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1、7.3 7.3 理想运算放大器理想运算放大器 7.3.1 理想运放的概念理想运放的概念 1理想运放的技术参数应满足下列条件理想运放的技术参数应满足下列条件 开环差模开环差模电压增益电压增益 Aod=差模差模输入电阻输入电阻 Rid=输出电阻输出电阻 Rod=0输入失调电压输入失调电压 UIO=0输入失调电流输入失调电流 IIO=0输入失调电压温漂输入失调电压温漂 UIO=0输入失调电流温漂输入失调电流温漂 IIO=0共模共模抑制比抑制比 KCMR=输入偏置电流输入偏置电流 IIB=0开环带宽开环带宽 KCMR=7.3.2 理想运放的等效模型和分析方法理想运放的等效模型和分析方法 7.3.2 理
2、想运放的等效模型和分析方法理想运放的等效模型和分析方法 1理想运放等效模型：理想运放等效模型： (1) “零子零子”：端子间电压为零，端子间电压为零，流过电流为零的流过电流为零的二端电路元件。二端电路元件。 (2) “极极子子”：端子：端子间电压为某一常数某一常数，流流过电流流为任意任意值的二端的二端电路元件。路元件。 “零零子子”的的电电路路符符号号“极极子子”的的电电路路符符号号uo“极极 子子 ”相相当当于于理理想想电电压源压源(3) 理想运算放大器的等效模型理想运算放大器的等效模型 理想运算放大器的开环电压增益理想运算放大器的开环电压增益Aod= uuou 虚短虚短差模差模输入电阻输入
3、电阻 Rid= iidi+ +i- -虚断虚断：理想运放输出为有限值理想运放输出为有限值uo 理想运放输入端可看作理想运放输入端可看作“零子零子”IIII：理想运放输出电阻理想运放输出电阻 Rod=0相当于理想电压源相当于理想电压源输出端相当于输出端相当于“极子极子”i- -运放电路简化分析的要点运放电路简化分析的要点 输出端相当于理想电压源输出端相当于理想电压源虚断虚断虚短虚短uuouR7.3.3运放构成的两种基本负反馈电路运放构成的两种基本负反馈电路1反相放大器反相放大器uoRfuuiii+ +if fi- -ui平衡电阻平衡电阻R=Rf / R1何种反馈？何种反馈？电压并联深度负反馈电压
4、并联深度负反馈电路性能分析：电路性能分析： 电路结构：电路结构： 由虚断：由虚断：由虚短：由虚短：R1“虚地虚地”“虚地虚地”是反相放大器的特是反相放大器的特点点反相比例运算放大器反相比例运算放大器完成比例运算完成比例运算Rif输入电阻输入电阻电压增益电压增益R1ui2同相放大器同相放大器 电路结构：电路结构： uoRfuui1i+ +if fi- -R平衡电阻平衡电阻R=Rf / R1何种反馈？何种反馈？电压串联深度负反馈电压串联深度负反馈电路性能分析：电路性能分析： 由虚断：由虚断：由虚短：由虚短：电压增益电压增益P249（710）输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻电压串联深度负反馈电压串联
5、深度负反馈R1uiuoRfuuR电压跟随器电压跟随器7.3.4运放的误差分析运放的误差分析uRfuoridR1uiiifi- -实际运放实际运放Aod， ridRuoRfuuiii+ +if fi- -uiR10rid理想运放反理想运放反相放大器相放大器相对误差相对误差Aod， rid产生的产生的相对误差相对误差7.4 集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用 7.4.1加法运算电路加法运算电路 反相反相加法运算电路加法运算电路 同相同相加法运算电路加法运算电路 差动差动加法运算电路加法运算电路 uuou1反相反相加法运算电路加法运算电路 Ruoii1i+ +if fi- -ui1R1
6、RfR2ui2R3ui3平平衡衡电电阻阻R=Rf / R1 / R2 / R3由虚断：由虚断：ii2ii3由虚短：由虚短：由虚地：由虚地：若若 R1 R2 R3 R反相反相加法运算电路优点加法运算电路优点 （1）改变改变R1 R2 R3可调相加比例参数可调相加比例参数 （2）由于）由于叠加叠加点为虚地，输入信号之间点为虚地，输入信号之间满满足线性叠加定理，互不影响。足线性叠加定理，互不影响。2同相同相加法运算电路加法运算电路电路平衡电路平衡Rf / R= R / R1 / R2 / R3由虚断：由虚断：ii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+ +if fi- -Rii1RiR
7、由虚短：由虚短：消除消除u+和和u- -得得uo和和ui i关系式关系式若若 R1 R2 R3 Rui1uoRfuui1i+ +if fi- -R1同相同相加法运算电路缺点加法运算电路缺点 输入信号之间相输入信号之间相互影响互影响iR1uiuoRfuui1i+ +if fi- -R由虚断：由虚断：ii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+ +if fi- -Rii1RiiRii3R2ui2R3ui3ii2R1ui1uoRfuui+ +if fi- -Rii1RiRi7.4.2差动放大器差动放大器ui2R2R1ui1uoRfuui+ +if fi- -ii1Rii2平衡电阻平衡电
