第2章集成运算放大器精.ppt

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1、第2章集成运算放大器1第1页，本讲稿共110页2.1集成运放概述集成电路集成电路 把整个电路中的元器件制作在一块硅基片把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成具有某种特定功能的电子电路。上，构成具有某种特定功能的电子电路。体积小，重量轻，成本低，可靠性高，组装和调试的难度小。体积小，重量轻，成本低，可靠性高，组装和调试的难度小。1.集成电路的主要特点集成电路的主要特点1.典型结构典型结构2第2页，本讲稿共110页2.集成电路的分类(1)按功能分a.模拟集成电路模拟集成电路b.数字集成电路数字集成电路主要用于放大和变换连续变化的电压和电流信号。主要用于放大和变换连续变化的电压和电流信号。主要

2、用于处理离散的、断续的电压和电流信号。主要用于处理离散的、断续的电压和电流信号。数字集成电路种类多，形式较为简单，通用性强。数字集成电路种类多，形式较为简单，通用性强。3第3页，本讲稿共110页(2)按集成度分 a.小规模集成电路（小规模集成电路（SSI small scale integration circuit)。b.中规模集成电路（中规模集成电路（MSI middle scale integration circuit)集成度：一块芯片上包含的元器件在集成度：一块芯片上包含的元器件在100个以下。个以下。集成度：一块芯片上包含的元器件在集成度：一块芯片上包含的元器件在1001,000之

3、间。之间。4第4页，本讲稿共110页 c.大规模集成电路（大规模集成电路（LSI large scale integration circuit)集成度：一块芯片上包含的元器件在集成度：一块芯片上包含的元器件在1,000100,000 之间。之间。d.超大规模集成电路（超大规模集成电路（VLSI very large scale Integration circuit)集成度：一块芯片上包含的元器件在集成度：一块芯片上包含的元器件在100,000以上。以上。5第5页，本讲稿共110页e.目前的集成电路(a)已经可以在一片硅片上集成几千万只，甚至已经可以在一片硅片上集成几千万只，甚至 上亿只晶体

4、管。上亿只晶体管。(b)集成电路的性能（高速度和低功耗等）也迅速集成电路的性能（高速度和低功耗等）也迅速 提高。提高。(c)集成度大约每集成度大约每3年年增加一倍。增加一倍。(d)出现了系统级芯片出现了系统级芯片（SOCsystem on chip）。）。(e)集成电路逐步向集成系统集成电路逐步向集成系统（integrated system）的方向发展。的方向发展。6第6页，本讲稿共110页(3)按制造工艺分a.半导体集成电路半导体集成电路b.薄膜集成电路薄膜集成电路集成电路的元器件和电路由不到集成电路的元器件和电路由不到1m mm厚的金属半导体厚的金属半导体或金属氧化物重叠而成。或金属氧化物

5、重叠而成。c.厚膜集成电路厚膜集成电路厚膜集成电路与薄膜集成电路基本相同，膜的厚厚膜集成电路与薄膜集成电路基本相同，膜的厚度约几微米到几十微米。度约几微米到几十微米。7第7页，本讲稿共110页3.模拟集成电路的分类(1)线性集成电路线性集成电路输出信号与输入信号呈线性关系。输出信号与输入信号呈线性关系。(2)非线性集成电路非线性集成电路线性集成电路有：集成振荡器、混频器、检波器、集成线性集成电路有：集成振荡器、混频器、检波器、集成开关稳压电源等。开关稳压电源等。线性集成电路有：集成运算放大器、集成音频功率放线性集成电路有：集成运算放大器、集成音频功率放大器、集成高频、中频放大器等。大器、集成高

6、频、中频放大器等。输出信号与输入信号呈非线性关系。输出信号与输入信号呈非线性关系。8第8页，本讲稿共110页4.集成运算放大器概述(1)集成运算放大器简称集成运放集成运算放大器简称集成运放b.信号处理。信号处理。(2)集成运算放大器的主要应用集成运算放大器的主要应用a.完成比例、求和、积分、微分、对数、反对数、乘法完成比例、求和、积分、微分、对数、反对数、乘法等数字运算。等数字运算。c.波形产生。波形产生。d.信号测量。信号测量。9第9页，本讲稿共110页(3)集成运放发展的三个阶段a.通用型集成运放的广泛使用。通用型集成运放的广泛使用。b.专用集成运放的出现。如高速型、高输入电阻型、专用集成

