模拟电路运算放大器学习教案.pptx
会计学1模拟电路运算放大器模拟电路运算放大器第一页，编辑于星期二：点 五十六分。2-22.1 集成电路运算放大器2.2 理想运算放大器2.3 基本线性运放电路2.4 同相输入和反相输入放大电路 的其他应用2.5 SPICE仿真例题第二章 运算放大器第1页/共55页第二页，编辑于星期二：点 五十六分。2-32.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器n n1、集成电路运算放大器的内、集成电路运算放大器的内部组成单元部组成单元n n2、运算放大器的电路模型、运算放大器的电路模型第2页/共55页第三页，编辑于星期二：点 五十六分。2-4集成运算放大器外形图1第3页/共55页第四页，编辑于星期二：点 五十六分。2-5集成运算放大器外形图2第4页/共55页第五页，编辑于星期二：点 五十六分。2-6n nLM324LM324是四运放集成电路，它采用是四运放集成电路，它采用1414脚双列直插塑料封装，脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。四运放集成电路LM324运算放大器符号第5页/共55页第六页，编辑于星期二：点 五十六分。2-71 1、集成电路运算放大器的内部组成单元、集成电路运算放大器的内部组成单元、集成电路运算放大器的内部组成单元、集成电路运算放大器的内部组成单元1、输入输出端口P、N、O。2、各级的作用？3、4、运放的代表符号。正负电源的中间接点第6页/共55页第七页，编辑于星期二：点 五十六分。2-82、运算放大器的电路模型、运算放大器的电路模型n n输入电阻输入电阻r ri i较大，通常为较大，通常为10106 6或更大；或更大；n n输出电阻输出电阻r ro o较小，通常为较小，通常为100100或更小；或更小；n n开环电压增益开环电压增益AAvovo的值较高，至少为的值较高，至少为10104 4；n n受控电压源：受控电压源：AAvovo(v vP P-v vNN)。1、电路模型及说明第7页/共55页第八页，编辑于星期二：点 五十六分。2-92、运算放大器的电路模型、运算放大器的电路模型2、电压传输特性输出电压vo不可能超越正负电源的电压值。若Avo(vP-vN)V，则vo=Vom=V;设vP vN，若V Avo(vP-vN)V，则vo=Avo(vP-vN);若Avo(vP-vN)V，则vo=Vom=V。当 vo=Vom时输入电压的最小幅值vP-vN？vom/Avo第8页/共55页第九页，编辑于星期二：点 五十六分。2-102、运算放大器的电路模型、运算放大器的电路模型n n例例2.1.12.1.1：电路如图所示，运放的开环电压增益：电路如图所示，运放的开环电压增益AAv vo o=10=106 6，输入，输入电阻电阻r ri i=10109 9 ，电源电压，电源电压VV+=+10V=+10V，VV=10V10V。（。（1 1）试求当试求当 v vo o=VVomom=10V=10V时输入电压的最小幅值时输入电压的最小幅值v vP P-v vNN=？输入电流？输入电流 i i i i=？（2 2）画出传输特性曲线）画出传输特性曲线 v vo o=f f(v vP P-v vNN )。说明运放的两个区域。说明运放的两个区域。109 10610V10V解:(1)当vo=Vom时，输入电压最小幅值vP-vN vo/Avo 10V/106=10V 输入电流 i i=vP-vN/ri 10V/109 1108 A第9页/共55页第十页，编辑于星期二：点 五十六分。2-112、运算放大器的电路模型、运算放大器的电路模型n n例例2.1.12.1.1解:(2)画传输特性曲线 取a点(10V,10V)，b点(10V,10V)，连接a，b两点得线段ab，其斜率为Avo=106，|vP-vN|-，i iP P0 0，i iNN0 0，r ri i ，r ro o0 0），便可得到理想），便可得到理想运放的模型运放的模型n n该图表示输入端是开路的，即该图表示输入端是开路的，即r ri i ，输出端电阻输出端电阻r ro o00，输，输出电压出电压v vo o AAv vo o(v vP P-v vNN)，其中，其中AAv vo o-riiP=0iN=0理想运放电路模型ro运放电路模型第12页/共55页第十三页，编辑于星期二：点 五十六分。