第二章集成运算放大器.ppt

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电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室第第2章章集成运算放大器集成运算放大器2.1集成运算放大器集成运算放大器2.2理想运算放大器理想运算放大器2.3基本线性运算电路基本线性运算电路2.4同相输入和方向输入放大电路的其他应用同相输入和方向输入放大电路的其他应用电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室图图2.1.1集成运算放大器的内部结构框图集成运算放大器的内部结构框图1.集成电路运算放大器的内部组成单元集成电路运算放大器的内部组成单元2.1集成电路运算放大器集成电路运算放大器下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室2.1集成电路运算放大器集成电路运算放大器2.运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型图图2.1.2运算放大器的代表符号运算放大器的代表符号（a）国家标准规定的符号国家标准规定的符号（b）国内外常用符号国内外常用符号下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室图图2.1.3运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型通常：

通常：

开环电压增益开环电压增益Avo的的105（很高）（很高）输入电阻输入电阻ri106（很大）（很大）输出电阻输出电阻ro100（很小）（很小）vOAvo（vPvN）（VvOV）注意输入输出的相位关系注意输入输出的相位关系2.1集成电路运算放大器集成电路运算放大器下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室当当Avo（vPvN）V时时vOV当当Avo（vPvN）V-时时vOV-电压传输特性电压传输特性vOf（vPvN）线性范围内线性范围内vOAvo（vPvN）Avo斜率斜率2.1集成电路运算放大器集成电路运算放大器下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室电压传输特性：

电压传输特性：

电压传输特性：

电压传输特性：

vo=f（vi）=f（vPvN）线性区：

线性区：

vo=Avo（v+v）输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，称为电压传输特性。

输出电压与输入电压之间关系的特性曲线，称为电压传输特性。

由于运放的开环电压放大倍数由于运放的开环电压放大倍数Auo很高，输入信号的线性取值范很高，输入信号的线性取值范围很小，即使输入毫伏级以下的信号，也足以使输出电压饱和，所围很小，即使输入毫伏级以下的信号，也足以使输出电压饱和，所以以必须在输出与输入之间加负反馈必须在输出与输入之间加负反馈，才能扩大信号的线性范围。

才能扩大信号的线性范围。

vo线性区线性区饱和区饱和区VvPvNVO饱和区：

饱和区：

当当Avo（vPvN）V时时vOVAvo（vPvN）V-时时vOV-2.1集成电路运算放大器集成电路运算放大器下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室vi+Avovo例：

设运放的最大输出电压例：

设运放的最大输出电压Vom=10V，开环差模电压增益开环差模电压增益Auo=104，求运放处于线性区的，求运放处于线性区的Vi取值范围。

取值范围。

VomvivoVomO解：

解：

vo=Avo（v+v）=vi-1mVui1mV时，运放处于线性区。

时，运放处于线性区。

2.1集成电路运算放大器集成电路运算放大器下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室2.2理想运算放大器理想运算放大器1.voo的饱和极限值等于运放的电源的饱和极限值等于运放的电源电压电压V和和V2.运放的开环电压增益很高运放的开环电压增益很高若（若（vPvN）0则则vO=+Vom=V若（若（vPvN）0则则vO=Vom=V3.若若VvOvN时，时，vo=+Vo（sat）vPu时，时，uo=+Uo（sat）u+R3时，时，

（1）试证明）试证明Vs（R3R1/R2）Im解（解

（1）根据虚断有）根据虚断有Ii=0所以所以I2=Is=Vs/R1例例2.3.3直流毫伏表电路直流毫伏表电路

（2）R1R2150k，R31k，输入信号电压输入信号电压Vs100mV时，通过时，通过毫伏表的最大电流毫伏表的最大电流Im（max）？

又又根据虚短有根据虚短有Vp=Vn=0R2和和R3相当于并联，所以相当于并联，所以I2R2=R3（I2-Im）所以所以当当R2R3时，时，Vs（R3R1/R2）Im下一页下一页返回返回上一页上一页2.3基本线性运放电路基本线性运放电路电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室例例2：

电路如下图所示，分别计算开关电路如下图所示，分别计算开关S断开和闭合时的电压放大断开和闭合时的电压放大倍数。

倍数。

vo10KviR2+S1K1K1KR1解：

解：

1.S断开断开Auf=RFR1=10K（1+1）K=52.闭合闭合由由虚断虚断：

i+=i=0由由虚短虚短：

u=u+=0相当于两个相当于两个1K电阻并联电阻并联iii1i2if下一页下一页返回返回上一页上一页2.3基本线性运放电路基本线性运放电路电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室2.4.1求差电路求差电路从从结结构构上上看看，它它是是反反相相输输入入和和同同相相输输入入相相结结合合的的放放大电路。

大电路。

当当则则若继续有若继续有则则根根据据虚虚短短、虚虚断断和和NN、PP点的点的KCLKCL得：

得：

2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用同相输入和反相输入放大电路的其他应用下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室从放大器角度看从放大器角度看时，时，增益为增益为（该电路也称为差分电路或减法电路）（该电路也称为差分电路或减法电路）2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用同相输入和反相输入放大电路的其他应用下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室分析方法分析方法分析方法分析方法22：