7、运放的出现。如高速型、高输入电阻型、高压型、大功率型，低漂移型和低功耗型等。高压型、大功率型，低漂移型和低功耗型等。c.开发更高性能指标的产品，进一步提高集成度。开发更高性能指标的产品，进一步提高集成度。10第10页，本讲稿共110页(5)是线性集成电路中发展最早、应用最广、最为是线性集成电路中发展最早、应用最广、最为 庞大的一族成员。庞大的一族成员。(3)输出电阻小，几百欧以下。输出电阻小，几百欧以下。(4)通用型和灵活性强、成本低、用途广、互换性好。通用型和灵活性强、成本低、用途广、互换性好。5.集成运放的主要特点(1)电压放大倍数高，电压放大倍数高，103105倍。倍。(2)输入电阻大，

8、几十千欧到几兆欧。输入电阻大，几十千欧到几兆欧。11第11页，本讲稿共110页(1)相邻元器件的特性一致性好。相邻元器件的特性一致性好。(2)用有源器件代替无源器件。用有源器件代替无源器件。(3)二极管大多由三极管构成。二极管大多由三极管构成。(4)只能制作小容量的电容，难以制造电感和较只能制作小容量的电容，难以制造电感和较 大容量的电容大容量的电容(C 2000pF)。(5)电路采用直接耦合的方式。电路采用直接耦合的方式。2.1.1 集成电路中元器件的特点12第12页，本讲稿共110页2.1.2集成运放的典型结构1.典型结构典型结构输入输出输入级输出级中间级偏置电路13第13页，本讲稿共11

9、0页(1)偏置电路偏置电路2.各部分的作用具有与输出同相和反相的两个输入端，较高的输入电阻和抑具有与输出同相和反相的两个输入端，较高的输入电阻和抑制干扰及零漂的能力。制干扰及零漂的能力。为各级电路提供稳定合适的偏置电流，并使整个运放的为各级电路提供稳定合适的偏置电流，并使整个运放的静态工作点稳定且功耗较小。静态工作点稳定且功耗较小。(2)输入级输入级输入级输出级中间级偏置电路14第14页，本讲稿共110页为负载提供足够的电压和电流，具有很小的输出电阻和较为负载提供足够的电压和电流，具有很小的输出电阻和较大的动态范围。大的动态范围。主要进行电压放大，具有很高的电压增益。主要进行电压放大，具有很高

10、的电压增益。(3)中间级中间级(4)输出级输出级输入级输出级中间级偏置电路15第15页，本讲稿共110页(1)开环电压放大倍数开环电压放大倍数Avo 第一叫开环电压放大倍数。运算放大器由于是多级放第一叫开环电压放大倍数。运算放大器由于是多级放大电路组成，他主要放大的是差模信号，也就是说开环大电路组成，他主要放大的是差模信号，也就是说开环电压放大倍数主要是差模信号的放大倍数，而这个放大电压放大倍数主要是差模信号的放大倍数，而这个放大倍数很大，一般在倍数很大，一般在10105 5 10 107 7之间。如果要将他理想化，之间。如果要将他理想化，理想运放的理想运放的A Avovo为为。3.主要参数

11、每一个元件都应该有参数，就像一个电阻它有多少欧姆？它能流过多大的电流，它的功率是四分之一瓦的还是二分之一瓦的，还是一瓦的。电阻有参数，运算放大器也是一个元件，当然也要有参数。16第16页，本讲稿共110页(2)共模抑制比共模抑制比KCMMR 运算放大器既然是多级放大电路，那么由于内部运算放大器既然是多级放大电路，那么由于内部结构的存在，共模抑制比不是无穷大，他对共模信结构的存在，共模抑制比不是无穷大，他对共模信号也有放大作用，但是他对共模信号的放大倍数很号也有放大作用，但是他对共模信号的放大倍数很小，共模抑制比很大，常用分贝作单位，一般小，共模抑制比很大，常用分贝作单位，一般100dB100d

12、B以上。理想的情况下，我们也认为他是无穷大以上。理想的情况下，我们也认为他是无穷大.17第17页，本讲稿共110页(a)是国家标准规定的符号是国家标准规定的符号(b)是国内外常用的符号是国内外常用的符号vv+vo v v+voAvo 运放既然是个器件，当然有符号，下面是运算放大器的运放既然是个器件，当然有符号，下面是运算放大器的符号，里面画个三角，表示这是运算放大器；符号，里面画个三角，表示这是运算放大器；有反向输入端、同相输入端、还有输出端，同相输入端有反向输入端、同相输入端、还有输出端，同相输入端和输出端是相位相同，所以都写了一个和输出端是相位相同，所以都写了一个加号（）加号（），反向输，