2-142.3 基本线性运放电路基本线性运放电路n n同相输入和反相输入是两种最基本的放大电路，许多由运放组成的功能电路都以此为基础。n n在分析运放组成的各种应用电路时，其中的运放视为理想运放。n n2.3.1 同相放大电路n n2.3.2反相放大电路 电压传输特性形状与Avo(vP-vN)密切相关，由于Avo很大，导致性能不稳定，怎么办？第13页/共55页第十四页，编辑于星期二：点 五十六分。2-152.3.1 同相放大电路同相放大电路a、输入信号vi加到运放的同相输入端“”和地之间。b、vn=vf=R1vo/(R1+R2)作用在反相输入端“”，vf表示反馈电压。1、基本电路第14页/共55页第十五页，编辑于星期二：点 五十六分。2-162.3.1 2.3.1 同相放大电路同相放大电路同相放大电路同相放大电路vp(vi)2、负反馈基本概念vovn vidvo12345电压增益Av=vo/vi如何变化？第15页/共55页第十六页，编辑于星期二：点 五十六分。2-172.3.1 2.3.1 同相放大电路同相放大电路同相放大电路同相放大电路3、虚短和虚断vp(vi)vn vp vn 或 vid=vpvn 012345虚短：虚断：由于虚短(vpvn 0)且ri很大，则ipin 0第16页/共55页第十七页，编辑于星期二：点 五十六分。2-182.3.1 2.3.1 同相放大电路同相放大电路同相放大电路同相放大电路4、技术指标近似计算vp vn虚短：虚断：ipin 0闭环电压增益Avvf输入电阻Ri第17页/共55页第十八页，编辑于星期二：点 五十六分。2-192.3.1 同相放大电路同相放大电路vp vn虚短：虚断：ipin 00ro=0Ro 04、技术指标近似计算输出电阻Ro第18页/共55页第十九页，编辑于星期二：点 五十六分。2-202.3.1 同相放大电路同相放大电路n nvo=vn vp=vi n nAv=vo/vi 15、电压跟随器第19页/共55页第二十页，编辑于星期二：点 五十六分。2-212.3.1 同相放大电路同相放大电路5、电压跟随器（应用示例）（a）（b）第20页/共55页第二十一页，编辑于星期二：点 五十六分。2-222.3.1 同相放大电路同相放大电路6、例2.3.1 直流电压表电路如图，磁电式电流表指针偏移满刻度时，流过动圈电流IM=100A。当R1=20K时，可测的最大输入电压VS(max)=?解：由虚短和虚断有VP=VS=VN,Ii=0，则有第21页/共55页第二十二页，编辑于星期二：点 五十六分。2-23n作业作业P46、P47 2.1.1;2.1.2;第22页/共55页第二十三页，编辑于星期二：点 五十六分。2-242.3.2 反相放大电路反相放大电路1、基本电路虚地：由虚短vnvP=0，则有vn接近于地电位第23页/共55页第二十四页，编辑于星期二：点 五十六分。2-252.3.2 反相放大电路反相放大电路2、几项技术指标的近似计算（1）电压增益虚地vn=0，虚断ip=in=0，则i1=i2，故有因此第24页/共55页第二十五页，编辑于星期二：点 五十六分。2-262.3.2 反相放大电路反相放大电路2、几项技术指标的近似计算（2）输入电阻第25页/共55页第二十六页，编辑于星期二：点 五十六分。2-272.3.2 反相放大电路反相放大电路2、几项技术指标的近似计算（3）输出电阻ro=0Ro 0第26页/共55页第二十七页，编辑于星期二：点 五十六分。2-282.3.2 反相放大电路反相放大电路 例2.3.2 将反相放大电路中的电阻R2用T型网络代替，如下图所示。（1）求Av=vo/vi；解:(1)虚地vn=0，虚断in=ip=0,节点n和M的电流方程为可得第27页/共55页第二十八页，编辑于星期二：点 五十六分。2-292.3.2 反相放大电路反相放大电路 例2.3.2 将反相放大电路中的电阻R2用T型网络代替，如下图所示。