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1、1 2 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 同相 输入和反相输入放大电路的其他应用 学习要求 -掌握集成运放线性应用的电路特点与计算方法； -掌握放大 (或比例 )、加、减、积分等基本运算电路的结构 和计算公式。 2 2.1 集成电路运算放大器 集成运算放大器的内部结构框图 符号： 国家标准符号 国内外常用符号 (vp) (vN) v+ v- v+ v- 3 集成电路运算放大器 集成运算放大器是一种高增益的直接耦合多级放大电路，在信号的运算、处理、测量及波形产生与变换等方面有广泛的应用 。 为满足实际应用，除性能指标比较适中的
2、 通用型 运放外，还有适应不同特殊需求的 专用型 集成运放。它们在某些技术指标上比较突出，例如高速、宽带、高精度、高输入电阻、高压、大功率、低温漂、低噪声和低功耗等等。 ( a ) ( b ) ( c ) ( d )4 集成运放的电路模型 通常： 开环电压增益 Avo的 104 （很高） 输入电阻 ri 106 （很大） 输出电阻 ro 100 （很小） 5 Avo斜率 集成运放的电压传输特性与工作状态 (非线性区 ) (非线性区 ) 线性区 : -Vom vo +Vom vo Avo(vP vN) Avo(vP vN) +Vom时 , vo +Vom Avo(vP vN) -Vom时 , v
3、o -Vom 非线性区 : 电压传输特性 vO f (vP vN) ( Vom为运放的最大正负输出电压，其值受电源电压限制，一般接近但 小于正负电源电压值 ) 6 2.2 理想运算放大器 理想运放： ri ro0 Avo 虚断 ri ，故： iP= iN 0 a b v o /V V om V V om V ( v p v n )/mV 0 7 运放的 “ 虚短 ” 与 “ 虚断 ” “虚断”仍然成立，但 “虚短”不成立。 集成运放工作在非线性区时 集成运放工作在线性区时 Avo ， vo为 有限值 ， 故 vP - vN= vo /Avo 0 虚短 vP vN a b v o /V V om
4、 V V om V ( v p v n )/mV 0 此时有如下关系： vP vN 时 , vo = +Vom= V+ vP vN 时 , vo = Vom= V- 8 2.3 基本线性运放电路 同相放大电路 反相放大电路 为了保证集成运放工作在线性区，电路中 必须引入深度负反馈。 9 同相放大电路（同相比例） 基本电路 v o v p v i R 1 v n R 2 或 vo R f R 1 vi R f ofvRR R11_vvi ifo vRRv )1(1 输出电阻 Ro ： Ro 0 输入电阻 Ri ： iii ivR_v1f1RRA v10 同相放大电路 电压跟随器 根据虚短和虚断有
5、 vo vi ， 1io vvvAssLsLo 01.0 vvv RRRvo vn vp vs （输出电压与 vs近似相等，且基本不受负载变化的影响） 电压跟随器常作为阻抗变换器 (缓冲器 ) 电压跟随器的作用 例： Ro 0 iR11 反相放大电路 基本电路 ifo vRRv1- + A f R vo R 1 vi 输入电阻 Ri = R1 (实际电路中 R1不能太大 ) 输出电阻 Ro 0 用 T型网络代替反馈电阻 Rf时 ,可实现用低阻值电阻网络得到高增益的放大电路 . 134242 )/(RRRRRRvvio uu+A+oi 1R2R 4RR31ii2 4ii312 R vo R f
6、R 1 vi 带有平衡电阻的同相和反相放大电路 为了保证运放的差动输入端的对称性，从两输入端看出去的等效电阻应该相等。 R为平衡电阻 , R=R1Rf R为平衡电阻 , R=R1Rf - + A f R R vo R 1 vi 平衡电阻的作用：可以消除由输入偏置电流引起的误差电压（参见课本 P314-317） ,不影响电路的各项性能指标。 如果电路对此误差要求不高，或运放的偏置电流很小，即使输入端电阻不平衡也不会产生影响，这些电路就可以不加平衡电阻。 13 2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用 求和电路（加法） 求差电路（减法） 积分电路和微分电路 14 求和电路 (加法电路 ) 反相