13、反向输入端和输出端相位相反，写了一个入端和输出端相位相反，写了一个减号（）减号（），Avo表示他表示他的放大倍数；的放大倍数；有时候在一些工程类的书上，也看到右边的符号，一个有时候在一些工程类的书上，也看到右边的符号，一个大的三角，输出大的三角，输出vo,负的（负的（v)反向输入端，反向输入端，正的正的(v+)同同相输入端相输入端.4.集成运算放大器的电路符号18第18页，本讲稿共110页同相输入端反相输入端输出端+19第19页，本讲稿共110页5.运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型供电电源20第20页，本讲稿共110页通过测试得到，他的输入和输出满足这么一个曲线的关系，通过测试得到，他

14、的输入和输出满足这么一个曲线的关系，这个关系曲线叫做这个关系曲线叫做传输特性曲线传输特性曲线，这个曲线分为两个区，横，这个曲线分为两个区，横坐标是坐标是vi vi，纵坐标是，纵坐标是vo vo。vivo+VOM-VOM线性放大区vivNvP vo这是一个运算放大器，他的输入和输出到底有什么样的关系呢？21第21页，本讲稿共110页注意vi是什么？vi是同相输入端减去反向输入端，就是差模信号。vi vP vNvivNvP vo22第22页，本讲稿共110页 如果vi很小的化，由于放大倍数很大，vo和vi是什么关系？线性关系，在这里把这各区域叫做线性区，当vi达到一定值的时候，输出就饱和了，把这各

15、区域叫做饱和区。vivo+VOM-VOM线性放大区23第23页，本讲稿共110页饱和的电压是什么？饱和的电压就是电源电压;为什么会饱和？因为电压大到一定值的时候，放大倍数很大，输出不会在随着输入再继续增加，就达到了正负饱和电压，+VOM和-VOM,在这里称作正负饱和电压.vivNvP vovivo+VOM-VOM饱和区24第24页，本讲稿共110页 旁边两个区叫做饱和区，中间这个去叫做线性区.正负饱和电压能达到什么值？肯定不会超过电源电压，输出的正负饱和电压最大等于电源电压.这个特性曲线是传输特性曲线，传输的是vi与vo之间的关系。vivo+VOM-VOM线性放大区饱和区25第25页，本讲稿共

16、110页 这么两个区就使得运放具有不同的作用，运放这么两个区就使得运放具有不同的作用，运放工作在线性区有线性区的作用；工作在饱和区有饱工作在线性区有线性区的作用；工作在饱和区有饱和区的作用；和区的作用；线性区线性区是指的输出是随着输入的变化而变化是指的输出是随着输入的变化而变化;饱和区饱和区是指的输入信号达到一定值以后输出电压是指的输入信号达到一定值以后输出电压饱和在某个值上；饱和在某个值上；这就是我们说的传输特性曲线，传输特性曲线是指这就是我们说的传输特性曲线，传输特性曲线是指的的vo与与vi之间的关系。之间的关系。26第26页，本讲稿共110页 电路模型中的输出电压电路模型中的输出电压 不

17、可能超越正负电源电不可能超越正负电源电压值：压值：设：若：则ab线性区正饱和负饱和027第27页，本讲稿共110页Avo越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。例：若例：若V VOMOM=12V=12V，A Avovo=10=106 6，则，则|v vi i|12|12 V V时，运放处于时，运放处于线性区线性区,否则就处于饱和区。否则就处于饱和区。vivo+VOM-VOM线性放大区饱和区解：解：28第28页，本讲稿共110页例：电路如图所示，运放的开环电压增益输入电阻，电源电压（1）试求当时输入电压的最小幅值（2）输入电流画出传输特性曲线。说明运

18、放的两个区域。供电电源29第29页，本讲稿共110页解解：（1）输入电压的最小幅值）输入电压的最小幅值当当时，时，（2）输入电流）输入电流画传输特性曲线画传输特性曲线连接连接a、b两点得两点得ab线段，其斜率线段，其斜率时，时，电路工作在线性区；电路工作在线性区；，则运放进入非线性区。，则运放进入非线性区。运放得电压传输特性如图所示运放得电压传输特性如图所示30第30页，本讲稿共110页ab031第31页，本讲稿共110页 由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想

19、运放理想运放。理想运放的条件虚短路放大倍数与负载无关。分析多个运放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。对每个运放进行。虚开路运放工作在线性区的特点运放工作在线性区的特点32第32页，本讲稿共110页 运算放大器在工程上应用是非常广的，就是应为他有运算放大器在工程上应用是非常广的，就是应为他有各种各样的特性，可以完成各种各样的功能。这些功能各种各样的特性，可以完成各种各样的功能。这些功能是在测试系统中不可缺少的功能，所以他的应用非常广，是在测试系统中不可缺少的功能，所以他的应用非常广，我们分为几类去进行介绍运算放大器的应用。我们

