模电运算放大器

Guilin University of Electronic Technology,36,/,105,8,/,105,2.1 集成电路运算放大器(OP),12,/,105,2.2 理想运算放大器(OP),24,/,105,2.3 基本线性运放电路,35,/,105,2.4 运算放大器应用,*,/,105,6.4 集成电路运算放大器的主要参数,*,/,60,电子技术基础,A,（模拟部分）,2：运算放大器,内容提要,集成电路OP,2.1,理想OP,2.2,基本线性OP,2.3,OP的应用,2.4,电路模型,输出特性,2.,1.1,集成运放的内部组成单元,2.1.2,运算放大器电路模型,内部结构框图,国标与常用符号,2.1.1,集成运放：内部组成单元,V,V,v,P,O,v,O,+,输入级,差分放大,A,v,1,中间级,电压放大,A,v,2,输出级,功率放大,A,v,3,+,v,N,+,+,+,v,O1,v,O2,P,N,2.1.1,集成运放：内部组成单元,互补对称射极跟随器,差动放大器,第2级,差动放大器,单管放大器,第1级,第3级,第4级,-,U,EE,+,U,CC,E,R,C,T,1,R,C,T,2,T,5,T,6,R,C3,R,E2,R,C4,R,E3,T,7,T,9,T,8,R,E4,R,E5,T,11,T,10,R,L,+,功放,2.1.2,集成运放：符号,u,u,+,u,o,u,u,+,u,o,A,o,国际符号,国内符号,u,o,_,+,+,u,i,理想运放,2.1.2,运算放大器电路模型,A. 电路模型,运放电路模型,v,N,v,o,v,P,+,+,P,N,r,i,r,o,A,vo,(,v,P,v,N,),+,+,V,V,线性放大区,2.1.2,运算放大器电路模型,B. 电压传输特性,A,vo,越大，运放的线性范围越小，必须,在,输出与输入之间,加负反馈,才能使其扩大输入信号的线性范围。,例：若,U,OM,=12V，,A,vo,=10,6,，,则,|,u,i,|,1M,，有的可达100,M,，理想OP的,r,i,为。,E. 输出电阻,r,o,r,o,=,几,几十。理想运放的,r,o,为0。,F. 共模抑制比,K,CMMR,一般100dB以上，理想运放为,。,G. 3dB带宽,f,H,运放是直流放大器， 可放大低频信号，高频信号放大受限制。理想运放为,。,2.2.2,理想运放电路模型,O,V,V,v,O,/ V,v,P,v,N,/mV,i,P,=,0,v,N,v,o,v,P,A,vo,(,v,P,v,N,),+,+,V,V,i,N,=,0,r,i,r,o,基本电路,近似计算,2.3.1,同相放大电路,2.3.2,反相放大电路,基本电路,负反馈概念,虚短与虚断,近似计算,电压跟随器,1,. 基本电路,2.3.1,同相放大电路,结构特点,：,负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。,反馈方式：,电压串联负反馈。输入电阻高。,v,i,R,2,R,1,v,p,v,n,A,+,v,o,+,+,v,p,v,n,v,o,所谓 “,反相,”和“,同相,”，仅对一般情况下的输出-输入关系而言。由于外接反馈网络中可能含有电抗元件，输出,v,o,和输入,v,i,未必总是同相或总是反相。,2,. 负反馈过程,2.3.1,同相放大电路,v,p,v,o,R,1,、R,2,v,n,v,id,v,o,电压串联负反馈,同相比例电路的特点,：,3. 共模输入电压为,v,i,，故对运放的共模抑制比要求高。,1. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。,2. 由于串联负反馈的作用，输入电阻大。,+,(+),(+),v,i,R,2,R,1,(+),v,id,v,p,v,o,v,n,A,+,3,. 虚短与虚断,2.3.1,同相放大电路,虚断,由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，分析时常将其理想化，称所谓的,理想运放,。,理想运放,放大倍数与负载无关,线性区工作特点,虚短,多级运放电路可分别逐级单独分析。,+,v,i,R,2,R,1,v,id,v,p,v,o,v,n,A,+,i,i,4,. 近似计算,2.3.1,同相放大电路,线性运放电路计算出发点：,电压增益,A,v,：,虚短,虚短路,虚开路,+,v,i,R,2,R,1,v,id,v,p,v,o,v,n,A,+,i,i,！,虚断,R,2,=,0时，,A,v,=,？,4,. 近似计算,2.3.1,同相放大电路,线性运放电路计算出发点：,输入电阻,R,i,：,虚短路,虚开路,！,虚断,输出电阻,R,o,：,+,v,i,R,2,R,1,v,id,v,p,v,o,v,n,A,+,i,i,R,o,=,r,o,/,r,i,/ (,R,1,R,2,),r,o,/,(,R,1,R,2,),根据,R,o,定义：,v,i,=,0,4,. 近似计算,2.3.1,同相放大电路,电路如图，是否具有“同相运放电路”的放大功能？输入输出电阻,和0？,电压增益,A,v,：,+,v,i,R,2,R,1,v,id,v,p,v,o,v,n,A,+,i,i,不是虚断！,v,i,R,2,R,1,v,o,仅特殊情况相等,5,. 电压跟随器,2.3.1,同相放大电路,结构特点,：,输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入，,是,同相比例运算放大器之特例,。