秋低頻電子線路集成運算放大器的線性應用基礎

《低頻電子線路》

(14)山東大學信息科學與工程學院

劉志軍12/7/20231.上次課內(nèi)容6.3.2差動放大器工作原理及性能分析(續(xù))6.3.3具有電流源的差動放大電路6.3.4差動放大器的傳輸特性12/7/20232.本次課內(nèi)容第二章集成運算放大器的線性應用基礎2.1集成運算放大器的符號、模型和電壓傳輸特性2.2線性應用時運放三種組態(tài)(引入深度負反饋)2.3由集成運算放大器構成的基本運算電路12/7/20233.第二章集成運算放大器的

線性應用基礎集成運算放大器最初用于模擬運算功能，故稱運算放大器?，F(xiàn)在集成運算放大器適用于信號處理的許多方面，是一種通用型模擬器件。12/7/20234.2.1集成運算放大器的符號、模型和電壓傳輸特性開始分析時需要建立運算放大器的理想模型。依據(jù)器件模型進行電路的工程分析。12/7/20235.理想運放模型及兩條基本運算法則先給出理想運放模型再推出兩條基本運算法則。12/7/20236.集成運放的符號（圖）－+反向輸入端同向輸入端輸出端－+反向輸入端同向輸入端輸出端12/7/20237.運放增益表達式

12/7/20238.理想運放特性對運放特性和參數(shù)可以做一下近似假設，但這些假設可以符合運放的實際情況。

12/7/20239.理想運放的主要參數(shù)12/7/202310.

理想運放特性理想運放

指選用理想（近似）參數(shù)時的理想特性，在分析實際運放時常常采用。否則分析實際運放將十分復雜和困難。對理想運放的分析是電子線路采用工程近似分析的典型范例。12/7/202311.兩條基本運算法則根據(jù)以上近似（理想）條件可以推出理想運放的兩條基本運算法則為：“虛短”“虛斷”注意此法則應用范圍只適用于線性（放大）區(qū)。12/7/202312.①虛短由于在線性區(qū)U0為有限值，又

即“虛短”，指兩個輸入端“虛”短路（不是“真”短路，指兩端電位近似相等）。

12/7/202313.②虛斷

即“虛斷”，指兩個輸入端“虛”斷路（不是“真”斷路，指近似沒有電流流入）。

12/7/202314.運放的電壓傳輸特性u0Ud=ui++ui-0UOLUOH12/7/202315.2.2線性應用時運放三種組態(tài)

(引入深度負反饋)在線性應用時運放有三種組態(tài)。反相放大電路同相放大電路差動放大電路12/7/202316.（1）反相放大電路反相放大電路的輸出與輸入信號反相。12/7/202317.反相放大器電路圖

RfR1uiuoI1If12/7/202318.反相放大電路分析

12/7/202319.反相放大電路分析12/7/202320.反相放大電路分析由以上分析可見：在閉環(huán)時，反相放大器的增益僅僅取決于反饋電阻Rf與R1電阻之比，而與集成運放其他參數(shù)無關。

12/7/202321.反相放大電路分析反相放大電路屬于電壓并聯(lián)負反饋。具有低輸入阻抗、低輸出阻抗和輸出電壓穩(wěn)定的特點。

12/7/202322.（2）同相放大電路同相放大電路的輸出與輸入信號同相。12/7/202323.同相放大器電路圖

RfR1uiuoI1If12/7/202324.同相放大電路分析

12/7/202325.

同相放大電路分析因輸出與輸入同相，故稱同相放大器。注意同相放大電路不存在“虛地”現(xiàn)象，要考慮到輸入端會有較高的共模輸入電壓。

12/7/202326.同相放大電路分析同相放大電路屬于電壓串聯(lián)負反饋，具有高輸入阻抗、低輸出阻抗和輸出電壓穩(wěn)定的特點。

12/7/202327.同相電壓跟隨器電路同相放大電路稍做改變，就可形成同相電壓跟隨器電路。

12/7/202328.同相電壓跟隨器電路圖

uiuo12/7/202329.同相電壓跟隨器

12/7/202330.（3）差動放大電路差動放大電路從同相和反相端同時輸入信號。可認為是同相與反相放大電路的組合形式。

12/7/202331.差動放大器電路圖

RfR1ui1uoui2R2R312/7/202332.差動放大電路分析12/7/202333.差動放大電路分析

12/7/202334.差動放大電路分析

12/7/202335.差動放大電路分析由上分析可以看出，差動放大電路的輸出電壓和電壓增益完全取決于輸入信號的差值，故為“差放”。

12/7/202336.2.3由集成運算放大器構成的基本運算電路線性運放電路基本運算功能有：比例運算求和運算積分和微分運算對數(shù)和指數(shù)運算乘法和除法運算等。

12/7/202337.

(1)比例運算放大電路

反相放大、同相放大和差動放大電路均可反映比例運算關系。12/7/202338.反相放大比例運算

12/7/202339.同相放大比例運算

12/7/202340.差動放大比例運算

12/7/202341.(2)求和電路求和電路可以進行加法運算，故又稱為加法電路。12/7/202342.求和電路圖

圖7–1反相相加器12/7/202343.求和電路分析

12/7/202344.求和電路分析

12/7/202345.求和電路分析由以上分析可見，電路實現(xiàn)了三個輸入信號的求和（反相），故為反相求和電路。12/7/202346.相減器12/7/202347.相減器分析12/7/202348.(3)積分和微分電路積分和微分電路可以分別實現(xiàn)積分和微分的運算功能。12/7/202349.①積分電路積分電路可以實現(xiàn)積分運算功能。12/7/202350.積分電路

圖積分器電路12/7/202351.采用Z1和Zf的積分電路

ZfZ1uiuo12/7/202352.積分電路復頻域分析

12/7/202353.積分電路復頻域分析12/7/202354.積分電路時域形式12/7/202355.對積分電路分析的結(jié)論可見，積分電路的輸出電壓是輸入電壓對時間的積分。

12/7/202356.積分電路加階躍輸入信號時波形圖

00uiuott12/7/202357.②微分電路微分電路可以實現(xiàn)微分運算功能。12/7/202358.微分電路圖

12/7/202359.微分電路圖的Z1和Zf形式

ZfZ1uiuo12/7/202360.微分電路復頻域分析

12/7/202361.微分電路時域分析

12/7/202362.微分電路輸入方波時的輸出波形圖

00uiuott12/7/202363.對微分電路分析結(jié)論可見，微分電路的輸出電壓是輸入電壓對