20、分为几类去进行介绍运算放大器的应用。运算放大器既然是运算，他可以完成运算放大器既然是运算，他可以完成加减乘除加减乘除运运算，乘除都是通过加减来的，还可以完成对数和反对数算，乘除都是通过加减来的，还可以完成对数和反对数的运算，还可以完成积分和微分运算，我们只介绍加减，的运算，还可以完成积分和微分运算，我们只介绍加减，比例放大，还有微分和积分运算等比例放大，还有微分和积分运算等33第33页，本讲稿共110页 如果运放用于信号运算，我们主要是如果运放用于信号运算，我们主要是指的运放工作在线性区，利用指的运放工作在线性区，利用虚拟短路虚拟短路和虚拟断路和虚拟断路的分析依据，这两条一定要的分析依据，这两

21、条一定要记住。记住。如何让他工作在线性区，加入负反馈，如何让他工作在线性区，加入负反馈，他的应用范围他的应用范围一个一个就是信号运算，就是信号运算，一个一个还可以作为滤波器。还可以作为滤波器。34第34页，本讲稿共110页1.1.输出电压输出电压 的饱和极限等于运放的电源电压，即的饱和极限等于运放的电源电压，即 和和 2.2.运放的开环电压增益很高，以至差分输入电压运放的开环电压增益很高，以至差分输入电压 的值尽管很小，仍可驱使运放进入饱和区。的值尽管很小，仍可驱使运放进入饱和区。即即，若，若 则则 将趋于正饱和极限将趋于正饱和极限 即即，若，若 则则 将趋于负饱和极限将趋于负饱和极限3.3.

22、若若 未达到饱和极限，则差分输入电压未达到饱和极限，则差分输入电压 必趋近于必趋近于0 0值。值。当当 处于处于 与与 之间，则运放必将工作在线性区。之间，则运放必将工作在线性区。非线性区限幅区35第35页，本讲稿共110页4.内部的输入电阻 的阻值很高，因而可近似认为无限大；由此可以假定，流入或流出同相和反相端的电流为零。5.内部的输出电阻 的阻值很低乃至可近似认为它为零。供电电源36第36页，本讲稿共110页 将上述近似理想的运放的性能参数理将上述近似理想的运放的性能参数理想化，便可得到如图所示的理想运放的电想化，便可得到如图所示的理想运放的电路模型。路模型。它表示输入电阻是开路的，即输出

23、端的电阻 输出电压37第37页，本讲稿共110页运放工作在线性区的特点运放工作在线性区的特点理想运放的条件理想运放的条件虚短路虚短路虚开路虚开路放大倍数与负载无关，可以放大倍数与负载无关，可以分开分析分开分析运放线运放线性应用性应用信号的放大、运算信号的放大、运算有源滤波电路有源滤波电路38第38页，本讲稿共110页 由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻髙，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其为理想运放。39第39页，本讲稿共110页 前面讲了一下理想运算放大器的一些前面讲了一下理想运算放大器的一些特点，在分析电路的时候我们可以用两个特点，在分析电路的时候我们可以用两个重要的特点：重要的特点

24、：一个一个是是虚断虚断（虚假的开路）（虚假的开路）;一个一个是是虚短虚短（虚假的短路）。（虚假的短路）。利用理想放大器的特性，分析一下各利用理想放大器的特性，分析一下各种运算放大器构成的比例种运算放大器构成的比例运算电路运算电路。40第40页，本讲稿共110页什么是比例运算电路？什么是比例运算电路？所谓比例运算电路是将信号按比例进行放大；所谓比例运算电路是将信号按比例进行放大；例如例如：输入信号是：输入信号是5V5V，按，按2 2倍的比例进行放大，输出就倍的比例进行放大，输出就是是10V10V，这就是同相的比例放大；，这就是同相的比例放大；如果是负如果是负2 2倍的放大，输出就是负倍的放大，输

25、出就是负10V10V，这就叫做反相比，这就叫做反相比例放大；例放大；比例运算电路分为两类：比例运算电路分为两类：同相比例放大、反相比例放大。同相比例放大、反相比例放大。比例运算电路需要引入负反馈，他主要引入的是电比例运算电路需要引入负反馈，他主要引入的是电压负反馈，引入的负反馈还是深度负反馈，如果是深度压负反馈，引入的负反馈还是深度负反馈，如果是深度负反馈和开环的放大倍数无关，只和反馈系数有关。负反馈和开环的放大倍数无关，只和反馈系数有关。41第41页，本讲稿共110页 比例运算电路作用：将信号按比例放大。类型：同相比例放大和反相比例放大。方法：方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负引入深度

