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1、第二章 集成运算放大器,电子电路基础,运算放大器, 2.1 集成电路运算放大器 2.2 理想运算放大器 2.3 基本线性运放电路 2.4 信号运算电路 2.5 小结,运放符号：, 2.1 集成电路运算放大器,集成电路运算放大器的内部组成单元,图2.1.1 集成运算放大器的内部结构框图,运算放大器的电路模型,ri ：通常为1M, 有的可达100M以上。,Avo：一般在105 107之间。,ro ：通常为100或更低。,集成运放线性放大区所对应的输入信号范围很小。,例如设Avo=105， 、 为10V， 则Vim10/105 10-4V 100uV,集成运放的电压传输特性,由于运放的开环放大倍数很
2、大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放。, 2.2 理想运算放大器,理想运放的条件,放大倍数与负载无关，可以分开分析。,运放工作在线性区的特点,分析运放组成的线性电路的出发点,虚短 虚断 放大倍数与负载无关， 可以分开分析。,2.3 基本线性运放电路,作用：将信号按比例放大。,类型：同相比例放大和反相比例放大。,2.3.1 同相放大电路,（a）电路图 （b）小信号电路模型 图2.3.1 同相放大电路,1. 基本电路,2.3.1 同相放大电路,2. 负反馈的基本概念,开环,闭环,反馈：将放大电路输出量，通过某种方式送回到输入回路的过程。,瞬时电位变化极性某时刻电位的
3、斜率,电路有 vo Avo (vpvn),引入反馈后,vn 0，vp(vi)不变, (vpvn), vo,使输出减小了，增益Avvo/vi下降了，这时的反馈称为负反馈。,2.3.1 同相放大电路,3. 虚假短路,图中输出通过负反馈的作用，使vn自动地跟踪vp， 即vpvn，或vidvpvn0。这种现象称为虚假短路，简称虚短。,由于运放的输入电阻ri很大，所以，运放两输入端之间的 ip-in (vpvn) / ri 0，这种现象称为虚断。,由运放引入负反馈而得到的虚短和虚断两个重要概念，是分析由运放组成的各种线性应用电路的利器，必须熟练掌握。,2.3.1 同相放大电路,4. 几项技术指标的近似计
4、算,（1）电压增益Av,根据虚短和虚断的概念有 vpvn， ip-in0,所以,（可作为公式直接使用）,2.3.1 同相放大电路,4. 几项技术指标的近似计算,（2）输入电阻Ri,输入电阻定义,根据虚短和虚断有 vivp，ii ip0,所以,（3）输出电阻Ro,Ro0,同相放大器的特点： 1、电压增益为正，且大于等于1。 2、输入电阻电阻很大。 3、输出电阻低，负载能力较强。 4、存在共模输入信号。,2.3.1 同相放大电路,5. 电压跟随器,根据虚短和虚断有,vovn vp vi,（可作为公式直接使用）,电压跟随器的作用,无电压跟随器时 负载上得到的电压,电压跟随器时,ip0，vpvs,根据
5、虚短和虚断有,vovn vp vs,电压跟随器,电压跟随器，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。在电路中常用作阻抗变换器或缓冲器。,例,I1,+,-,R1,A,v,N,v,P,直流电压表电路如图所示。设磁电式电流表满度电流IM=100uA, 当R1=2M时，求可测的最大输入电压Vs,解：,由分析可知，电压表的读数正比于 Vs,与信号源内阻和仪表内阻无关。,Rm,IM,磁电式电流表,+,-,Vs,Rs,（2）反相放大器信号从反相端输入,根据“虚短”和“虚断”有：,得到：,反相放大器的特点： 1、运放的反相输入端为虚地。 2、共模信号输入信号为0。
6、3、输入电阻小, Ri = R1 4、输出电阻低，负载能力较强。,例,i1,if,v,i,v,O,-,+,R2,R,1,A,v,N,v,P,R,p,R3,R4,v,含有T型反馈网络的反相放大器如图所示。求电压放大倍数。,解：,不用高值电阻就能获得高增益,当R2 R3时， （1）试证明VS( R3R1/R2 ) IM,解:（1）根据虚断有 II =0,所以 I2 = IS = VS / R1,例2.3.3直流毫伏表电路,（2）R1R2150k，R31k，输入信号电压VS100mV时，通过毫伏表的最大电流IM(max)？,又根据虚短有 VP = VN =0,R2和R3相当于并联，所以 I2R2 =
7、 R3 (I2 - IM ),所以,当R2 R3时，VS( R3R1/R2 ) IM,（2）代入数据计算即可,end,2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用,2.4.1 求差电路,2.4.2 仪用放大器,2.4.3 求和电路,2.4.4 积分电路和微分电路,2.4.1 求差电路,从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。,当,则,若继续有,则,根据虚短、虚断和n、p点的KCL得：,2.4.1 求差电路,从放大器角度看,时，,增益为,（该电路也称为差分电路或减法电路）,2.4.1 求差电路,一种高输入电阻的差分电路,2.4.2 仪用放大器,虚短路：,虚开路：,三运放电路是差动放大
8、器，放大倍数可变。 由于输入均在同相端，此电路的输入电阻高。,例：由仪用放大器组成的温度测量电路。,Rt ：热电阻,集成化仪用放大器,Rt=f (TC),2.4.3 求和电路,根据虚短、虚断和n点的KCL得：,若,则有,（该电路也称为加法电路）,2.4.4 积分电路和微分电路,1. 积分电路,式中，负号表示vO与vI在相位上是相反的。,根据“虚短”，得,根据“虚断”，得,因此,电容器被充电，其充电电流为,设电容器C的初始电压为零，则,（积分运算）,2.4.4 积分电路和微分电路,当vI为阶跃电压时，有,vO与 t 成线性关系,1. 积分电路,2.4.4 积分电路和微分电路,2. 微分电路,en
9、d,例：A/D变换器要求其输入电压的幅度为0 +5V，现有信号变化范围为-5V+5V。试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为0+5V。,uo = 0.5ui+2.5 V,uo =0.5ui +2.5 V,=0.5 (ui +5) V,运算电路要求,1. 熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路图及放大倍数公式。 2. 掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。 3. 会用 “虚开路(ii=0)”和“虚短路(u+=u) ”分析给定运算电路的 放大倍数。,其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法与除法运算电路等，由于课时的限制，不作为讲授内容。, 3.5 小结,运放概念、符号。 电路模型 电压传输特性 理想运放 虚短和虚断 同相放大器 电压跟随器,反相放大器 虚地 求和电路 求差电路 仪用运放,