7、求和电路 特点 ： 便于调节各支路信号的比例系数 21 III f 2i21i1RvRvRvfo )( i22fi11fo vRRvRRv 15 Rp =R1 / R2 / R 其中 : Rn =R / Rf i22fi11fo vRRvRRv 当 Rn = Rp 时 , 缺点 ： 调节各支路信号的比例系数不如反相电路方便 fo RRRvvv RvRvvRvv ii 2211)( i22fi11fpo vRRvRRRRvn求和电路 同相求和电路 16 求差电路 (减法电路 ) 差分式减法电路 i11fi22fo vRRvRRv 当 Rn = Rp 时 , Rp =R2 / R3 其中 : Rn
8、 =R1 / Rf i11i22nvRRvRRRR ffp 3232 RRRvvvi foiRvvRvv 11i11i23231f1 vRRvRRRRRRv fo 17 + - i 2 i 3 P N R 2 R 3 R 1 R 4 v o i 1 i 4 v p v n v i 2 v i1 v i1 A 1 v i 2 A 2 A3 一 种高输入电阻的减法 电路 18 例 1: 写出下面电路的输出电压表达式 v i2 - + A f R R v O R 2 v i1 R 1 v i3 R 3 v i4 R 4 fnpRRRRRRRR/2143pn RR 22114433RvRvRvRvRv
9、 iiiifo如果 ，结果如何？ pn RR 19 )( o1o234o vvRRv 1s2s121o2o12 RvvRRvv )(21( s2s11234o vvRRRRv 调节 R1可以改变放大器的增益 例 2: 求图示仪用放大器的输出表达式。 vs1 vs2 该电路抑制干扰信号能力强，在测量系统中应用很广 ,已有多种型号的单片集成电路芯片。 vs1 vs2 20 其他减法电路 用反相比例电路与反相求和实现减法运算 )( i23f212f2o vRRvRRvo 23f211f12f2ii vRRvRRRR 例 : v i1 - + A f1 R v o1 R 1 - + A f2 R v
10、o R 2 v i2 R 3 21 积分电路 反相积分电路 或 : )(1)( svs R Csv io 然后用拉氏反变换求 vo(t)表达式 +vc- dttdvCti c )()( )(1)()(11 tt ocotvtdiCtvtv)()(111 tt oi tvtdtvRC实际积分电路存在的问题 : 积分漂移 ,积分电容漏电等 Rtvi )(22 积分电路 当输入电压 vi在 t1,t2区间是直流电压 VI时 ， 211oo ),()( ttttvtRCVtv I 例：设 vo初始电压为 0， 输入信号为阶跃电压时，输出电压的波形如下： -Vom （ -Vom是运放的最大负向输出电压值
11、） 23 5 nF 例 :画出在给定输入波形作用下积分器的输出波形 （设初始电压为 0）。 当 t=1ms时 ， vo=6V； 当 t=3ms时 ， vo=-6V； 当 t=5ms时 ， vo=6V； 依次类推 )(1)( 11tvtdvRCtv ott io )()(102 113 tvttv oi 24 积分电路的用途 波形变换 移相 90 输出信号幅值随频率升高而下降 tv i s inRCtvo c o s(正弦波 余弦波 ) 25 微分电路 (该电路存在的问题 :对高频噪声和干扰非常敏感 ,电路工作不稳定等 ) 或 : )()( ssvRCsv io 由拉氏反变换可求得其时域表达式 )()( titi RC RtvdttdvC oi )()( dttdvRCtv io)()( 26 微分电路的用途举例 三角波 方波 正弦波 余弦波 矩形波 尖脉冲 波 vi vo
