模擬電子技術(shù) 第二章

1、2.1 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器 2.2 理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器 2.3 基本線性運(yùn)放電路基本線性運(yùn)放電路 2.4 同相輸入和反相輸入放大電同相輸入和反相輸入放大電 路的其他應(yīng)用路的其他應(yīng)用 集集 成成 電電 路路 運(yùn)運(yùn) 算算 放放 大大 器器 外外 形形 圖圖 通用型集成電路運(yùn)算放大器通用型集成電路運(yùn)算放大器 2.1 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器 1. 集成電路運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成單元集成電路運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成單元 圖圖2.1.1 集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 運(yùn)算放大器的符號(hào)運(yùn)算放大器的符號(hào) 圖圖2.1.2 運(yùn)算放大器的代表符號(hào)運(yùn)算放

2、大器的代表符號(hào) （a）國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的符號(hào)）國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的符號(hào) （b）國內(nèi)外常用符號(hào)）國內(nèi)外常用符號(hào) 2. 運(yùn)算放大器的電路模型運(yùn)算放大器的電路模型 圖圖2.1.3 運(yùn)算放大器的電路模型運(yùn)算放大器的電路模型 通常：通常： 開環(huán)電壓增益開環(huán)電壓增益 Avo的的 105 （很高）（很高） 輸入電阻輸入電阻 ri 106 （很大）（很大） 輸出電阻輸出電阻 ro 100 （很?。ê苄。?vOAvo(vPvN) （ V vO V ） ） 注意輸入輸出的相位關(guān)注意輸入輸出的相位關(guān) 系系 運(yùn)放的電壓傳輸特性：運(yùn)放的電壓傳輸特性： 設(shè)：電源電壓設(shè)：電源電壓VCC=10V。 運(yùn)放的運(yùn)放的Avo=104 Ui1

3、mV時(shí)，運(yùn)放處于線性區(qū)。時(shí)，運(yùn)放處于線性區(qū)。 Avo越大，線性區(qū)越小，越大，線性區(qū)越小， 當(dāng)當(dāng)Avo 時(shí)，線性區(qū)時(shí)，線性區(qū)0 0 uo ui +10V -10V +Uom -Uom -1mV+1mV 線性區(qū)線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū) +10V -10V +Uom -Uom 0 uo ui A id R 0 o R 開環(huán)電壓放大倍數(shù)開環(huán)電壓放大倍數(shù) 差模輸入電阻差模輸入電阻 輸出電阻輸出電阻 頻帶無限寬頻帶無限寬 符號(hào)：符號(hào)： +10 V -10V +Uo m -Uom 0 uo ui 電壓傳輸特性：電壓傳輸特性： 為簡(jiǎn)化對(duì)集成運(yùn)放應(yīng)用電路的分析，常把集為簡(jiǎn)化對(duì)集成運(yùn)放應(yīng)用電路的分析

4、，常把集 成運(yùn)放視為理想器件。其主要滿足以下一些條件：成運(yùn)放視為理想器件。其主要滿足以下一些條件： 實(shí)際運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)與實(shí)際運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)與 理想運(yùn)放比較接近，因理想運(yùn)放比較接近，因 此用理想運(yùn)放代替實(shí)際此用理想運(yùn)放代替實(shí)際 運(yùn)放分析所產(chǎn)生的誤差運(yùn)放分析所產(chǎn)生的誤差 并不大，在工程計(jì)算中并不大，在工程計(jì)算中 是允許的，由此卻帶來是允許的，由此卻帶來 了分析的大大簡(jiǎn)化。了分析的大大簡(jiǎn)化。 2.2 理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器 幾個(gè)特點(diǎn)：幾個(gè)特點(diǎn)： 1. vo o的飽和極限值等于運(yùn)放的飽和極限值等于運(yùn)放 的電源電壓的電源電壓V 和 和V 2. 運(yùn)放的開環(huán)電壓增益很高運(yùn)放的開環(huán)電壓增益很高 若（若（

