《模电第02章+运算放大器(康华光)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模电第02章+运算放大器(康华光)（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 运算放大器 重点: 1.了解运放的基本组成部分及其功能; 2.理解运放电压传输特性与等效电路的意 义,掌握其基本分析方法; 3. 理解用运放组成的比例、加减、微分和 积分运算电路的工作原理及其设计方法。1集成运算放大器是一种具 有很高放大倍数的多级直接耦 合放大电路。最早开始应用于 1940年，1960年后，随着集成 电路技术的发展，运算放大器 逐步集成化，大大降低了成本 ，获得了越来越广泛的应用。运算放大器主要用于模拟 计算机，可模拟加、减、积分 等运算，对电路进行模拟分析 。在信号处理、测量及波形产 生方面也获得广泛应用。4运放LM3242.1 集成运算放器简介 一、集成电路运算放
2、大器的内部组成单元 1. 发展历程简介单运放LM74122.集成运算放大器的内部结构框图简介输入输出输入级(差动放大器)中间级 (电压放大器)输出级 (功率放大器)偏置电路输入级:输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号， 一般采用带恒流源的差放 。 中间级:电压放大倍数高,通常由多级放大器构成。 输出级:与负载相接,输出电阻低,带负载能力强,常由互补 对称电路或射极输出器构成。 偏置电路:为上述各级电路提供稳定合适的静态工作点, 由各种恒流源电路组成。 LM741内部结构P2823LM741 8个管脚： 2：反相输入端 3：同相输入端 7 、4 ：外接正负电源端 6：输出端 1、5：外接调零
3、电位器 8：空脚8 7 6 5 LM7411 2 3 43. 管脚简介LM3241 2 3 4 5 6 7 1Vo 1Vn 1Vp 2Vp 2Vn 2Vo4Vo 4Vn 4Vp 3Vp 3Vn 3Vo 14 13 12 11 10 9 8- +- +- +- +12V-12V外接图-VCC 输出端 vo+VCC 反相 输入端同相 输入端vnvp73LM741 62 4 1 51k10k管 脚 说 明44、图形符号vnvpvo-vd+-+-vd+vnvpvo- A+ +注意：在电路符号图中一般除画出输 入输出端外，其余的省去。vn(v-) ：反相输入端的输入电位vp(v+) ：同相输入端的输入电
4、位vo：输出端的输出电位 ：输入输出公共端(接地端)上述每一点均为对地的电压 ， 在接地端未画出时应注意。vd vpvn：差模输入电压A：开环电压放大倍数, 一般很大。或开环电压 放大倍数5二、 运算放大器的电路模型放大电路处在线性工作状态且信号源单独作用时：从净输入端(vp-vn)之间看进去运放等效为ri ，从输出 vo地之间看进去运放用戴维宁定理等效为一个受控恒 压源A(vp-vn)和一个内阻ro相串联。很大很大很小1.实际运算放大器的特点 开环电压放大倍数 A=106108 差摸输入电阻 ri =1061011 输出电阻 ro=10100 -+riro voA(vp-vn)vpvn+-i
5、nip共模抑制比 KCMR=80dB140dB 很大 6vo(vp-vn)+Vom-Vom其中： (1)线性工作(放大)区 -+ 时, vo=+Vom (3)反向饱和区 vp-vn + 时, vo=+Vomvp-vn 0 时, vo=+Vom运放工作在正向饱和区 当vp-vn0时, vo= +Vom 正饱和值当(vp- vn) R3时，Vs( R3R1/R2 ) Im (2)代入数据计算即可直流毫伏表电路图示。当R2 R3时:(1)试证明Vs( R3R1/R2 ) Im (2)R1R2150k, R31k, 输入信号电压Vs100mV 时，通过毫伏表的最大电流Im(max)？例117二、同相比
6、例器根据“虚短”和“虚断”:ipin0vnvp=-ipR3+vi vii2 i1 + in i1 R3+vi_R2R1+_vo+-i1i2vpipvninR3R1/R2 1.结构特点 负反馈引到反相输入端, 信号从同相端输入。 2.指标计算 (1)电压增益 18可见： (1)vo与vi同相; (2)当R1=，R2=0时, vo=vi 称为电压跟随器 (2)输入电阻Ri和输出电阻Ro a.输入电阻Rib.输出电阻Ro求输出电阻Ro 的图:Ro=ro/(ri+R3)/R1+R20R3+vi_R2R1+_vo+-i1i2vpipvninR3R2R1+-vpvnroA(vp-vn)+ -ri19结论
7、Avf 为正值,即 vo与 vi 极性 相同。因为 vi 加在同相输入 端。 Avf只与外部电阻 R1、RF 有关,与运放本身参数无关。 Avf 1 ，不能小于 1 。 v = v+ 0 ，反相输入端不 存在“虚地”现象。 电压串联负反馈，输入电 阻高、输出电阻低，共模输 入电压可能较高。 由运放构成的电压跟随器 输入电阻高,输出电阻低,其跟 随性能比射极输出器更好。上图是一电压跟随器，上图是一电压跟随器， 电源经两个电阻分压后加电源经两个电阻分压后加 在电压跟随器的输入端，在电压跟随器的输入端， 当负载当负载R RL L变化时，其两端变化时，其两端 电压电压 v vo o不会随之变化不会随之