26、电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。有关。42第42页，本讲稿共110页2.3.1 同相运算放大器同相运算放大器1.1.基本电路基本电路+-+(+)同相放大电路同相放大电路 vo通过电阻通过电阻R2R2有反馈，有反馈，它接到运放的反向输入它接到运放的反向输入端，这是一个负反馈，端，这是一个负反馈，既然是负反馈，就满足既然是负反馈，就满足虚短虚短和和虚断虚断。输入是从同相端输入输入是从同相端输入(+)(+)如果是负反馈，那么如果是负反馈，那么 v+=v-=？输入的电流为零，

27、输入的电流为零，RpRp上上没有电流，没有电流，那么：那么：v+=vi i，这叫虚短路，这叫虚短路，v+=v-=vi i ，这叫虚短路。这叫虚短路。43第43页，本讲稿共110页+-+(+)同相放大电路同相放大电路虚短虚短输入信号(+)(+)看里面的值是正值，那么看里面的值是正值，那么vo和和vi的的相位应该是相同的。相位应该是相同的。再看反相输入端，反相输入端参考两再看反相输入端，反相输入端参考两个电流，这两个电流应该相等个电流，这两个电流应该相等.这时候这时候vo 和和vi的关系是：的关系是：则：则：44第44页，本讲稿共110页2.2.负反馈的基本概念负反馈的基本概念此时引入的反馈是负反

28、馈。负反馈的的作用是利用输出电压通过反馈元件对放大电路起自动调整作用，从而牵制了的变化，最后达到输出稳定平衡。-+(+)(+)45第45页，本讲稿共110页3.3.虚假短路虚假短路虚短路虚开路-+在同相放大电路中，加到两输入端的电压大小在同相放大电路中，加到两输入端的电压大小接近相等，相位相同是它在闭环工作状态下的接近相等，相位相同是它在闭环工作状态下的重要特征。重要特征。(+)(+)46第46页，本讲稿共110页+-+(+)同相放大电路同相放大电路反馈电压反馈电压虚短虚短虚开路(+)(+)47第47页，本讲稿共110页4.4.几项技术指标的近似计算几项技术指标的近似计算(1)电压增益电压增益

29、闭环电压增益只取决于只取决于(+)(+)48第48页，本讲稿共110页(2)输入电阻输入电阻(+)(+)49第49页，本讲稿共110页(2)输出电阻输出电阻+-信号源置零(+)(+)50第50页，本讲稿共110页5.5.电压跟随器电压跟随器vo和和vi之间的关系：之间的关系：这里用一根反馈线作为反馈网络这里用一根反馈线作为反馈网络;什么反馈？负反馈什么反馈？负反馈.既然是负反馈，既然是负反馈，vp=vn，vp=vn=vi，vo=vi;这里输入和输出是相同的，这是同相比例运放的一个这里输入和输出是相同的，这是同相比例运放的一个特例，这种电路的特性比较稳定特例，这种电路的特性比较稳定.51第51页

30、，本讲稿共110页结构特点：输出电压全部引到反相输入端，信号从同相端输入此电路输入电阻大，输出电阻小，虽然电压跟随器的电压增益等于1电压跟随性能好52第52页，本讲稿共110页 如将电压跟随器接在髙内阻的信号源与如将电压跟随器接在髙内阻的信号源与负载之间。负载之间。+-信号源负载该电路几乎不从信号源吸取电流，该电路几乎不从信号源吸取电流，因此，当负载变化时，输出电压几乎不变，因此，当负载变化时，输出电压几乎不变，从而消除了负载变化对输出电压的影响从而消除了负载变化对输出电压的影响53第53页，本讲稿共110页-信号源负载例如：当具有内阻为的信号源直接驱动的负载时，如图所示。它的输出电压为54第

31、54页，本讲稿共110页结构特点：信号通过从反相输入端输入，负反馈引到反相输入端，同相端接地。2.3.2 2.3.2 反相放大电路反相放大电路1.基本电路基本电路反相比例放大电路引入的是什么样的负反馈？反相比例放大电路引入的是什么样的负反馈？R2 R2是一个反馈网络；是一个反馈网络；它直接取到的是输它直接取到的是输出端，就是电压负反出端，就是电压负反馈；馈；R2 R2又和输入端接的又和输入端接的是同一跟线，这是并是同一跟线，这是并联负反馈；联负反馈；电压并联负反馈电电压并联负反馈电路。路。电位为0，虚地vo_+R2R1RPvii1i255第55页，本讲稿共110页虚短电位为0，虚地下面计算下面

