运算放大器的应用原理.ppt

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1、2022/12/18122 运算放大器的应用原理 n本节主要介绍了理想放大器理想放大器的特性n反相放大器的闭环特性n同相放大器的闭环特性n实际运算放大器的误差分析 2022/12/182221理想运算放大器 n是运算放大器的理想模型，它的各项指标都是理想的。n理想运算放大器的主要条件是：开环电压增益；共模抑制比；输入阻抗；输出阻抗0；输入失调电压0；带宽。2022/12/183理想运放两个重要特性（一）：n“虚短虚短”：Ao-因为n即理想运算放大器在负反馈时，两输入端之间的电压差为零 2022/12/184理想运放两个重要特性（二）n“虚断虚断”由于其输入阻抗无穷大，所以输入偏置电流及信号电流

2、均为零。2022/12/185虚短、虚断的实质n注意“虚虚断断”、“虚虚短短”的实质。n理想运放的这两个特性是进行运放电路分析的重要工具，应灵活掌握。2022/12/186理想运算放大器的闭环特性 n运算放大器通常工作在闭环状态下 一、反相输入 2022/12/187反相输入放大器2022/12/188反相输入放大器的特点n闭环增益：n输入阻抗：2022/12/189二、同向输入 同向输入放大器电路如图所示：2022/12/1810同向输入n由虚短：或n由虚断：2022/12/1811理想运算放大器在同相输入时的特性n闭环增益n输入阻抗:Zin=n输出阻抗:Zout=0 2022/12/181

3、2一、开环电压增益的影响 n此时可假设，除开环电压增益，运算放大器的其它指标是理想的。n可分成反向输入和同向输入等电路形式2022/12/18131反相输入放大器n当放大器的开环增益有限时：02022/12/1814开环电压增益的影响反相输入假设放大器的输入阻抗无穷大，即流过Rr与RF上的电流相等，则 2022/12/1815反向输入闭环增益 令得环增益环增益化简化简2022/12/1816闭环增益的另一种形式2022/12/18172同相输入放大器 n放大器的开环增益有限，则 即：n设放大器的输入阻抗无穷大，即流过Rr与RF的电流相等，则 n整理得到同相输入时的闭环增益为：n整理得：n令实际

4、增益与理想增益的相对误差为，则：n由开环增益有限引进的误差对同相输入与反相输入放大器都等于环增益环增益(LG)(LG)的倒数的倒数。n环增益不但与放大器的开环增益有关，还与外接反馈电阻有关。开开环环增增益益越越大大，闭闭环环增增益益越越小小，误误差差也也越越小小。例如，当开环增益为 100 dB，闭环增益为 40 dB时，增益误差为0.1%。小结2022/12/1821二、输入失调电压的影响 n仅考虑输入失调电压时，实际运算放大器可用上图来等效。其中虚线右边是理想运算放大器。因为Vos的极性是随机的，图中的极性是任意规定的。n当接成闭环形式时 n设放大器的开环增益与输入阻抗都是无穷大。则：即2

5、022/12/1824说明n上式的推导过程并未涉及输入方式问题，所以它对同相输入及反相输入都适用。2022/12/1825三、输入失调电流的影响 n设运算放大器二输入端的偏置电流分别为IB1和IB2，接成闭环之后的电路如图所示。在分析输入失调电流的影响时，假设放大器的其它参数都是理想的。n根据叠加原理，图229的输出电压应由两部分叠加而成：一部分是IB1引起的，一部分是IB2引起的。而且在分析其中的任一个时，都可把另一个视为零。IB1IB2n首先看IB2的影响。IB1=0IB2n再看IB1的影响。IB1IB2=0IrIF取则 2022/12/1830结论：失调电流的影响 当：失调电流引起的误差

6、为：2022/12/1831n开环增益不理想n失调电压n失调电流2022/12/1832由输入失调电压和输入失调电流引起的输出失调为 将其等效到输入端：2022/12/1833反相端输入 2022/12/1834同相端输入2022/12/1835失调误差的温度漂移2022/12/1836失调误差的温度漂移2022/12/1837说明nVos、Ios可正可负，因具体的放大器而异。nRr和Rp既包括外接电阻也包括信号源内阻。当信号源内阻很大时，由输入失调电流引进的误差是主要的；反之，输入失调电压引进的误差是主要的。n输入失调电压及输入失调电流均随温度、时间和电源电压而变。存在漂移。2022/12/

7、1838四、由共模抑制比引进的误差 n在许多应用中，运算放大器二输入端的信号是同向的，即都是正或都是负的。此时将二信号的平均值定义为共模信号，以Vc表示：n二信号的差叫差模信号，以Vd表示。即：2022/12/1839共模抑制比有限带来的误差n放大器的输出电压 2022/12/1840电压跟随器的共模抑制比n放大器的共模输入电压 n输出电压为解得说明说明：在作电压跟随器时，开环增益与共模抑制比是同等重要的。2022/12/1843五、频率的影响n在直流和低频下，运算放大器的开环增益是常数。随着频率的升高，开环增益下降。开环增益在零分贝以上，运算放大器的幅频特性往往有一个、两个甚至三个极点。n相位补偿是要运放在零分贝以上只有一只有一个极点个极点 2022/12/1844单极点放大器的频率特性 2022/12/1845闭环放大器的方块图 n由闭环放大器的方块图可得：n闭环增益 n由（2-60、61）两式求解，得到：n令n得Af是直流和低频下的闭环增益，而fFC是闭环频率特性的极点频率，或闭环3dB带宽。2022/12/1849说明n本节的其它内容可一般了解。n对于Vos 、Ios、Ao、CMRR造成的误差要会熟练分析计算。2022/12/1850P69，题2-3图2-73 运算放大器电路