5、vPvN）0 則則 vO= +Vom=V 若（ 若（vPvN）0 則則 vO= Vom=V 3. 若若V vO V 則則 （vPvN）0 4. 輸入電阻輸入電阻ri的阻值很高的阻值很高 使使 iP 0、iN 0 5. 輸出電阻很小，輸出電阻很小， ro 0 理想：理想：ri ro0 Avo voAvo(vpvn) 圖圖2.2.1 運(yùn)放的簡(jiǎn)化電路模型運(yùn)放的簡(jiǎn)化電路模型 “虛短虛短” “虛斷虛斷” 2.3 基本線性運(yùn)放電路基本線性運(yùn)放電路 2.3.1 同相放大電路同相放大電路 2.3.2 反相放大電路反相放大電路 2.3.1 同相放大電路同相放大電路 （a）電路圖）電路圖 1. 基本電路基本電路

6、（b）電路模型）電路模型 2.3.1 同相放大電路同相放大電路 2. 負(fù)反饋的基本概念負(fù)反饋的基本概念 開環(huán)開環(huán) 閉環(huán)閉環(huán) 反饋：將放大電路輸出量，反饋：將放大電路輸出量， 通過某種方式送回到輸入回路通過某種方式送回到輸入回路 的過程。的過程。 輸出為輸出為: vo Avo (vpvn) 引入反饋后引入反饋后 vn 0，vp(vi)不變不變 (vpvn) vo o 使輸出減小了，增益使輸出減小了，增益Avvo/ /vi下降了，這時(shí)的反饋稱為下降了，這時(shí)的反饋稱為負(fù)反饋負(fù)反饋。 放大電路輸入為放大電路輸入為: vp vi 2.3.1 同相放大電路同相放大電路 3. 虛假短路虛假短路 圖中輸出通過

7、負(fù)反饋的作用，圖中輸出通過負(fù)反饋的作用， 使使vn n自動(dòng)地跟蹤自動(dòng)地跟蹤vp p， 即即vp pvn n，或或vid id vp pvn n0 0。 這種現(xiàn)象稱為虛假短路，簡(jiǎn)稱這種現(xiàn)象稱為虛假短路，簡(jiǎn)稱 虛短虛短 由于運(yùn)放的輸入電阻由于運(yùn)放的輸入電阻ri很大，所以，運(yùn)放兩輸入端之間的很大，所以，運(yùn)放兩輸入端之間的 ipin (vpvn) / ri 0，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為虛斷。虛斷。 由運(yùn)放引入負(fù)反饋而得到的由運(yùn)放引入負(fù)反饋而得到的虛短虛短和和虛斷虛斷兩個(gè)重要概念，是兩個(gè)重要概念，是 分析由運(yùn)放組成的各種線性應(yīng)用電路的利器，必須熟練掌握。分析由運(yùn)放組成的各種線性應(yīng)用電路的利器，必須熟練掌

8、握。 2.3.1 同相放大電路同相放大電路 4. 幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算 （1）電壓增益電壓增益Av 根據(jù)虛短和虛斷的概念有根據(jù)虛短和虛斷的概念有 vpvn， ip-in0 o 21 1 npi vvvv RR R 所以所以 1 2 1 21 i o 1 R R R RR A v v v （可作為公式直接使用）（可作為公式直接使用） Av-電壓閉環(huán)增益電壓閉環(huán)增益 2.3.1 同相放大電路同相放大電路 4. 幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算 （2）輸入電阻）輸入電阻Ri 輸入電阻定義輸入電阻定義 i i i i v R 根據(jù)虛短和虛斷有根據(jù)虛短和虛斷有 viv

9、p，ii ip0 所以所以 i i i i v R （3）輸出電阻）輸出電阻Ro Ro0 Rs + Vs Vi + Ri Ii 放放 大大 電電 路路 （1） 輸入電阻輸入電阻 i i i I V R 放放大大電電路路 IT + VT Ro + Vs=0 (2)輸出電阻輸出電阻 0 T T o s V I V R 2.3.1 同相放大電路同相放大電路 5. 電壓跟隨器電壓跟隨器 根據(jù)虛短和虛斷有根據(jù)虛短和虛斷有 vovn vp vi 1 i o v v v A （可作為公式直接使用）（可作為公式直接使用） 此電路是同相比例運(yùn)算的特殊情況，輸入電阻此電路是同相比例運(yùn)算的特殊情況，輸入電阻 大，輸

