第二章运算放大器.pptx
差放和电流源电路复杂电路实现高性能有源元件替代无源元件复合管直接耦合方式集成运放的特点：第1页/共35页二、集成运放电路的组成二、集成运放电路的组成两个两个输入端输入端一个一个输出端输出端 若将集成运放看成为一个若将集成运放看成为一个“黑盒子黑盒子”，则可等效为，则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。一个双端输入、单端输出的差分放大电路。第2页/共35页集成运放电路四个组成部分的作用集成运放电路四个组成部分的作用 前置级，多采用前置级，多采用差分放大电路差分放大电路。要求。要求Ri大，大，Ad大，大，Ac小，输入端耐压高小，输入端耐压高。主放大级，多采用主放大级，多采用共射放大电路共射放大电路。要求。要求有足够有足够的放大能力的放大能力。功率级，多采用准功率级，多采用准互补输出级互补输出级。要求。要求Ro小，小，最大不失真输出电压尽可能大最大不失真输出电压尽可能大。为各级放大电路为各级放大电路设置合适的设置合适的静态静态工作点工作点。采用。采用电电流源流源电路。电路。几代产品中输入级的变化最大！几代产品中输入级的变化最大！几代产品中输入级的变化最大！几代产品中输入级的变化最大！偏置电路：输入级：中间级：输出级：第3页/共35页u-u+uo 反相输入端反相输入端 u同相输入端同相输入端 u+输出端输出端 uo国际符号：国际符号：国内符号：国内符号：集成运放的特点：集成运放的特点：电压增益电压增益高高 104输出电阻输出电阻小小 102输入电阻输入电阻大大 106三、集成运放的符号第4页/共35页四、集成运放的电压传输特性四、集成运放的电压传输特性 由于由于Aod高达几十万倍高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压最大输入电压(uPuN)的数值仅为的数值仅为几十一百多微伏几十一百多微伏。在线性区：在线性区：uOAod(uPuN)Aod是开环差模放大倍数。是开环差模放大倍数。非线非线性区性区 (uPuN)的数值大于一定值时，集成运放的输出不是的数值大于一定值时，集成运放的输出不是UOM,就是就是UOM，即集成运放工作在，即集成运放工作在非线性区非线性区。uO=f(uP-uN)UOM-UOM第5页/共35页开环电压放大倍数 A AV0V0=差模输入电阻 R Ridid=输出电阻 R R0 0=0=0一、理想运算放大器：电路中有负反馈！理想运放工作在线性区条件：2.2 理想运算放大器及分析方法第6页/共35页实际运放的电压传输特性(了解)：设：电源电压VVCCCC=10V=10V。运放的A AVOVO=10=104 4UUi i1mV1mV时，运放处于线性区。A AVOVO越大，线性区越小，当A AVOVO时，线性区0 0uOAod(uPuN)2.2 理想运算放大器及分析方法第7页/共35页虚短（U UP P=U=UN N）虚断（i iP P=i=iN N=0=0）二、理想运算放大器分析方法：运放工作在非线性区的分析方法在第九章讨论运放工作在线性区分析方法开环电压放大倍数 A AV0V0=差模输入电阻 R Ridid=输出电阻 R R0 0=0=0i iP Pi iN NuOAod(uPuN)第8页/共35页2.3 基本线性运放电路二、反相比例运算电路一、同相比例运算电路第9页/共35页IPvv=输出与输入同相输出与输入同相虚短虚短虚断虚断特例特例PNvv=R R1 1=Vo=ViVo=Vi电压跟随器，常作为阻抗变换器电压跟随器，常作为阻抗变换器P30一、同相比例运算电路i iP Pi iN NuOAod(uPuN)虚短（U UP P=U=UN N）虚断（i iP P=i=iN N=0=0）第10页/共35页例例2.R1=10k ,Rf=20k ,Vi=-1V=-1V。求。求:VoAv=1+=1+20/10=3RfR1Vo=Av Vi=(3)(-1)=-3V 输入电阻高，输出电阻小，带负载能力强输入电阻高，输出电阻小，带负载能力强 V-=V+=Vi，所以，所以共模输入等于输入信号共模输入等于输入信号，对运放的共模抑对运放的共模抑制比要求高制比要求高一、同相比例运算电路特点：虚短（U UP P=U=UN N）虚断（i iP P=i=iN N=0=0）第11页/共35页0P=v输出与输入反相输出与输入反相虚短虚短虚断虚断PN=vv平衡电阻平衡电阻R Rf f=R=R1 1特例特例R R2 2=R1Rf Vo=-ViVo=-Vi二、反相比例运算电路 运放的前级是一个差放，为了保证差动放大器的对称性，其两个输入端的电阻必须相等。虚短（U UP P=U=UN N）虚断（i iP P=i=iN N=0=0）反号器反号器i iP Pi iN N第12页/共35页例1.R1.R1 1=10k=10k ,R,Rf f=20k=20k ,V Vi i=-1V=-1V。求:V Vo o AV=-（Rf/R1）=-20/10=-2Vo=AV Vi=(-2)(-1)=2V反相端虚地，故共模输入可视为反相端虚地，故共模输入可视为0，对运放共模抑制比要求低对运放共模抑制比要求低 输出电阻小，输出电阻小，带负载能力强带负载能力强 要求放大倍数较大时，要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差反馈电阻阻值高，稳定性差。