8、阻 R / R2 =Rf / R1由虚断：由虚断：由虚短：由虚短： 一般要求：一般要求：R = Rf R2 =R1Rf差模电压增益差模电压增益ui2R2R1ui1uoRfuui+ +if fi- -ii1Rii2R3R1u1uoRR/2RR/2u2R2R4 例例1求输出电压表达式求输出电压表达式uo2uo1同相同相放大器输出放大器输出同相同相放大器输出放大器输出差动放大器输出差动放大器输出 例例2求输出电压表达式求输出电压表达式RuoR2uui1i+ +i2i- -uiR1R4R3i4i3由虚断：由虚断：由由“虚虚地地”uoR4ui2R1R1ui1uui+ +i- -R2R2R3R5 例例3求
9、输出电压表达式求输出电压表达式i3ii1ii2由虚断：由虚断：uo1由虚短：由虚短：由反相放大器：由反相放大器： 例例4求输出电压表达式求输出电压表达式ui4Ruoii1i+ +ii4 4i- -ui1R1R2ui2R3ui3ii2ii3KuXuYYXuo1R4由虚断：由虚断：由由“虚虚地地” 例例5试设计一个加减运算电路，试设计一个加减运算电路，使使uo=10ui1+8ui2-20ui3加减运算电路的设计步骤加减运算电路的设计步骤先先根据函数关系画出电路，然后计算参数根据函数关系画出电路，然后计算参数R3ui3ii3i+ +uoRfif fi- -RR1ui1ii1R2ui2ii2解解(1)
10、 画出电路画出电路(2) 计算电阻计算电阻平衡电阻平衡电阻R / R1 / R2 =Rf / R3取取Rf =240k一般取一般取Rf =（几几k 至至1M）作业：作业：P268 7.2 7.3 7.4P269 7.67.4.3积分器积分器1反相积分器反相积分器RuoRfuuiii+ +iC Ci- -uiR平衡电阻平衡电阻R=RuC由虚断：由虚断：由由“虚虚地地”实现模拟信号的积分运算，实现模拟信号的积分运算，还可实现延时、移相、波形还可实现延时、移相、波形变换作用变换作用RuoRfuuiii+ +iC Ci- -uiRuCRuoRfuuiii+ +i- -uiR反相放大器输出反相放大器输出
11、当当s=j0时，时，uo(s) uo(s) VCC阻塞失真阻塞失真Auf(s) RuoZ2uuiii+ +i- -uiZ12实际应用的积分器实际应用的积分器Ruouuiii+ +i- -uiRuCRf反相比例放反相比例放大器输出大器输出当当s=j0时，时，Auf (s) - -Rf /R避免阻塞失真避免阻塞失真当当sRf RCR时时RuoRfuuiii+ +if fi- -uiR7 .4.4 微分器微分器实现模拟信号的实现模拟信号的微微分运算，还可实现移相、波形变分运算，还可实现移相、波形变换作用换作用uCiC1反相反相微微分器分器平衡电阻平衡电阻R=Rf由虚断：由虚断：由由“虚虚地地”Ruo
12、Zfuuiii+ +i- -uiZ1反相放大器输出反相放大器输出iCuCRuoRfuui+ +if fi- -uiCfR2实际应用的实际应用的微微分器分器R限制输入电流，降低高频噪声限制输入电流，降低高频噪声1/ CiC 高频噪声高频噪声Cf相位补偿，抑制自激振荡相位补偿，抑制自激振荡7 .4.5 对数和指数运算电路对数和指数运算电路RuoRfuuiii+ +if fi- -uiRiD D由虚断：由虚断：由于由于PN PN 结电压与电流结电压与电流之间的关系之间的关系 由由“虚虚地地”ic cuBE基本对数运算电路的缺点基本对数运算电路的缺点（1）由于）由于UT和和IS是温度的是温度的函数，因
13、此运算精度受温度函数，因此运算精度受温度的影响。的影响。（2）UDuuoUT在在小信号时误差大。小信号时误差大。（3）只在一）只在一定范围内满足定范围内满足1 对数运算电路对数运算电路Riii+ +i- -uiRic cuBERiii+ +i- -uiRic cuBERfRfi+ +uo2R1R1uo1uouuif fi- -（1）利用参数相同的对管）利用参数相同的对管抵消温度对抵消温度对Is的影响的影响改进措施改进措施（2）利用热敏电阻补偿温）利用热敏电阻补偿温度对度对UT的影响的影响2 指数运算电路指数运算电路RuoRfiii+ +if fi- -uiRuBERuoRfiii+ +if f
14、i- -uiRiD D由虚断：由虚断：由由“虚虚地地”基本对数运算电路的缺点基本对数运算电路的缺点（1）由于）由于UT和和IS是温度的函数，是温度的函数，因此运算精度受温度的影响。因此运算精度受温度的影响。（2）UDuuoUT在小信号时误差大。在小信号时误差大。（3）只在一定范围内满足）只在一定范围内满足（1）利用参数相同的对管）利用参数相同的对管抵消温度对抵消温度对Is的影响的影响改进措施改进措施（2）利用热敏电阻补偿温）利用热敏电阻补偿温度对度对UT的影响的影响R1R2uiR1R2uoCR 例例6求输出电压表达式求输出电压表达式uo1差动放大器差动放大器uouoiCii2电压跟随器电压跟随器作业：作业：P269 7.7 P270 7.8 7.97.10 7.11
