第02章运算放大器分解.ppt

第二章 运算放大器 集成电路运算放大器 理想运算放大器的特性 例3： * 湖南科技大学信息与电气工程学院 一、集成运算放大器是一种高电压增益，高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。 运算放大器方框图 二、运放代表符号 + + - u- u+ uo 国家标准规定符号 国外常用符号 三、运算放大器的电路模型 ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － Avo(vp-vN) Vp vN vo ri ro 运算放大器的引线 运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号‘+’表示；另一个称为反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相反，用符号“-”表示。输出端在输入端的另一侧，在符号边框内标有‘+’号。 集成放大器的符号 运算放大器外形图 o +Uo(sat) -Uo(sat) 实际特性 理想特性 u+ - u- 开环电压放大倍数高( -- )； 输入电阻高（约几百KΩ）； 输出电阻低（约几百Ω）； 漂移小、可靠性高、体积小、重量轻、价格低 。 四 电压传输特性 Vo=Avo(vp-vN) 3）开环输出电阻 ro→0 2）差模输入电阻 rid→∞ 4）共模抑制比 KCMRR→∞ 理想运放及其分析依据 理想化条件： 1）开环电压放大倍数 Auo→∞ 2.2 理想运算放大器 ＋ － ＋ － ＋ － ＋ － Avo(vp-vN) Vp vN vo 理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性，这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用，运放必须在闭环(负反馈）下工作。 (1)虚短 由于运放的电压放大倍数很大，而运放的输出电压是有限的，一般在10 V～14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于 “短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 (2)虚断 由于运放的差模输入电阻很大，一般都在1 M?以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1 ?A，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。 “虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 下面举两个例子说明虚短和虚断的运用。 1. 比例运算电路 电压并联负反馈 （1）反相比例运算电路 利用虚短和虚断得 输出与输入反相 2.3 基本线性运放电路 1. 比例运算电路 电压串联负反馈 （2）同相比例运算电路 利用虚短和虚断得 输出与输入同相 电压跟随器 2. 加法电路 根据虚短、虚断和N点的KCL得： 若 则有 （加法运算） 输出再接一级反相电路 可得 3. 减法电路 第一级反相比例 第二级反相加法 （1）利用反相信号求和以实现减法运算 即 当 时 得 （减法运算） 从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。 （2）利用差分式电路以实现减法运算 当 则 若继续有 则 根据虚短、虚断和N、P点的KCL得： 4. 积分电路 式中，负号表示vO与vS在相位上是相反的。 根据“虚短”，得 根据“虚断”，得 即 因此 电容器被充电，其充电电流为 设电容器C的初始电压为零，则 （积分运算） 当vS为阶跃电压时，电容将以恒流的方式进行充电，输出电压vo与时间t成近似线性关系: 4. 积分电路 当t=?时，-vo=Vs。当t?时，vo增大，直到-vo=+Vom，即运放输出电压的最大值Vom受直流电源电压的限制，致使运放进入饱和状态，vo保持不变，而停止积分。 5. 微分电路 利用虚地、虚断有： 设电容器C初始电压为零，当接入信号电压后，有： 上式表明，输出电压vo正比于输入电压vs对时间的微分。 当输入信号vs为图a所示的阶跃信号时，在t=0时，输出电压为一有限值，随着电容器C的充电，输出电压逐渐地衰减，最后趋于零。如图b所示。 6 对数运算电路 7. 反对数运算电路 (指数运算电路) 例1：试求理想运算放大器的输出电压和电压放大倍数的表达式。 电压增益 Avf= Vo /Vi =－Rf /R1 反相比例运算电路 根据虚断 I-= I+ ?0 解：