如果要求放大倍数如果要求放大倍数100，R1=100K，Rf=10M二、反相比例运算电路特点：虚短（U UP P=U=UN N）虚断（i iP P=i=iN N=0=0）第13页/共35页 T T型网络反相比例运算电路型网络反相比例运算电路P32P32 用低电阻网络得到高增益的放大电路要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差。虚短（U UP P=U=UN N）虚断（i iP P=i=iN N=0=0）第14页/共35页(VS VK)/R1=(VK 0)/R2+(VK VN)/R3 KR1R2R3Rf(VK VN)/R3=(VN VO)/Rf PNvv=VO=-2.5VsP0v=例1：求电路的电压放大倍数Avf虚短（U UP P=U=UN N）虚断（i iP P=i=iN N=0=0）第15页/共35页例2：求电路的电压放大倍数AvfA1R1R8R2voR3R4viR7R6R5A2A3v+3vo3v+1虚短（U UP P=U=UN N）虚断（i iP P=i=iN N=0=0）反相放大同相放大第16页/共35页2.4 基本运算电路一、减法运算电路二、加法运算电路四、微分运算电路三、积分运算电路五、对数/反对数运算电路六、乘法运算电路反相比例运算电路同相比例运算电路第17页/共35页_+RfR1R2vi2voR3vi1虚短虚短虚断虚断PNvv=一、差分式放大电路（减法电路）结点电流法虚短（U UP P=U=UN N）虚断（i iP P=i=iN N=0=0）第18页/共35页_+RfR1R2vi2voR3vi1反相放大器反相放大器一、差分式放大电路（减法电路）叠加定理同相放大器同相放大器输出与输入同相输出与输入同相输出与输入反相输出与输入反相Vi1、Vi2共同作用：Vi1单独作用：Vi2单独作用：虚短（U UP P=U=UN N）虚断（i iP P=i=iN N=0=0）第19页/共35页_+RfR1R2vi2voR3vi1特例特例减法器减法器当当则则若继续有若继续有则则一、差分式放大电路（减法电路）虚短（U UP P=U=UN N）虚断（i iP P=i=iN N=0=0）第20页/共35页根据根据虚短虚短、虚断虚断得：得：若若则有则有二、加法电路虚短（U UP P=U=UN N）虚断（i iP P=i=iN N=0=0）结点电流法第21页/共35页二、加法电路虚短（U UP P=U=UN N）虚断（i iP P=i=iN N=0=0）叠加定理反相放大器反相放大器反相放大器反相放大器Vs1、Vs2共同作用：Vs1单独作用：Vs2单独作用：第22页/共35页例:设计一加减运算电路设计一加减运算电路，使设计一加减运算电路，使 Vo=2Vi1+5Vi2-10Vi3解：用双运放实现解：用双运放实现如果选Rf1=Rf2=100K，且R4=100K则：R1=50K R2=20K R5=10K平衡电阻 R3=R1/R2/Rf1=12.5K R6=R4/R5/Rf2=8.3KVi2-+A1Rf1R3Vo1R2Vi1R1-+A2Rf2R6VoR4Vi3R5=-10Vi3-(2Vi1+5Vi2)=-10Vi3-Vo1第23页/共35页电容元件理论回顾 电容是储能元件。电压u越高，聚集的电荷q就越多，产生的电场越强，储存的电场能就越多。电容隔直通交！电容两端电压不能突变！第24页/共35页式中，负号表示式中，负号表示vO与与vS在相位上是相反的。在相位上是相反的。“虚虚 短短”“虚虚 断断”PN=vv设电容器设电容器C的初始电压为零，则的初始电压为零，则（积分运算）（积分运算）d(vN=RvSCd t-vN-vO)P=0v三、积分电路虚短（U UP P=U=UN N）虚断（i iP P=i=iN N=0=0）第25页/共35页应用举例：tVS0tVo0输入方波，输出是三角波。三、积分电路第26页/共35页三、积分电路第27页/共35页P39 例例三、积分电路第28页/共35页R=10KC=5nF例例 已知：已知：vc(0)=0,画输出电压波形。例画输出电压波形。例解解:(1)t:0t18 8vo(t1)=8V(2)t:t1t2vo(t2)=0V第29页/共35页四、微分电路第30页/共35页t0uo若输入：若输入：则：则：应用举例：应用举例：输入方波，输出是尖顶波输入方波，输出是尖顶波应用举例应用举例2：输入正弦波输入正弦波输出余弦波输出余弦波滞后滞后90 uit0第31页/共35页设计思考题讨论1 1、v vo o=-10v=-10vS1S1且R Ri i =10K=10K10K/100K第32页/共35页2 2、v vo o=2 v=2 vS1S1 5 v 5 vS2S2由求和电路及反号器构成：由求和电路及反号器构成：第33页/共35页由求差电路构成：由求差电路构成：v vo o=2 v=2 vS1S1 5 v 5 vS2S2第34页/共35页感谢您的观看！第35页/共35页
