《模擬電子電路及技術(shù)基礎(chǔ)》第二章　集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用基礎(chǔ)

1、2.1集成運(yùn)算放大器的符號(hào)、模型和電壓傳輸特性集成運(yùn)算放大器是將電子器件和電路集成在硅片上的放大器。同相輸入端的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)相位相同；反相輸入端的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)相位相反。2.1.1集成運(yùn)算放大器的符號(hào)12.1.2集成運(yùn)算放大器的模型uid = ui+ - ui-：差模輸入電壓；Auo：集成運(yùn)放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)；Ri：集成運(yùn)放的輸入電阻；Ro：集成運(yùn)放的輸出電阻。RiRo0AuoIi+= Ii-0理想化理想化條件“虛斷路”22.1.3集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性線性放大區(qū)：uo = Auo(ui+ - ui-) = Auouid“虛短路”：Auo uid 0限幅區(qū)：uo = UCC

2、或 UEE，uid 可以較大，不再“虛短路”。3反相電壓傳輸特性42.2擴(kuò)展線性放大范圍引入深度負(fù)反饋反相輸入組態(tài)負(fù)反饋將反饋信號(hào)引向反相輸入端，使反饋信號(hào)抵消部分輸入信號(hào)，保證在輸入信號(hào)較大時(shí)，uid仍然很小，在“虛短路”范圍內(nèi)，從而集成運(yùn)算放大器工作在線性放大區(qū)。5同相輸入組態(tài)可以保證運(yùn)放工作在線性區(qū)62.3由集成運(yùn)放構(gòu)成的基本運(yùn)算電路2.3.1比例運(yùn)算放大器1.同相比例運(yùn)算放大器78同相比例放大器的特點(diǎn)：(1) 信號(hào)從同相端輸入，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同相；(2) U+ = U- 0，反相端和同相端電壓相等,即“虛短路”；(3) 閉環(huán)放大倍數(shù)大于等于1，可以設(shè)計(jì)成電壓跟隨器；9(4) 閉環(huán)輸

3、入阻抗進(jìn)一步增大，趨向于理想條件，即Rif ；(5) 閉環(huán)輸出阻抗進(jìn)一步減小，也趨向于理想條件，即Rof 0。10【例 2.3.1】彰顯電壓跟隨器的隔離 (緩沖) 作用。有一內(nèi)阻 Rs = 100 k 的信號(hào)源，為一個(gè)負(fù)載 (RL = 1 k) 提供電流和電壓。一種方案是將它們直接相連 (如圖(a) 所示) ；另一種方案是在信號(hào)源與負(fù)載之間插入一級(jí)電壓跟隨器 ( 如圖(b) 所示) 。試分析兩種方案負(fù)載 RL 所得到的電壓 uL 和電流 iL 。111)閉環(huán)增益與電壓傳輸特性2.反相比例運(yùn)算放大器12132)閉環(huán)輸入電阻反相比例放大器的特點(diǎn)：(1) 信號(hào)從反相端輸入，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)反相；(

4、2) U- = U+ = 0，因?yàn)橥喽穗妷簽榱? 接地) ，所以反相端呈現(xiàn)“虛地”特性；(3) 閉環(huán)放大倍數(shù) Auf = - R2 / R1；(4) 閉環(huán)輸入電阻較小，Rif R1，閉環(huán)輸出電阻Rof 0。14【例 2.3.3】電路如圖所示，試問(1) 運(yùn)放 A1、A2 的功能各是什么？(2) 求輸出電壓 與輸入電壓 的關(guān)系式，即總增益 的表達(dá)式。15【例 2.3.4】有一運(yùn)放組成的反相比例放大器，如右圖所示，電源電壓UCC = | UEE | = 12 V，求輸入信號(hào)分別為ui1 = 1sint (V) 和 ui2 = 2sint (V) 時(shí)的輸出波形圖。162.3.2相加器1.反相相加器

5、【例 2.3.5】試設(shè)計(jì)一個(gè)相加器，完成 uo = - (2ui1 + 3ui2) 的運(yùn)算，并要求對(duì)ui1、ui2的輸入電阻均大于等于100 k。172.同相相加器182.3.3相減器19【例 2.3.6】利用相減器電路可以構(gòu)成“稱重放大器” 。試問，輸出電壓 uo 與重量 ( 體現(xiàn)在 Rx 變化上) 有何關(guān)系。202.3.4積分器差動(dòng)積分器2122【例 2.3.7】電路如右圖所示，當(dāng)t = t1 (1s) 時(shí)，開關(guān) S 接 a 點(diǎn)； 當(dāng)t = t1 (1s) t2 (3s) 時(shí)，開關(guān) S 接 b 點(diǎn)；而當(dāng) t t2 (3s) 時(shí)，開關(guān) S 接 c 點(diǎn)。已知運(yùn)算放大器電源電壓 15 V，初始電

6、壓 uC(0) = 0，試畫出輸出電壓 uo(t) 的波形圖。23242.3.5微分器利用積分器和相加器求解微分方程252.3.6 電壓一電流變換(V/I)和電流一電壓變換(I/V)一,電壓一電流變換(V/I)負(fù)載電流 與負(fù)載 無關(guān)，而與輸入信號(hào) 成正比26二，電流一電壓變換I/V27【例 2.3.8】精密直流電壓測(cè)量電路28【例 2.3.9】29增益可調(diào)電路30【例 2.3.10】31【例 2.3.11】32【例 2.3.12】33【例 2.3.13】342.4 有源RC濾波器2.4.1 理想濾波器特性及其“逼近”低通帶通高通低通帶阻全通勃特沃斯濾波器切比雪夫?yàn)V波器貝塞爾濾波器橢園濾波器35362.4.2 常用的一階、二階有源濾波器一階有源RC濾波器372. 運(yùn)放作為有限增益放大器的二階有源濾波器38二階低通濾波器39403，運(yùn)放作為無限增益放大器的多重反饋有源濾波器41二階帶通濾波器4243雙T網(wǎng)絡(luò)帶阻濾波器44用帶通和相加器構(gòu)成的陷波器45465. 全通濾波器一一移相器476. 狀態(tài)變量濾波器一一多功能濾波器高通帶通低通狀態(tài)變量濾波器由積分器與相加器(相減器)組成482.5 集成運(yùn)放的非理想特性對(duì)實(shí)際應(yīng)用的限制精度速度開環(huán)增益 Au共模抑制比輸入電阻 Ri輸出電阻 Ro失調(diào)電壓 Uos失調(diào)電流 Ios輸入偏流 失調(diào)漂移單位增益帶寬壓擺率 SR4