模电16(运算放大器)

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2.1 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

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2.1 集成电路运算放大器1. 集成电路运算放大器的内部组成单元

图2.1.1 集成运算放大器的内部结构框图

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2.1 集成电路运算放大器1. 集成电路运算放大器的内部组成单元

图2.1.2 运算放大器的代表符号 (a)国家标准规定的符号 (b)国内外常用符号

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2. 运算放大器的电路模型通常： 开环电压增益 Avo的≥105 (很高) 输入电阻

ri ≥ 106Ω (很大) 输出电阻

ro ≤100Ω (很小)

图2.1.3 运算放大器的电路模型

vO=Avo(vP-vN)

( V-< vO <V+ )

注意输入输出的相位关系

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2. 运算放大器的电路模型当Avo(vP-vN) ≥V+ 时 vO= V+ 当Avo(vP-vN) ≤ V-时 vO= V-

电压传输特性 vO= f (vP-vN)线性范围内 vO=Avo(vP-vN) Avo——斜率

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2.2 理想运算放大器1. vO的饱和极限值等于运放 的电源电压V+和V-

2. 运放的开环电压增益很高 若(vP-vN)>0 则 vO= +Vom=V+ 若(vP-vN)<0 则 vO= –Vom=V-3. 若V-< vO <V+ 则 (vP-vN) 0 4. 输入电阻ri的阻值很高 使 iP≈ 0、iN≈ 0 5. 输出电阻很小， ro ≈ 0

图2.2.1 运放的简化电路模型

理想：ri≈∞ ro≈0 Avo→∞ vO=Avo(vN-vP)

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2.3 基本线性运放电路2.3.1 同相放大电路2.3.2 反相放大电路均属负反馈电路，工作在线性区

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2.3.1 同相放大电路1. 基本电路

(a)电路图

(b)小信号电路模型 图2.3.1 同相放大电路

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2.3.1 同相放大电路2. 电压增益

vo R1 R2 R2 Av 1 vi R1 R1同相输入端输入 电压增益为正

3. 输入电阻Rivi Ri ii

4. 输出电阻Ro

Ro→0

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2.3.1 同相放大电路5. 电压跟随器 根据虚短和虚断有 vo=vn≈ vp= viAv vo 1 vi

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电压跟随器的作用

无电压跟随器时 负载上得到的电压 RL vo vs Rs RL1 vs 0.01vs 100 1

电压跟随器时ip≈0,vp=vs 根据虚短和虚断有

vo=vn≈ vp= vs

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2.3.2 反相放大电路1. 基本电路

(a)电路图

(b)由虚短引出虚地vn≈0 图2.3.5 反相放大电路

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2.3.2 反相放大电路2. 几项技术指标的近似计算 (1)电压增益Av

vo R2 Av vi R1(2)输入电阻Ri

vi vi Ri R1 ii vi / R1(3)输出电阻Ro Ro→0

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例2.3.3直流毫伏表电路当R2>> R3时， (1)试证明VS=( R3R1/R2 ) IM (2)R1=R2=150k ,R3=1k , 输入信号电压VS=100mV时，通过 毫伏表的最大电流IM(max)=? 解:(1)根据虚断有 II =0 所以 I2 = IS = VS / R1 又根据虚短有 VP = VN =0 R2和R3相当于并联，所以 –I2R2 = R3 (I2 - IM ) 当R2>> R3时，VS=( R3R1/R2 ) IM

所以 I ( M

R2 R3 VS ) R3 R1

(2)代入数据计算即可

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2.4 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 2.4.2 仪用放大器 2.4.3 求和电路

2.4.4 积分电路和微分电路

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2.4.1 求差电路从结构上看， 它是反相 输入和同相输入相结合的放 大电路。 根据虚短、虚断和n、p 点的KCL得： vn vp

vi1 v n v n vo R1 R4 vi2 v p vp 0 R2 R3若继续有 R4 R1 ,

R3 R1 R4 R4 vo ( )( )vi2 vi1 R1 R2 R3 R1R 当 R4 3 , 则 vo R4 (vi2 vi1 ) R1 R2 R1则 vo vi2 vi1

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2.4.1 求差电路R4 R3 时， R1 R2 R4 vo (vi2 vi1 ) R1从放大器角度看 增益为 Avd

vo R4 vi2 vi1 R1

(该电路也称为差分电路或减法电路)

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2.4.1 求差电路一种高输入电阻的差分电路

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2.4.2 仪用放大器

R4 2 R2 Av (1 ) v1 v2 R3 R1

vO

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2.4.3 求和电路根据虚短、虚断和n点 的KCL得： vn vp 0vi1 - vn vi2 - vn vn - vo R1 R2 R3

R3 R3 - vo vi 1 vi 2 R1 R2若 R1 R2 R3 则有 - vo vi1 vi 2

(该电路也称为加法电路)

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2.4.4 积分电路和微分电路1. 积分电路根据“虚短”, vN 0 得 根据“虚断”, i 0 得因此

vI i2 i1 R

I

电容器被充电，其充电电流为 i 2 设电容器C的初始电压为零，则1 1 vI vN vO i2dt dt C C R

1 vO vIdt RC(积分运算)

式中，负号表示vO与vI在相位上是相反的。