利用叠加原理：

利用叠加原理：

利用叠加原理：

利用叠加原理减法运算电路可看作是减法运算电路可看作是减法运算电路可看作是减法运算电路可看作是反相比例反相比例反相比例反相比例运算电路与运算电路与运算电路与运算电路与同相比例同相比例同相比例同相比例运运运运算电路的算电路的算电路的算电路的叠加叠加叠加叠加。

下一页下一页返回返回上一页上一页2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用同相输入和反相输入放大电路的其他应用电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室2.4.2仪用放大器仪用放大器下一页下一页返回返回上一页上一页2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用同相输入和反相输入放大电路的其他应用电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室2.4.3求和电路求和电路根根据据虚虚短短、虚虚断断和和NN点点的的KCLKCL得：

得：

若若则有则有（该电路也称为加法电路）（该电路也称为加法电路）利用叠加原理求解1111、反相求和电路、反相求和电路、反相求和电路、反相求和电路2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用同相输入和反相输入放大电路的其他应用下一页下一页返回返回上一页上一页电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室vi2uoRFvi1Ri2Ri1+R1+u+根据叠加原理根据叠加原理v+为为vvi1i1单独作用单独作用单独作用单独作用（vvi2i20）0）和和和和vi2单独作用时的代数和单独作用时的代数和平衡电阻：

平衡电阻：

平衡电阻：

平衡电阻：

RRi1i1/R/Ri2i2=R=R11/RRFF下一页下一页返回返回上一页上一页2.2.2.2.同相求和运算电路同相求和运算电路同相求和运算电路同相求和运算电路2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用同相输入和反相输入放大电路的其他应用电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室1.1.输入电阻低；输入电阻低；输入电阻低；输入电阻低；2.2.共模电压低；共模电压低；共模电压低；共模电压低；3.3.当改变某一路输入电阻时，当改变某一路输入电阻时，当改变某一路输入电阻时，当改变某一路输入电阻时，对其它路无影响；对其它路无影响；对其它路无影响；对其它路无影响；同相加法运算电路的特点：

同相加法运算电路的特点：

同相加法运算电路的特点：

同相加法运算电路的特点：

1.1.输入电阻高；输入电阻高；输入电阻高；输入电阻高；2.2.共模电压高；共模电压高；共模电压高；共模电压高；3.3.当改变某一路输入电阻时，当改变某一路输入电阻时，当改变某一路输入电阻时，当改变某一路输入电阻时，对其它路有影响；对其它路有影响；对其它路有影响；对其它路有影响；反相加法运算电路的特点：

反相加法运算电路的特点：

反相加法运算电路的特点：

反相加法运算电路的特点：

vi2voRFvi1Ri2Ri1+R1+vi2voRFvi1Ri2Ri1+R2+下一页下一页返回返回上一页上一页2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用同相输入和反相输入放大电路的其他应用电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室例：

求输出电压例：

求输出电压vi2uoRFvi1Ri2Ri1+R1+R2解：

解：

解：

解：

根据叠加原理根据叠加原理v+为为vvi1i1单独作用单独作用单独作用单独作用（vvi2i20）0）和和和和vi2单独作用时的代数和单独作用时的代数和由由虚短虚短：

v=v+由由同相比例运算同相比例运算：

下一页下一页返回返回上一页上一页2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用同相输入和反相输入放大电路的其他应用电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室例：

求输出电压例：

求输出电压解：

解：

A1为反相比例运算，为反相比例运算，A2为反向加法电路为反向加法电路vi2voRFvi1Ri1Ri2+Rp2+RRp1R+A1A2vo1下一页下一页返回返回上一页上一页2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用同相输入和反相输入放大电路的其他应用电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室一种高输入电阻的差分电路一种高输入电阻的差分电路下一页下一页返回返回上一页上一页2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用同相输入和反相输入放大电路的其他应用电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室1111积分运算积分运算积分运算积分运算i1=i2当电容当电容当电容当电容CC的初始电压为的初始电压为的初始电压为的初始电压为vvCC（tt00）时时时时，则有，则有，则有，则有由由虚断：

虚断：

由由虚短：

虚短：

v=v+=0下一页下一页返回返回上一页上一页2.4.4积分电路和微分电路积分电路和微分电路2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用同相输入和反相输入放大电路的其他应用电子与通信工程系电子与通信工程系电子学教研室电子学教研室若输入信号电压为恒定直流量，即若输入信号电压为恒定直流量，即若输入信号电压为恒定直流量，即若输入信号电压为恒定直流量，即vvii=VVii时时时时，则，则，则，则vitO积分饱和积分饱和线性积分时间线性积分时间线性积分时间线性积分时间VomvotO+Vomvi=Vi0vi=Vi0采用集成运算放大器组成的积分电路，由于充电电流基本上是采用集成运算放大器组成的积分电路，由于充电电流基本上是恒定的，故恒定的，故vo是时间是时间t的一次函数，从而提高了它的线性度。

的一次函数，从而提高了它的线性度。

输出电压随时输出电压随时间线性变化间线性变化VViiVVii下一页下一页返回返回上一页上一页2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用同相输入和反相输入放大电路的