,电压增益,A,v,：,v,i,v,p,v,o,v,n,A,+,i,i,此电路是为电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，起输入缓冲作用，但其电压跟随性能更好！,1,. 基本电路,2.3.2,反相放大电路,结构特点,：,负反馈引到反相输入端，信号从反相端输入。,属电压并联负反馈，输出电阻很小！但输入阻抗减少啦！,v,i,v,n,v,p,v,o,i,i,A,+,R,2,R,B,R,1,1. 共模输入电压为0，故对运放的共模抑制比要求低。,2. 由于电压负反馈作用，输出电阻小，可认为是 0，因此带负载能力强。,3. 由于并联负反馈作用，输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。,4. 在放大倍数较大时，该电路结构不再适用 。,平衡电阻，使输入端对地静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性，有时取消。,R,B,=,R,1,/,R,2,。,2,. 近似计算,2.3.2,反相放大电路,电压增益,A,v,：,v,i,v,n,v,p,v,o,i,i,A,+,R,2,R,B,R,1,虚短与虚断,负号表示反相,2,. 近似计算,2.3.2,反相放大电路,输入电阻,R,i,：,v,i,v,n,v,p,v,o,i,i,A,+,R,2,R,B,R,1,输出电阻,R,o,：,缺点：输入电阻被严重拉低！,优点：输出电阻仍然维持在很小的水平！,3,. 例：,求如图的,A,v,=,2.3.2,反相放大电路,对节点M，有：,v,i,v,n,v,p,v,o,i,1,A,+,R,2,R,4,R,1,R,3,i,2,i,3,i,4,M,对节点P，有：,R,4,起削弱负反馈作用，电压放大倍数提高！避免用过大的反馈电阻。,VERY GOOD！,对数运算,有源滤波,2.4.1 减法电路,2.4.5,其它应用（自学）,2.4.2 仪用放大器,2.4.3 加法电路,2.4.4 积分和微分电路,乘除平方开方运算,理想二极管（绝对值、整流）,2.4.1,减法电路,1,. 电路结构,结构特点,：,属反、同相输入相结合的放大电路。,减法运算：,v,i2,n,p,v,o,A,+,R,3,R,4,R,2,v,i1,R,1,i,3,i,4,i,2,i,1,P,|,N点虚断、虚短,R,4,/,R,1,=,R,3,/,R,2,2.4.1,减法电路,2,. 其它参数,v,i2,n,p,v,o,A,+,R,3,R,4,R,2,v,i1,R,1,i,3,i,4,电压增益,A,vd,：,i,2,i,1,R,1,=,R,2,输入电阻,R,i,：,输出电阻,R,o,：,差动输入，但输入电阻不高低，但输出电阻维持很低。,2.4.1,减法电路,3,. 带缓冲的双运放减法器,输出电压：,同相输入,常用同相器做缓冲输入级以提高输入阻抗。,v,n,v,o1,A,1,+,R,21,R,1,=,R,21,v,n,v,o2,A,2,+,R,22,R,22,R,2,v,i1,v,i2,R,2,单级减法器,输入阻抗大,跟随器更佳,2.4.2,仪用放大器,专用仪表放大器，应用非常广泛！,i,i,v,2,+,v,4,A,2,+,R,2,v,o,A,3,+,R,4,R,4,R,3,v,1,R,2,R,1,v,3,A,1,+,i,R,3,2.4.3,加法电路,结构特点,：,反相加法器,加法运算：,真加法器（反相）,R,1,=,R,2,=,R,3,v,i1,v,o,i,1,A,+,R,3,R,1,i,3,v,i2,i,2,R,2,加权加法器,节点法！,R,1,=,R,2,R,3,加法,放大器,2.4.4 积分,微分电路,积分原理,：,真加法器（反相）,虚短和虚断！,1,. 积分电路,i,2,v,i,v,o,i,1,A,+,C,R,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、滤波或自动控制部件。,2.4.4 积分,微分电路,微分原理,：,虚短和虚断！,2,. 微分电路,i,2,v,i,v,o,i,1,A,+,C,R,微分电路的主要用途,：,1. 用于求某物理量的变化率的地方；,2. 波形变换。例：将,三角波,方波,；,3. 移相、滤波或自动控制部件。,4.,输入电压变化不能太大，否则运放易饱和甚至被损坏。,2.4.5,其它应用,对数运算,有源滤波,乘除平方开方运算,理想二极管（绝对值、整流）,阻抗变换,复杂函数实现（自动控制）,波形发生与变换,1,. 求如图电路的,v,o,表达式,应用举例,v,i1,i,1,R,2,v,o2,A,2,+,R,3,R,1,R,2,v,o,A,1,+,i,2,v,i2,R,4,N,1,P,1,P,2,N,2,R,1,M,i,1,=,i,2,i,1,=,i,2,2,. 求负载电流,i,L,。说明其为与,v,i,相关/,R,L,无关的,恒流源,应用举例,i,1,R,R,C,R,R,v,o1,A,1,+,i,2,v,i,R,L,N,1,P,1,v,o,A,2,+,P,2,N,2,R,M,i,L,绝大多数信号的处理、运算都需运放，模电运放,正确理解和运用,“,虚短,”,和,“,虚断,”,概念分析运放电路,实际运放理想运放，其电路均含深度负反馈,同相输入运放电路输入阻抗高，常做前置输入级,本章小结,以反相运算放大电路为最最常用，应尽量使用之,End of 2,！,Thank You !,