2-2章運(yùn)算放大器

2.1集成電路運(yùn)算放大器2.3基本線性運(yùn)放電路2.4同相輸入和反向輸入放大電路的其他應(yīng)用第2章運(yùn)算放大器2.2理想運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器：高增益、直接耦合、高輸入電阻和低輸出電阻的多級(jí)放大電路。2.1集成電路運(yùn)算放大器集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)：Av1Av2Av3=1vo1=Av1(vP-vN)vo2=Av1Av2

(vP-vN)vo=Avo

(vP-vN)vPvNvo1vo21.集成電路運(yùn)算放大器組成集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)：（1）采用四級(jí)以上的多級(jí)放大器，輸入級(jí)和第二級(jí)一般采用差動(dòng)放大器。（2）輸入級(jí)常采用復(fù)合三極管或場(chǎng)效應(yīng)管，以減小輸入電流，增加輸入電阻。（3）輸出級(jí)采用互補(bǔ)對(duì)稱式射極跟隨器，以進(jìn)行功率放大，提高帶負(fù)載的能力。共發(fā)射極放大電路構(gòu)成，獲得較高的電壓放大倍數(shù)?；パa(bǔ)對(duì)稱電路構(gòu)成，減小輸出電阻，提高電路的帶負(fù)載能力。恒流源構(gòu)成，為各級(jí)電路提供穩(wěn)定、合適的偏置電流，決定各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)。μA741集成運(yùn)算放大器的芯片實(shí)物外形圖1μA7412876543空腳正電源端輸出端調(diào)零端調(diào)零端反相輸入端同相輸入端負(fù)電源端外部接線圖集成運(yùn)算放大器外形：集成運(yùn)放的電路圖符號(hào)∞＋＋－U0U+U-同相輸入反相輸入∞＋＋－+12V輸出6513724-12V調(diào)零電位器集成運(yùn)算放大器代表符號(hào)：＋＋－U0U+U-國(guó)際符號(hào)：國(guó)內(nèi)符號(hào)：2.集成電路運(yùn)算放大器電路模型+–+–ViV+V-V1V2vovPvNNPriroAvo

(vP-vN)++––0uoui+Uom-Uom-1mV+1mV線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)運(yùn)放的電壓傳輸特性：設(shè)Aod=104Aod越大，線性區(qū)越小，當(dāng)Aod

→∞時(shí)，線性區(qū)→0非線性區(qū)vP>uN,,負(fù)向飽和，vO=-Vom非線性區(qū)vP<uN,正向飽和，vO=+Vom│vi│≤1mV時(shí)，運(yùn)放處于線性區(qū)。

ri

>106Ω

ro

<100Ω

Avo=104～107

Avo=80DB～140DB3.ri

,iN=0

,iP=04.ro

05.Auo

＋－vNvP

vo+Uom-Uom0uoui2.2理想運(yùn)算放大器+–+–ViV+V-V1V2vovPvNNPriroAvo

(vP-vN)++––++–ViV+V-vovPvNNPriAvo

(vP-vN)++––iP=0iN=01.+Vom=V+，-Vom=V-2.vN>uP,負(fù)向飽和，vo=-Vom。

vN<uP,正向飽和，vo=+Vom。運(yùn)放工作在線性區(qū)的條件：電路中引入負(fù)反饋運(yùn)放工作在線性區(qū)的分析方法：虛短（u+=u-）虛斷（ii+=ii-=0）vO-+AvNvP反饋深度負(fù)反饋,利用虛短和虛斷分析電路2.3基本線性運(yùn)放電路1.電壓反饋：穩(wěn)定輸出電壓-vI+vid

+vF

=0輸入端有vID

=vI-vF即vP

vO

vF

vid

vO

一.同相放大電路2.運(yùn)放工作在線性區(qū)的分析方法：虛短：v+=v-

，（vP=vN

）虛斷：ii+=ii-=0，（iP=iN=0

）在同相放大電路中，兩輸入端電壓大小相等，相位相同。3.同相放大電路計(jì)算電壓串聯(lián)負(fù)反饋(1)Av利用虛短和虛斷得(2)輸入電阻(3)輸出電阻4.電壓跟隨器(1)Av利用虛短和虛斷得(2)輸入電阻(3)輸出電阻電壓跟隨器作用：阻抗變換或緩沖器。電路不從信號(hào)源吸取電流，負(fù)載變化時(shí)，輸出電壓不變。二.反相放大電路1.確定運(yùn)放狀態(tài),判定反饋組態(tài)；2.技術(shù)指標(biāo)(1)Av電壓并聯(lián)負(fù)反饋虛短虛斷(2)輸入電阻(3)輸出電阻當(dāng)則若繼續(xù)有則

根據(jù)虛短、虛斷和N、P點(diǎn)的KCL得：2.4同相輸入和反向輸入放大電路的其他應(yīng)用一.求差電路(2)輸入電阻i2i1當(dāng)R1=R2，R3=Rf時(shí)，利用虛短：vp=vn、虛斷：iI=0i2=-i1(3)輸出電阻例題：2.4.1二.儀用放大器voR3R3R4R4R2R2R1+++A1-+A2++A3由放大器組成的溫度測(cè)量電路(集成化的儀表放大器）.E=+5VRRRRtuiRt