10、出電阻小。大，輸出電阻小。電壓跟隨性能好。電壓跟隨性能好。 電壓跟隨器的作用電壓跟隨器的作用 無電壓跟隨器時(shí)無電壓跟隨器時(shí) 負(fù)載上得到的電壓負(fù)載上得到的電壓 ss s Ls L o 01. 0 1100 1 vv vv RR R 有電壓跟隨器時(shí)有電壓跟隨器時(shí) ip00，vpvs 根據(jù)虛短和虛斷有根據(jù)虛短和虛斷有 vovn vp vs 2.3.2 反相放大電路反相放大電路 （a）電路圖）電路圖 （b）由虛短引出虛地）由虛短引出虛地vn0 圖圖2.3.5 反相放大電路反相放大電路 1. 基本電路基本電路 2. 幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算 （1）電壓增益電壓增益Av 根據(jù)虛短和虛斷

11、的概念有根據(jù)虛短和虛斷的概念有 vn vp 0 ， ii0 所以所以 i1i2 1 2 i o R R A v v v 2 on 1 ni RR vvvv 即即 （可作為公式直接使用）（可作為公式直接使用） 2.3.2 反相放大電路反相放大電路 2. 幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算 （2）輸入電阻）輸入電阻Ri 1 1i i 1 i i / R Ri R v vv （3）輸出電阻）輸出電阻Ro Ro0 2.3.2 反相放大電路反相放大電路 1 12 R u ii i 3322 RiRi 又又 13 2 2 3 2 3 R u R R i R R i i 44220 RiRiu )

12、 / 1( 3 42 1 42 R RR R RR Au 分析：分析：u+=u-=0（虛短）（虛短） i1=i2 （虛斷）（虛斷） u u + A + o i 1 R 2 R4R R3 1 i i2 4 i i3 4322 1 )(RiiR R ui 4 13 2 1 2 1 )(R R u R R R u R R u iii 例例2.3.2 采用采用T型反饋網(wǎng)絡(luò)的反相比例電路型反饋網(wǎng)絡(luò)的反相比例電路 (1)求電壓增益求電壓增益Av. (2)R1=51k , R2=R3=390k , u0=-100ui時(shí)時(shí),R4=? (3) R1=51k , Av=-100,用用R2代替代替T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻

13、網(wǎng)絡(luò), R2=? 解解 (1) （2）代入數(shù)據(jù)計(jì)算即可）代入數(shù)據(jù)計(jì)算即可. 求得求得R4=35.2 k （3） 1 2 R R Au代入代入Av, R1,得得R2=5100k 用用T型網(wǎng)絡(luò)代替反饋電阻型網(wǎng)絡(luò)代替反饋電阻R2時(shí)時(shí), 可用低阻值電阻的網(wǎng)絡(luò)得到可用低阻值電阻的網(wǎng)絡(luò)得到 高增益的放大電路高增益的放大電路 2.4 同相輸入和反相輸入同相輸入和反相輸入 放大電路的其他應(yīng)用放大電路的其他應(yīng)用 2.4.1 求差電路求差電路 2.4.2 儀用放大器儀用放大器 (自學(xué)自學(xué)) 2.4.3 求和電路求和電路 2.4.4 積分電路和微分電路積分電路和微分電路 2.4.1 求差電路求差電路 從結(jié)構(gòu)上看，它

14、是反相從結(jié)構(gòu)上看，它是反相 輸入和同相輸入相結(jié)合的放輸入和同相輸入相結(jié)合的放 大電路。大電路。 4 on 1 ni1 R vv R vv 3 p 2 pi2 0 R v R vv i1 1 4 i2 32 3 1 41 o v R R v RR R R RR v )( 當(dāng)當(dāng), 2 3 1 4 R R R R 則則 )( i1i2 1 4 o vv R R v 若繼續(xù)有若繼續(xù)有, 14 RR 則則 i1i2o vvv 根據(jù)根據(jù)虛短虛短、虛斷虛斷和和N N、P P 點(diǎn)的點(diǎn)的KCLKCL得：得： pn vv 2.4.1 求差電路求差電路 從放大器角度看從放大器角度看 1 4 i1i2 o d R R