32、计算vo和和vi的关系的关系我们要用到虚拟短路和虚拟断路，还要用到基尔霍夫定律我们要用到虚拟短路和虚拟断路，还要用到基尔霍夫定律.虚断是指的输入运放的电流为零；虚断是指的输入运放的电流为零；反向输入端有一个电流反向输入端有一个电流ii，同相输入端也有一个电流，同相输入端也有一个电流ii，既然输入的电流为零，同相输，既然输入的电流为零，同相输入的电阻入的电阻RP流过的电流应该是零。流过的电流应该是零。RP两端等电位点，两端等电位点，RP左端的电位是零，左端的电位是零，RP右边也应等于零，同相输入端的电位也就右边也应等于零，同相输入端的电位也就是零。是零。vo_+R2R1RPvii1i2v+=v-

33、0，这是虚短这是虚短56第56页，本讲稿共110页根据虚断根据虚断 ii=0 vn=0 根据虚短根据虚短 Vp=0虚短电压增益：电压增益：电位为0，虚地vo_+R2R1RPvii1i257第57页，本讲稿共110页 由理想运放组成的放大器的放大倍数和理想运由理想运放组成的放大器的放大倍数和理想运放本身的放大倍数有关系吗？放本身的放大倍数有关系吗？没有关系。没有关系。和它外加的器件有关系，完全由外部电路器件和它外加的器件有关系，完全由外部电路器件决定它的放大倍数。决定它的放大倍数。这是一个反向输入，当然这是一个反向比例放这是一个反向输入，当然这是一个反向比例放大。大。58第58页，本讲稿共110

34、页2.2.几项技术指标的近似计算几项技术指标的近似计算（1 1）电压增益）电压增益虚开路虚短路虚短路虚开路vo_+R2R1RPvii1i259第59页，本讲稿共110页虚短2.2.几项技术指标的近似计算几项技术指标的近似计算（2 2）输入电阻和输出电阻）输入电阻和输出电阻 由于电压负反馈得作用，输出电阻小，可认由于电压负反馈得作用，输出电阻小，可认为是为是0 0，因此带负载能力强。，因此带负载能力强。60第60页，本讲稿共110页平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。RP=R1 /R2vo_+R2R1RPvii1i2 在反相比例放大电路在反相比例放大电路的的RPRP称

35、作平衡电阻，主称作平衡电阻，主要是保证输入的对称性，要是保证输入的对称性，这个电阻如何的取值？这个电阻如何的取值？61第61页，本讲稿共110页电位为0，虚地反馈方式反馈方式这是一个电压并联负这是一个电压并联负反馈反馈既然是电压并联负反既然是电压并联负反馈，输出电阻很小！馈，输出电阻很小！vo_+R2R1RPvii1i2输出电阻小指的就是输出电阻小指的就是带负载的能力强带负载的能力强!62第62页，本讲稿共110页例2.3.2将如图所示电路中的电阻用将如图所示电路中的电阻用T形形网络代替，如图所示。网络代替，如图所示。（1）求电路的电压增益表达式）求电路的电压增益表达式（2）该电路作为话筒的前

36、置放大电路，若选当时，当时，计算的值；（3）直接用代替T形网络的电阻时，当时，求的值.63第63页，本讲稿共110页解：(1)利用虚短利用虚断M列出节点列出节点n和和M的电流方程的电流方程即得：得：64第64页，本讲稿共110页得：得：因此闭环增益因此闭环增益（2）当）当可利用调节的值来改变电压增益的大小。（3）若用代替T形网络时，65第65页，本讲稿共110页 求差电路的输入信求差电路的输入信号从反向输入端、同号从反向输入端、同相输入端都有接入，相输入端都有接入，此时此时v vo o完成的是这两个完成的是这两个输入的比例放大以后输入的比例放大以后再进行相减。再进行相减。2.4 2.4 同相输

37、入和反相输入放大电路的其他应用同相输入和反相输入放大电路的其他应用2.4.1 求差电路求差电路到底是哪个减哪个呢？到底是哪个减哪个呢？按照前面学到的应该清楚，是同相输入端的减去反向输入按照前面学到的应该清楚，是同相输入端的减去反向输入端的，这里同样有负反馈，既然有负反馈，就有虚拟开路，虚端的，这里同样有负反馈，既然有负反馈，就有虚拟开路，虚拟短路。拟短路。66第66页，本讲稿共110页2.4 2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用同相输入和反相输入放大电路的其他应用下图所示电路是用来实现两个电压相减的求差电路，又称差分放大电路。67第67页，本讲稿共110页它是反相输入和同相输入它是反相

38、输入和同相输入相结合的放大电路。在理相结合的放大电路。在理想运放条件下想运放条件下节点节点n和和p的电流方程为：的电流方程为：即：即：即：即：68第68页，本讲稿共110页得：得：即得输出电压与输入电压之差成比例，实现求差功能。电压增益电压增益 改变R4和R1，输出就是vi2减去vi1的比例放大.69第69页，本讲稿共110页例：一个5v的电压，加到vi2上，有一个3v的电压，加到vi1上，如果想得到一个4v的电压，该如何做？解解：R4R4作为作为R1R1的的2 2倍就可以了。合理的设置倍就可以了。合理的设置R4R4和和R1R1就可就可以了。以了。70第70页，本讲稿共110页例2.4.1高输