8、变化。vo+15kRL15k+15V7.5k例220负载电流的大小负载电流的大小 与负载无关。与负载无关。负载浮地的电压负载浮地的电压- -电流的转换电路电流的转换电路1. 1. 能测量较小的电压；能测量较小的电压； 2. 2. 输入电阻高，对被输入电阻高，对被测电路影响小。测电路影响小。流过电流表的电流流过电流表的电流I IGGV Vx xR R2 2R R1 1+ + + + + R RL Lv vi iR R2 2R R1 1+ + + + + i iL Li i1 1例321三、反相加法器01.输出电压 根据“虚短”和“虚断”: ipin0 vnvpi1 + i2 + i3 if +
9、in if 若:R1=R2=R3 =R , 则:voR2RfR1R3vi1vi2vi3_+invpvnipi1i2i3ifRo=ro/(ri/R1/R2/R3)+Rf02.输出电阻Ro22平衡电阻：平衡电阻：R Ri1 i1 / R/ Ri2i2 = R= R1 1 / R/ RF Fv+vi2voRFvi1Ri2Ri1+R1 +3. 3. 同相加法运算电路同相加法运算电路23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； 2. 2. 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，对其它路有影响；对其它路有影响；反
10、相加法运算电路的特点：反相加法运算电路的特点： 1. 1. 输入电阻低；输入电阻低； 2. 2. 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，对其它路无影响；对其它路无影响；vi2voRFvi1Ri2Ri1+R1 +vi2voRFvi1Ri2Ri1+R2+24解出 ：四、减法运算电路(差分电路)1.输出电压 ipin0 vnvp R4R1R2vi2voR3vi1inipvn vp-+i4i1i2i3若: R4/R1=R3/R2 , 则:Ro=ro/(ri+R2/R3)/R1 +R402.输出电阻Ro常用做测量 放大电路25五.仪用放大器vo vi的关系
11、?电压增益Av =?R1 R2R2+vi-+-+R3R3-+R4R4vovi1vi2因为虚短、虚断, 所以R1 上的电压等于vi , 且: i1=i2=i3=vo1vo2i3i1i226ipin0 vnvp0六.微分运算器i1=iFvoRvi_+Cinvpvnipi1iF27vit0t0vo若输入：vi=Vm sint求： vo并画波形。解：vo=- RC Vm cost=- RC Vmsin(t-90)例428比例比例- -微分运算电路微分运算电路上式表明：输出电压是对输入电压的比例-微分控制系统中,PD调节器在调节过程中起加速作用,即使 系统有较快的响应速度和工作稳定性。PDPD调节器调节
12、器voC1vi R2RF+R1ifiRiC29七 . 积分运算voRvi_+Cinvpvnipi1iFipin0vnvp0 i1=iF30tvi0tvo0V-VomTM积分时限如果积分器的输入vi是直 流电压,画出vo波形。输出将反向积分，经过一 定的时间后输出饱和。例5积分电路的主要用途： 1. 在电子开关中用于延迟。 2. 波形变换。例：将方波变为三角波。 3. A/D转换中，将电压量变为时间量。 4. 移相。 31比例比例- -积分运算电路积分运算电路PI 调节器voCFvi R2R1 +RFifi1电路的输出电压上式表明：输出电压是对输入电压的比例-积分这种运算器又称 PI 调节器,
13、常用于控制系统中, 以保 证自控系统的稳定性和控制精度。改变 RF 和 CF，可调 整比例系数和积分时间常数, 以满足控制系统的要求。32注意1.每个闭环(负反馈)电路均存在:ipin0(虚断)、vnvp (虚短)两条件 。2.每个开环电路均存在ipin0(虚断)这一条件。注意：开环电路中 vnvp 当(vp- vn) 时, vo= +Vom 正饱和值当(vp- vn)-时, vo=-Vom 负饱和值当-(vp- vn)时, vo=A(vp- vn)=Vom/A3.任何运算放大器输出电压饱和电压电源电压。33vo=?例6_+R6+vi -R1vo1_+R5R3+ vo -R4R212因为： i
14、1+= i1- 0 v1- v1+ 0 i2+= i2- 0 v2- v2+ 0 解得：34例7vo=?R2_+R5R1vi2vovi1R4vi4vi3R3R635vo_+R2R1RPviR4R3i1i2i4i3M求Av =?v+= v-=0 i1= i2 i2i3 = i4例8联立求解得：36-R1RF+vi1voR21R22vi2 R同相求和运算例9联立求解得：37设计一个加减运算电路， RF=240k，使 vo=10vi1+ 8vi2 - 20vi3-R3RF+vi1voR2R1vi2R4vi3例10解: (1) 画电路。系数为负的信号从反 相端输入，系数为正的信 号从同相端输入。(2) 求各电阻值。求出：38根据:vo=10vi1+ 8vi2 - 20vi3 RF = 240k 得: R3= 12k R1 = 24k R2 = 30k R4= 80k要求: R1/R2/R4= R3/RF , 代入上式得：-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui339vo=?例11-RF1+vi1vo1R1vi2R2R3-RF2+voR4vi3R5R6=R1/R2/RF1R6=R4/R5/RF240_+10k20k+5V5kvi20kvo1vo_+20k20k10k 例12vo=?41第二章 运算放大器 结束42