15、 vv v Av 時(shí)，時(shí)， 2 3 1 4 R R R R )( i1i2 1 4 o vv R R v 增益為增益為 （該電路也稱為差分電路或減法電路）（該電路也稱為差分電路或減法電路） 一種高輸入電阻的差分電一種高輸入電阻的差分電 路如圖所示路如圖所示, ,求輸出電壓求輸出電壓v v02. 02. 例例2.4.1 1 1 21 01 )1( i v R R v 該電路第一級(jí)該電路第一級(jí)A1為同相輸入放大為同相輸入放大 電路電路,它的輸出電壓為它的輸出電壓為: 解解: 該電路第二級(jí)該電路第二級(jí)A2為差分放大電路為差分放大電路,可用疊加原理求輸出電壓可用疊加原理求輸出電壓. 令令vi2=0 時(shí)

16、時(shí),A2為反相輸入放大電路為反相輸入放大電路,由由vo1產(chǎn)生的輸出電壓為產(chǎn)生的輸出電壓為: 1 1 21 2 22 01 2 22 02 )1( i v R R R R v R R v 若令若令v01=0時(shí)時(shí),A2為同相輸入放大電路為同相輸入放大電路,由由vi2產(chǎn)生的輸出電壓為產(chǎn)生的輸出電壓為: 2 222 22 2 22 02 )(1( i v RR R R R v 電路總輸出電壓為電路總輸出電壓為: 02 02 02 vvv 1 NS1 - R vv f ON - R vv 根據(jù)根據(jù)虛短虛短、虛斷虛斷和和N 點(diǎn)的點(diǎn)的KCL得：得： 2S 2 f 1S 1 f O -v R R v R R

17、v f21 RRR 若若 0 PN vv 2 NS2 - R vv R2Rf R1 vS2 vS1 iI vO N P + 則有則有 2S1SO -vvv （加法運(yùn)算）（加法運(yùn)算） 輸出再接一級(jí)反相電路輸出再接一級(jí)反相電路 R2Rf R1 vS2 vS1 iI vO1 N P + R R vO + 2S1SO vvv 可得可得 i1 i2if 2.4.3 求和電路求和電路 （該電路也稱為加法電路）（該電路也稱為加法電路） Rf If Uo RP - + R1 U1 I1 R2 U2 I2 Rn Un In 反相加法器反相加法器 I+=I- 0 I1+I2+In=If U+= 0 U+=U-U-

18、= 0 1 1 1 R UU I 1 1 R U f o- f R UU I f o R U 2 2 2 R U I n n n R U I n n 2 2 1 1 f o R U R U R U R U ) R U R U R U (RU n n 2 2 1 1 fo 當(dāng)當(dāng)R1=R2=Rn=Rf時(shí)，時(shí)，Uo= -(U1+U2+Un) 2.4.4 積分電路和微分電路積分電路和微分電路 1. 積分電路積分電路 式中，負(fù)號(hào)表示式中，負(fù)號(hào)表示vO與與vI在相位上是相反的。在相位上是相反的。 根據(jù)根據(jù)“虛短虛短”， 得得 根據(jù)根據(jù)“虛斷虛斷”， 得得 0 PN vv 0 i i 因此因此 R ii I 12 v 電容器被充電，其充電電流為電容器被充電，其充電電流為 2 i 設(shè)電容器設(shè)電容器C的初始電壓為零，則的初始電壓為零，則 t RC ti C d 1 d 1 I 2ON v vv t RC d 1 IO vv （積分運(yùn)算）（積分運(yùn)算） 2.4.4 積分電路和微分電路積分電路和微分電路 當(dāng)當(dāng)vI I為階躍電壓時(shí)，有為階躍電壓時(shí)，有 vO與與 t 成線性關(guān)系成線性關(guān)系 t RC d 1 IO vv t RC Vi t V i 反相積分器：反相積分器：如果如果u i=直流電壓直流電壓,輸出將反相積分，經(jīng)輸出將反相積分，經(jīng) 過一定的時(shí)間后