39、入电阻得差分放大电路如图所示，求输出电压的表达式，并说明该电路得特点。解：该电路第一级为同相输入放大电路，它的输出电压为71第71页，本讲稿共110页第二级为差分放大电路，可利用叠加原理求输出电压为反相输入放大电路，输出电压令72第72页，本讲稿共110页令为同相输入放大电路，输出电压同相放大器的增益为：同相放大器的增益为：73第73页，本讲稿共110页2.4.2 2.4.2 仪用放大器（数据放大器）仪用放大器（数据放大器）同相差分放大器同相差模输入信号反馈电阻用于传感器取出信号送入用于传感器取出信号送入放大器进行信号放大。放大器进行信号放大。74第74页，本讲稿共110页差模所以所以 的中心

40、点一定接到地端。的中心点一定接到地端。相等同相运算放大电路75第75页，本讲稿共110页76第76页，本讲稿共110页根据求差公式根据求差公式77第77页，本讲稿共110页因运放的两输入端形成虚短和虚断78第78页，本讲稿共110页显然调节显然调节R1可以改变放大器的增益，产品数据放大器，如可以改变放大器的增益，产品数据放大器，如AD624D等，等，R1由引线连出，同时有一组由引线连出，同时有一组R1接成分压器形接成分压器形式，可选择连线接成多种的式，可选择连线接成多种的R1阻值。反扑归真阻值。反扑归真79第79页，本讲稿共110页 运算放大器可以作为加法运算的一个加法器来使用，运算放大器可以

41、作为加法运算的一个加法器来使用，他可以将若干个信号进行叠加，求和，或者这些信号成比他可以将若干个信号进行叠加，求和，或者这些信号成比例的增加。他的类型主要有两个，一个是反向求和，另一例的增加。他的类型主要有两个，一个是反向求和，另一个是同向求和。个是同向求和。2.4.3 2.4.3 求和电路求和电路作用：作用：将若干个输入信号之和按比例放大。将若干个输入信号之和按比例放大。类型：类型：同相求和和反相求和。同相求和和反相求和。方法：方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联负引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈

42、系数大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。有关。80第80页，本讲稿共110页1 1、反相求和运算、反相求和运算 在反相运算电路的在反相运算电路的基础上，增加一个输基础上，增加一个输入支路，就构成了入支路，就构成了反反相输入求和电路相输入求和电路。此时两个输入信号此时两个输入信号电压产生的电流都流电压产生的电流都流向向R R3 3，所以输出是两输所以输出是两输入信号的比例和。入信号的比例和。反相求和电路反相求和电路 反相求和运算是指的输入的电压从反向输入端进来，这里反相求和运算是指的输入的电压从反向输入端进来，这里vi1和和vi2都是从反向输入端都是从反向输入端进来的，进来的，有没有负反馈呢？

43、有没有负反馈呢？R R2 2为反馈网络，这里是电压负反馈，反馈网络通过为反馈网络，这里是电压负反馈，反馈网络通过R2R2反馈到反相输入端。反馈到反相输入端。输入信号是两个信号输入信号是两个信号vi1和和vi2 。81第81页，本讲稿共110页虚短虚断虚地下面看输出vo和vi1和vi2是什么关系？这里面引入了负反馈，就可以用到虚短路和虚开路;因为存在负反馈，虚短路就可以用了，vp=vn，虚开路是指的流入运放的电流ii为零.82第82页，本讲稿共110页或或若：若：根据基尔霍夫电流定律求出根据基尔霍夫电流定律求出 运算放大器的反向输入端的电流为零，流入节点的电流等于流出节点的电流，现在我们就可以把

44、输入电压和输出电压带运算放大器的反向输入端的电流为零，流入节点的电流等于流出节点的电流，现在我们就可以把输入电压和输出电压带入上式进行求解，入上式进行求解，这是一个反向加法器，如果这是一个反向加法器，如果vi1是正的是正的，vi2是正的，是正的，vo就是一个负的电压，就是一个负的电压，83第83页，本讲稿共110页 如果如果：vi1=3v=3v，vi2=5v=5v，vo=？此时：此时：vo=-8v=-8v；如果想得到如果想得到16v16v的电压，的电压，R3=R3=？R1=R1=？R2R2？；？；此时此时R3=2R1=2R2，vo=-16v,=-16v,反向加法器。反向加法器。如果有一个正的电

