第二章 运算放大器基础1 -2学时

第二章

信号放大电路

主讲：马艺闻 补充：运算放大器的基础知识 参考书：基于运算放大器和模拟集成电路的电 路设计——【美】塞尔吉欧.佛朗哥著；刘树棠 朱茂林 荣玫译；第3版1

一、放大器放大器是一种二端口器件,它接受一个称为输入的外 加信号,产生一个称为输出的信号并使输出=增益X输入, 这里增益是指合适的比例常数。满足于这一定义的器件 称为线性放大器。信号源 电压放大器 负载

理想的电 压放大器 Ri , Ro 0

RS vS

Ro vI

Ri

Aoc vI

vo

RL

输出：

RL vo Aoc vI R0 RL

Aoc

称为无载或开路电压增益 ( RL )

输入：

Ri vI vs Rs Ri

源电压-负载增益为

vo Ri RL Aoc vs Rs Ri R0 RL

当信号从源向负载传播 时，首先在输入端口受 到某些衰减，然后放大 器内部放大，最后在输 出端口又有衰减。这些 衰减统称为加载效应。3

加载效应导致什么？

信号源

放大器

负载

iS

RS

iI

Ri

Asc iI

Ro iO

RL

电流放大器io Rs Ro Asc is Rs Ri Ro RL理想的电流放大器 R 0,R i o

基本放大器及其理想端电阻

为消除在信号放大过程中产生加载效应, 放大器应具备的理想特性

二、运算放大器VCC

-----高增益的电压放大器vN

vN

vPVEEa)

vO vP

vD rd

avD

ro vO

b)

(a) 运算放大器符号和电源连接； (b) 加电的运算放大器等效电路

741运算放大器一般为：rd 2MΩ , a 200V/mV , ro 75 差分输入电阻， 电压增益， 输出电阻6

vD vP vN称为差分输入电压，增益a 称为无载增益，因 为输出不加载时有 vo avD a vP vN 两个输入端对地都容许有独立的电位，所以把这种输 入端口称为双端型。而输出端口属于单端型。运算放 大器仅对它的输入电压之间的差作出响应，而不对它 们单个的值响应，因此运算放大器也称为差分放大器。vo vD a7

三、理想运算放大器：理想运算放大器：

a

理想端口条件：

rd ro 0 iP i N 0

输入电阻为无穷大: 任何一个信号源都 能驱动它,且对前级没有任何负载; 输出电阻为零: 输出能驱动无限个其它 负载; 无限带宽: 任何频率的信号能进行无衰 减的放大 无限的CMRR: 输出共模噪声电压为零; 无限的转换率: 输出电压变化与输入电 压变化同时出现.8

四、运算放大器电路的结构1 同相放大器2 反相放大器 3 电压跟随器

电压跟随器及其等效电路

3 电压跟随器

----源与负载的连接

RS vS

vO

RS

a)

RL

vL

vS

分析负载 的电流和 功率消耗 由谁提供 ?

vI b)

RL

vL

(a) 直接连接； (b) 经由电压跟随器连

接以消除加载效应

跟随器的作用是在源和负载之间起到一种缓冲作用10

五、负反馈源xi xd xf

a

xo 负载

误差放大器, 反馈网络, 求和网络a 电路的闭环增益: A 1 a

Aideal lim A T

1

环路增益： T a

A Aideal

1 1 1/ T11

xi

xd xf

a

xo

增益的灵敏度

A 1 a A 1 T a A A

前向通道要求不 高, 但需要高质 量的元件实现反 馈网络和保证跟 踪能力12

负反馈在干扰和噪声上的效果x1 代表某些不需要的信号 ， 像输入失调误差和输入 噪声x2 代表某中间点进入的噪 声， 它可以代表电源的交流 声

x3 代表输出端进入的噪声 ，

xo x3 a2 x2 a1 xi xo x1 或者

它可以代表输出负载的 变化

x3 a1a2 x2 xo xi x1 1 a1a2 a1 a1a2

启示？

运算放大器电路中的反馈

输出并联

输出串联

端口电阻

R r 1 T

1

r为开环电阻；并联拓扑 用 1 ,串联拓扑用 1。

六、运算放大器的供电(1)给内部晶体管提供偏置 (2)通过运算放大器反过来又要将电源给输出负 载和反馈网络供电

运算放大器用旁路电容供电

反相输入的电流流向和功率耗散

io , iEE , iCC , IQ

静态电源电流

在整个运算放大器中，载有电流的只有两个回路：放 大器输出与输出负载构成的驱动回路；以及从运算放 大器正端电源到负端电源构成的供电回路。

io 0, iEE iCC IQ