（2）该电路作为话筒的前置放大电路，若选R151K，R3 R2 390K，当vo100vi时，求R4。解:(2)当R1=51K，R1=R2=390K，Av100，有解得R435.2K第28页/共55页第二十九页，编辑于星期二：点 五十六分。2-302.3.2 反相放大电路反相放大电路 例2.3.2 将反相放大电路中的电阻R2用T型网络代替，如下图所示。（3）直接用R2代替T形网络，当R1=51K，AV100时，求R2。解:（3）若Av100，用R2代替T形网络，则R2为 T形网络代替反馈电阻R2的益处？第29页/共55页第三十页，编辑于星期二：点 五十六分。2-312.3.2 反相放大电路反相放大电路 例2.3.3 直流毫伏表电路表如下图所示。当R2R3时，（1）证明Vs=(R1R3/R2)IM；解:(1)虚地Vn=Vp=0，虚断IN=II=0，可得由（1）和（2）式可得当R2R3时第30页/共55页第三十一页，编辑于星期二：点 五十六分。2-322.3.2 反相放大电路反相放大电路 例2.3.3 直流毫伏表电路表如下图所示。当R2R3时（2）R3=1K，R1=R2=150K，输入信号电压Vs=100mV时，通过毫伏表的最大电流IM(max)=?解:(2)已知条件（略）代入数据得第31页/共55页第三十二页，编辑于星期二：点 五十六分。2-332.4 同相输入和反相输同相输入和反相输入放大电路的其他应用入放大电路的其他应用n n2.4.1 求差电路n n2.4.2 仪用放大器n n2.4.3 求和电路n n2.4.4 积分和微分电路n n归纳与推广第32页/共55页第三十三页，编辑于星期二：点 五十六分。2-342.4.1 求差电路求差电路 求差电路又称为差分放大电路，实现两个电压vi1、vi2相减。虚短（vpvn)，虚断（ii0），则接点n和p的电流方程为利用vpvn，联合(1)和(2)式，可解得(3)式如果选择阻值使R4/R1=R3/R2，则(3)式可变为(4)式第33页/共55页第三十四页，编辑于星期二：点 五十六分。2-352.4.1 求差电路求差电路R4/R1=R3/R2 输入电阻Ri和输出电阻Ro？第34页/共55页第三十五页，编辑于星期二：点 五十六分。2-362.4.1 求差电路求差电路 例2.4.1 高输入电阻的差分放大电路如图所示，求输出电压vo2表达式，并说明该电路的特点。利用叠加原理求v02当R1=R21时第35页/共55页第三十六页，编辑于星期二：点 五十六分。2-372.4.1 求差电路求差电路 例2.4.1 高输入电阻的差分放大电路如图所示，求输出电压vo2表达式，并说明该电路的特点。电路特点:1、通过两级放大电路实现求差功能。2、第一级为同相输入，电路的输入电阻为无穷大。第36页/共55页第三十七页，编辑于星期二：点 五十六分。2-382.4.2 仪用放大器仪用放大器A1、A2虚短，则 vR1=v1-v2A1、A2虚断，则 iR1=iR2,即由(1)式得（2）式根据求差电路特性第37页/共55页第三十八页，编辑于星期二：点 五十六分。2-39n n作业P46、P47 n n n n 2.3.4 2.3.5 n n 2.4.2 2.4.5 2.4.6 第38页/共55页第三十九页，编辑于星期二：点 五十六分。2-402.4.3 求和电路求和电路电压vi1和vi2相加，可用如下求和电路实现。虚断(ii=0)，则i1i2i3又虚地(vn=0)，得变形得若R1=R2=R3，则 如何修改电路消去(4)式中的负号？第39页/共55页第四十页，编辑于星期二：点 五十六分。2-412.4.3 求和电路求和电路例2.4.2 某歌唱小组有一个领唱和两个伴唱，各自歌声输入分别输入三个话筒，电路如右图。(1)求vo表达式。(2)、(3)见下两页。解:(1)利用虚短(vp-vn=0)、虚断(ii=0)和虚地(vn=0)i1i2i3 i4即第40页/共55页第四十一页，编辑于星期二：点 五十六分。2-422.4.3 求和电路求和电路例2.4.2 (2)当话筒电信号vs=vs1=vs2=vs3=10mV 时，vo=2V，伴唱支路增益Av1=Av2，Av3=2Av1，求各支路增益。