45、压想得到一个负的电压，就可以让信如果有一个正的电压想得到一个负的电压，就可以让信号加到运放的反向输入端，只要调节电阻，就可以方便的得号加到运放的反向输入端，只要调节电阻，就可以方便的得到想要的输出电压，只要把电阻的参数以调节就可以。到想要的输出电压，只要把电阻的参数以调节就可以。例如：84第84页，本讲稿共110页 所谓同相求和是指所谓同相求和是指vi1和和vi2都加到同相输入端；都加到同相输入端；反馈网络是反馈网络是RfRf，负反，负反馈。同样满足虚短路和虚馈。同样满足虚短路和虚开路，现在还有一点要求，开路，现在还有一点要求，这里为例达到输入的平衡，这里为例达到输入的平衡，要求要求 2、同相

46、求和运算 就是反向输入端接的这些电阻的并联等于同相端这些就是反向输入端接的这些电阻的并联等于同相端这些电阻的并联，就是为了使输入的平衡电阻的并联，就是为了使输入的平衡.85第85页，本讲稿共110页下面就求下面就求vo和和vi1和和vi2之间的关系之间的关系 因运放具有虚断的特性，对运放同相输入端的电位用因运放具有虚断的特性，对运放同相输入端的电位用叠加原理求得。叠加原理求得。注意：注意：这时候运放的这时候运放的反相输入端是零吗？反相输入端是零吗？反相输入端虽然接了反相输入端虽然接了电阻电阻R R，但是这个电阻，但是这个电阻上面有电流，那么反向上面有电流，那么反向输入端就不为零，反向输入端就不

47、为零，反向输入端电位不为零，同输入端电位不为零，同相输入端电位也不为零。相输入端电位也不为零。86第86页，本讲稿共110页虚短 那么那么vn是什么？是什么？vn是是vo在在RfRf和和R1R1相串连在相串连在R1R1上的分压，因为运放反向输入端上的分压，因为运放反向输入端的电流为零，根据虚开路，的电流为零，根据虚开路，RfRf和和R1R1就是一种串联的关系，那么就是一种串联的关系，那么vo和和vnvp之间就存在这么一个关系之间就存在这么一个关系:首先知道首先知道vo和和vn之间是什么关系？也就是要找到之间是什么关系？也就是要找到vo和和vp之之间的关系，因为间的关系，因为87第87页，本讲稿

48、共110页此电路如果以此电路如果以vp 为输入为输入 ，则，则输出为：输出为：vp 与与 vi1 和和 vi2 的关系如的关系如何？何？流入运放输入端的电流为流入运放输入端的电流为0（虚开路）虚开路）我们利用中间变量我们利用中间变量vp，求求vo与输入信号与输入信号vi1和和vi2之间的关系之间的关系.88第88页，本讲稿共110页用叠加原理求同相端的输入电压用叠加原理求同相端的输入电压令令89第89页，本讲稿共110页令令90第90页，本讲稿共110页同相端的三个电阻并联91第91页，本讲稿共110页令令92第92页，本讲稿共110页令令如果如果 如果如果vi1是正的，是正的，vi2也是正的

49、也是正的，vo同样也是正的，同样也是正的，这就是同相这就是同相加法器加法器，如果要都得到和输入一样的一个正电压，就可以用同相，如果要都得到和输入一样的一个正电压，就可以用同相加法器加法器.93第93页，本讲稿共110页2.4.4 2.4.4 积分电路和微分电路积分电路和微分电路1.积分电路积分电路 什么是积分？如果有一个阶跃信号，积分以后什么是积分？如果有一个阶跃信号，积分以后变成有斜率的线性信号变成有斜率的线性信号.积分运算所完成的功能可积分运算所完成的功能可以实现一个波形的变换。以实现一个波形的变换。94第94页，本讲稿共110页2.4.4 2.4.4 积分电路积分电路首先看反馈网络是不是

50、负反馈？首先看反馈网络是不是负反馈？在这里注意：前面介绍的反馈网络是电阻反馈网络，在这里注意：前面介绍的反馈网络是电阻反馈网络，这里是电容反馈网络，电容也是反馈网络，连接的是这里是电容反馈网络，电容也是反馈网络，连接的是vo与与vn 。负反馈满足虚短和虚断。负反馈满足虚短和虚断。我们分析积分运算我们分析积分运算vo与与vi之间是什么关系？之间是什么关系？95第95页，本讲稿共110页虚地虚断输出电压是输入电压对时间的积分，负号表示他们在相位上是相反的。我们做的方法和前面一样，运我们做的方法和前面一样，运算的方法都一致。算的方法都一致。RC时间常数时间常数等式两边积分等式两边积分96第96页，本