流毫伏表的最大電流IM(max)？ 又又根據(jù)虛短有根據(jù)虛短有 VP = VN =0R2和和R3相當于并聯(lián)，所以相當于并聯(lián)，所以 I2R2 =

4、R3 (I2 - - IM )所以所以1S332M)(RVRRRI 當當R2 R3時，時，VS( R3R1/R2 ) IM （2）代入數(shù)據(jù)計算即可）代入數(shù)據(jù)計算即可2.4 同相輸入和反相輸入同相輸入和反相輸入放大電路的其他應用放大電路的其他應用2.4.1 求差電路求差電路2.4.2 儀用放大器儀用放大器2.4.3 求和電路求和電路2.4.4 積分電路和微分電路積分電路和微分電路2.4.1 求差電路求差電路 從結(jié)構(gòu)上看，它是反相從結(jié)構(gòu)上看，它是反相輸入和同相輸入相結(jié)合的放輸入和同相輸入相結(jié)合的放大電路。大電路。4on1ni1RvvRvv 3p2pi20RvRvv i114i2323141ovRR

5、vRRRRRRv )(當當,2314RRRR 則則)(i1i214ovvRRv 若繼續(xù)有若繼續(xù)有,14RR 則則i1i2ovvv 根據(jù)根據(jù)虛短虛短、虛斷虛斷和和n n、p p點的點的KCLKCL得：得：pnvv 2.4.1 求差電路求差電路從放大器角度看從放大器角度看14i1i2odRRvvvAv 時，時，2314RRRR )(i1i214ovvRRv 增益為增益為（該電路也稱為差分電路或減法電路）（該電路也稱為差分電路或減法電路）2.4.1 求差電路求差電路一種高輸入電阻的差分電路一種高輸入電阻的差分電路2.4.2 儀用放大器儀用放大器)21(123421ORRRRA vvvv2.4.3 求

6、和電路求和電路1ni1Rvv - -3onRvv - 根據(jù)根據(jù)虛短虛短、虛斷虛斷和和n n點點的的KCLKCL得：得：2i231i13ovvvRRRR - -321RRR 若若0pn vv2ni2Rvv - - 則有則有2i1iovvv - -（該電路也稱為加法電路）（該電路也稱為加法電路）2.4.4 積分電路和微分電路積分電路和微分電路1. 積分電路積分電路式中，負號表示式中，負號表示vO與與vI在相位上是相反的。在相位上是相反的。根據(jù)根據(jù)“虛短虛短”，得得根據(jù)根據(jù)“虛斷虛斷”，得得0N v0I i因此因此RiiI12v 電容器被充電，其充電電流為電容器被充電，其充電電流為2i設電容器設電容

7、器C的初始電壓為零，則的初始電壓為零，則 tRCtiCd1d1I2ONvvv tRCd1IOvv（積分運算）（積分運算）2.4.4 積分電路和微分電路積分電路和微分電路當當vI I為階躍電壓時，有為階躍電壓時，有vO與與 t 成線性關系成線性關系 tRCd1IOvvtRCVI tV I1. 積分電路積分電路2.4.4 積分電路和微分電路積分電路和微分電路2. 微分電路微分電路tRCddIOvv 歸納與推廣歸納與推廣ZfZ1AVs(S) Vo (S) I (S) If (S)上面討論的加法、減法、積分、微分等運算電路可用下列一上面討論的加法、減法、積分、微分等運算電路可用下列一般形式表示：般形式

8、表示：Z1、Zf ：運算阻抗：運算阻抗可以是可以是R、C、L的串、并聯(lián)，的串、并聯(lián)，均為均為S=j（復頻率變量）（復頻率變量） 的的函數(shù)。函數(shù)。S=j表示微分運算表示微分運算dtdS1dt表示積分運算表示積分運算SL感抗感抗SC1容抗容抗則則) )( () )( () )( (SZSVSI1s=) )( () )( () )( () )( (SVSZSZSVs1fo=) )( () )( () )( () )( () )( (SZSZSVSVSA1fso=傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)一般形式一般形式改變改變Z1、Zf 的形式，的形式，可實現(xiàn)各種基本運算?？蓪崿F(xiàn)各種基本運算。 右側(cè)括號內(nèi)第一、二兩項表示比例

9、運算；第三項表示右側(cè)括號內(nèi)第一、二兩項表示比例運算；第三項表示微分運算；第四項表示積分運算；微分運算；第四項表示積分運算； 此為比例此為比例-積分積分-微分運算電路，在自動控制系統(tǒng)中常微分運算電路，在自動控制系統(tǒng)中常用于組成用于組成PID調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器。 比例比例-積分運算用于提高調(diào)節(jié)精度，微分運算則用于積分運算用于提高調(diào)節(jié)精度，微分運算則用于加速過渡過程。加速過渡過程。)1(1)()()(1111sCRsCRsCRsVsVsAffso)1(1111ffffCsRCsRCCRR傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：6.6 變跨導式模擬乘法器變跨導式模擬乘法器6.6.1 變跨導式模擬乘法器的工作原理變跨導式模擬乘

10、法器的工作原理6.6.2 模擬乘法器的應用模擬乘法器的應用不做要求，感興趣者自學不做要求，感興趣者自學1. 運算電路運算電路6.6.2 模擬乘法器的應用模擬乘法器的應用乘方乘方 1. 運算電路運算電路6.6.2 模擬乘法器的應用模擬乘法器的應用除法除法 只有當只有當vX2為正極性時，才能保證運算放大器是處于負反為正極性時，才能保證運算放大器是處于負反饋工作狀態(tài)，而饋工作狀態(tài)，而vX1則可正可負，故屬二象限除法器。則可正可負，故屬二象限除法器。 利用虛短和虛斷概念有利用虛短和虛斷概念有0221X1 RRvvX2o2vvvK X2X112ovvv KRR得得由乘法器的功能有由乘法器的功能有1. 運算電路運算電路6.6.2 模擬乘法器的應用模擬乘法器的應用開平方開平方 利用虛短和虛斷概念有利用虛短和虛斷概念有02i RRvv2o2vvK Kiovv 得得由乘法器的功能有由乘法器的功能有vi必須為負值時，電路才能正常工作。必須為負值時，電路才能正常工作。 2. 壓控放大器壓控放大器6.6.2 模擬乘法器的應用模擬乘法器的應用 乘法器的一個輸入端加一直流控制電壓乘法器的一個輸入端加一直流控制電壓VC，另一輸入端，另一輸入端加一信號電壓加一信號電壓vs時，乘法器就成了增益為時，乘法器就成了增益為