解:(2)将已知量代入第41页/共55页第四十二页，编辑于星期二：点 五十六分。2-432.4.3 求和电路求和电路例2.4.2 (3)选择电阻R1、R2、R3和R4的阻值(要求阻值小于100K)。解:(3)根据为方便计算可先选择R4=100k同理可得第42页/共55页第四十三页，编辑于星期二：点 五十六分。2-442.4.3 求和电路求和电路可用同相放大电路实现求和功能。例：P49 T2.4.5虚断(ii=0)，则i3i4,虚短(vn=vp)由叠加原理,当vi2=0时,得若R1=R2=R3=R4 ，则当vi1=0时，得第43页/共55页第四十四页，编辑于星期二：点 五十六分。2-452.4.4 积分和微分电路积分和微分电路1、积分电路分析：由 虚断(iI=0)和虚地(vn=0),有i1=i2=i，电容器C以电流i1=vI/R进行充电。设电容器C的初始电压vc=0，则即第44页/共55页第四十五页，编辑于星期二：点 五十六分。2-462.4.4 积分和微分电路积分和微分电路1、积分电路（其阶跃响应）第45页/共55页第四十六页，编辑于星期二：点 五十六分。2-472.4.4 积分和微分电路积分和微分电路1、积分电路（例2.4.3）设积分电路和输入电压vI波形如右图所示。电路中电源电压V+=+15V,V=15V,R=10K,C=5nF，在t=0时，电容器C初始电压vc=0，试画出输出电压vO的波形，并标出幅值。解：在t=0时，vO=0，当t140s时 当t2120s时 第46页/共55页第四十七页，编辑于星期二：点 五十六分。2-482.4.4 积分和微分电路积分和微分电路2、微分电路分析：由 虚断(iI=0)和虚地(vN=0),有i1=i2。设t=0时，电容器C的初始电压vc=0，信号vI接入后有则vN=0微分电路的电压波形第47页/共55页第四十八页，编辑于星期二：点 五十六分。2-49归纳与推广归纳与推广n n前面分析了求和、求差、微分前面分析了求和、求差、微分前面分析了求和、求差、微分前面分析了求和、求差、微分和积分等电路，它们都是右图和积分等电路，它们都是右图和积分等电路，它们都是右图和积分等电路，它们都是右图中的中的中的中的Z Z1 1和和和和Z Z2 2用简单的用简单的用简单的用简单的R R、C C元件代元件代元件代元件代替组成的。一般它们可以是替组成的。一般它们可以是替组成的。一般它们可以是替组成的。一般它们可以是R R、L L、C C元件的串联或并联组合。应用拉元件的串联或并联组合。应用拉元件的串联或并联组合。应用拉元件的串联或并联组合。应用拉氏变换，氏变换，氏变换，氏变换，Z Z1 1写成写成写成写成Z Z1 1(s),Z(s),Z2 2写成写成写成写成Z Z2 2(s)(s)，其中其中其中其中s s复频率变复频率变复频率变复频率变量；因而有量；因而有量；因而有量；因而有改变Z1(s)，Z2(s)的形式，即可实现各种不同数学运算。第48页/共55页第四十九页，编辑于星期二：点 五十六分。2-50归纳与推广归纳与推广n n例：右图所示是一种比较复杂例：右图所示是一种比较复杂例：右图所示是一种比较复杂例：右图所示是一种比较复杂的运算电路，它的传递函数为的运算电路，它的传递函数为的运算电路，它的传递函数为的运算电路，它的传递函数为 上式第一、二两项表示比例运算；第三项表示微分运算，最后一项表示积分运算。第49页/共55页第五十页，编辑于星期二：点 五十六分。2-51设计设计n n设计一放大电路，采用12V供电，电压放大倍数为50，输入阻抗为100K。n n(1)采用同相放大电路；n n(2)采用反相放大电路；n n(3)如果采用单电源12V供电呢？第50页/共55页第五十一页，编辑于星期二：点 五十六分。2-52同相放大电路同相放大电路第51页/共55页第五十二页，编辑于星期二：点 五十六分。2-53反相放大电路反相放大电路第52页/共55页第五十三页，编辑于星期二：点 五十六分。2-54采用单电源采用单电源12V供电供电第53页/共55页第五十四页，编辑于星期二：点 五十六分。2-55n n作业(P47、P48)2.4.7 2.4.8 2.4.9 2.4.11第54页/共55页第五十五页，编辑于星期二：点 五十六分。
