模拟电子技术基础(第五版)第二章

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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

特点：电路 对称性，提 高整个电路 的性能

若干级电 压放大

带负载能力 强，电流放 大

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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

特点：两个输入端(同相+、反相— ),一个输出端， 单向

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2. 运算放大器的电路模型通常(实际): 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) ,当(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 非线性(饱和)范围内？

end

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2. 运算放大器的电路模型例：一运放 Avo= 2×105 ,ri = 0.6 MΩ , 电源电压V+ = +12 V, V- = -12 V. (1)当vO=±Vom = ± 12 V时，输入电 压的最小幅值vP-vN = ? 输入电流 ii = ? (2)画出传输特性曲线 vO=f(vP-vN) (1)线性范围内: vP-vN = vO / Avo = ± 12 V/( 2×105) = ± 60 µ v (2)传输特性曲线

vO=f(vP-vN)

ii =( vP-vN )/ ri = ± 60 µ 0.6 MΩ v/ = ± 100 pA

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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 ri≈∞ 若(vP-vN)>0 则 vO= +Vom=V+ (饱和) 若(vP-vN)<0 则 vO= –Vom=V- (饱和)3. 若V-< vO <V+ (线性) 则 (vP-vN) 0 ,虚短 4. 输入电阻ri的阻值很高 使 iP≈ 0、iN≈ 0 ,虚断 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 基本线性运放电路线性运放电路：运放一定工作在线性范围(状态), 电路通过接入负反馈来保证。

2.3.1 同相放大电路2.3.2 反相放大电路

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2.3.1 同相放大电路1. 基本电路(同相含义？) 缺点：存在共模输入电压

(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. 负反馈的基本概念 开环 闭环 反馈概念

反馈：将放大电路输出量，通过某 种方式送回到输入回路的过程。

反馈的分类：正、负反馈 正、负反馈判断方法：

瞬时极性法 瞬时电位变化极性——某时刻电位的斜率 电路有 vo = Avo (vp-vn) vn 0,vp(vi)不变 → (vp-vn)↓→ vo↓ 引入反馈后

使输出减小了，增益Av=vo/vi下降了，

这时的反馈称为负反馈。

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2.3.1 同相放大电路3. 虚假短路 图中输出通过负反馈的作用，

使vn自动地跟踪vp, 即vp≈vn,或vid=vp-vn≈0。 这种现象称为虚假短路，简称 虚短。 由于运放的输入电阻ri很大，所以，运放两输入端之间的

ip=-in = (vp-vn) / ri ≈0,这种现象称为虚断。 由运放引入负反馈而得到的虚短和虚断两个重要概念，是 分析由运放组成的各种线性应用电路的利器，必须熟练掌握。

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2.3.1 同相放大电路4. 几项技术指标的近似计算 (1)电压增益Av

根据虚短和虚断的概念有vp≈vn, ip=-in=0

所以

R1 v i vp vn vo R1 R2 vo R1 R2 R2 (可作为公式直接使用， Av 1 vi R1 R1 注意问题)讨论：电压增益Av与运放无关，仅有外电路元件参数决定。 vo,vi同相，电压增益Av 大于或等于1

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2.3.1 同相放大电路4. 几项技术指标的近似计算 (2)输入电阻Ri

输入电阻定义 v Ri i ii 根据虚短和虚断有vi=vp,ii = ip≈0 所以 Ri vi ii (3)输出电阻Ro 讨论：优点？ Ro→0 讨论：?

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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

(可作为公式直接使用)

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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

优点：不存在共模输入电压

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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

根据虚短和虚断的概念有vn≈ vp= 0 , ii=0 所以 i1=i2

即

v i vn vn vo R1 R2 vo R2 Av (可作为公式直接使用) vi R1

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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 (2)输入电阻Ri

vi vi Ri R1 ii vi / R1讨论：? (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)证明VS=(R1R3/R2 ) IM (2)R1=R2=150 k ,R3=1 k , 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

电流表指针偏 移刻度与流过 电流成正比

R2和R3相当于并联，所以 –I2R2 = (I2 - IM ) R3 当R2>> R3时，VS=(R1R3/R2 ) IM

所以 I ( M

R2 R3 VS ) R3 R1

(2)代入数据计算即可IM(max) = 100 µ A

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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推导输出输入关系方法： 虚短、虚断 电压、电流关系

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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(基尔霍夫电流定律)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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