：熱敏電阻集成化:儀表放大器voR3R3R4R4R2R2R1+++A1-+A2++A3v3v4v1v21放大倍數(shù)可變；2輸入在同相端，輸入電阻高。3很強(qiáng)的共模抑制能力和小的輸出漂移電壓，高的差模電壓增益。voR3R3R4R4R2R2R1+++A1-+A2++A3v3v4v1v2由放大器組成的溫度測(cè)量電路。（集成化的儀表放大器）根據(jù)虛短、虛斷和N點(diǎn)的KCL得：若則有（加法運(yùn)算）輸出再接一級(jí)反相電路可得特點(diǎn)：比例系數(shù)調(diào)節(jié)方便。三.求和電路根據(jù)虛短、虛斷和N點(diǎn)的KCL得：（加法運(yùn)算）缺點(diǎn)：比例系數(shù)調(diào)節(jié)不方便。三.求和電路（同相）2.加法電路（同相）根據(jù)虛短、虛斷和N點(diǎn)的KCL得：（加法運(yùn)算）缺點(diǎn)：比例系數(shù)調(diào)節(jié)不方便。預(yù)備知識(shí)回顧：四.積分電路和微分電路式中，負(fù)號(hào)表示vO與vS在相位上是相反的。虛短虛斷設(shè)電容器C的初始電壓為零，則（積分運(yùn)算）i1i21.積分電路當(dāng)vS為階躍電壓時(shí)，例2.4.3已知V+=+15V，V-=-15V，R=10KΩ，C=10nF，電容C的初始電壓vc(0)=0，試對(duì)應(yīng)輸入電壓畫出輸出電壓vo的波形。vO與t

成線性關(guān)系t=RC=τ

vo=-vst>τ，vo=-vom

運(yùn)放飽和，停止積分vsvsvomτ圖2.4.7vovst1t2VS1.為什么使用運(yùn)放？是充電電流ic恒定，波形線形好。2.電容并聯(lián)電阻Rf作用:防止低頻時(shí)增益過(guò)大，飽和。3.作用：電子開(kāi)關(guān)延遲、波形變換A/D中，將電壓量變?yōu)闀r(shí)間量移相Rf當(dāng)vS為矩形波問(wèn)題：積分電路中：例2.4.3已知V+=+15V，V-=-15V，R=10KΩ，C=5nF，電容C的初始電壓vc(0)=0，試對(duì)應(yīng)輸入電壓畫出輸出電壓vo的波形。vOvI/Vt1t2t=040120t/s0-1054012008t/s解：t=0時(shí)，vc(0)=0，t=40s時(shí)，t=120s時(shí)，2.微分電路虛短虛斷vs圖2.4.10微分電路的電壓波形微分電路中：1.輸出信號(hào)幅度隨頻率增加而增加，因此對(duì)高頻噪聲特別敏感，以致輸出噪聲可能完全淹沒(méi)微分信號(hào)。3.作用：波形變換、微分運(yùn)算、移相2.微分電路例：,求vo。tvs0tvo090°dtdvRCvso-=tRCvowwcos-=算題方法、步驟一般解題步驟：利用“虛斷(ii=0)”和“虛短(u+=u–)”列方程。2.一般找到一個(gè)節(jié)點(diǎn)，利用KCL列方程。求出運(yùn)算電路的輸出電壓或電壓

放大倍數(shù)。

級(jí)聯(lián)組合的解題步驟：熟記單運(yùn)放組成的基本運(yùn)算電路及放大倍數(shù)公式。級(jí)聯(lián)組合或疊加法。若是含有電容的微分、積分電路的運(yùn)算：1.用傳遞函數(shù)的概念，先將電容或含有電容的支路用電抗表示；2.用一般解題步驟解出運(yùn)算電路的輸出電壓或電壓

放大倍數(shù)；3.最后將表達(dá)式中S=d/dt,1/S=∫dt替換，求微分和積分。例：設(shè)計(jì)一個(gè)加減運(yùn)算電路，RF=240k

，使uo=10ui1+8ui2-20ui3解:(1)畫電路。系數(shù)為負(fù)的信號(hào)從反相端輸入，系數(shù)為正的信號(hào)從同相端輸入。練習(xí)疊加法：uo=10ui1+8ui2-20ui3uo1=10ui1+8ui2

uo1=-20ui3(2)計(jì)算參數(shù)。R3RFui1uoR2R1ui2R4ui3-++例：A/D變換器要求其輸入電壓的幅度為0~+5V，現(xiàn)有信號(hào)變化范圍為-5V~+5V。試設(shè)計(jì)一電平抬高電路，將其變化范圍變?yōu)?~+5V。+5V-5V+5V+2.5V電平抬高電路A/D計(jì)算機(jī)uiuouo=2.5sinωt+2.5vui=5sinωtuo=0.5ui+2.5V

=0.5(ui+5)Vui=5sinωtuo=0.5ui+2.5V10k

20k

+5V5