模拟电子技术基础第02章 运算放大器

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1、湖南科技大学信息与电气工程学院第二章运算放大器1集成电路运算放大器一、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2二、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)VpvNvoriro3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

2、符号边框内标有‘+’号。集成放大器的符号4运算放大器外形图5o+Uo(sat)-Uo(sat)实际特性理想特性u+-u-开环电压放大倍数高(104-107)；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)63）开环输出电阻ro→02）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)VpvNvo7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

3、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。理想运算放大器的特性(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10V～14V。因此运放的差模输入电压不足1mV，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。8(2)虚断由于运放的差模输入电阻很大，一般都在1M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

4、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。91.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101.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112.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123.减法电路第一级反相比例第二级反相加法

5、（1）利用反相信号求和以实现减法运算即当时得（减法运算）13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：144.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）15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

6、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。165.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。17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。186对数运算电路197.反对数运算电路(指数运算电路)20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：I-I+根据虚短V+V-

7、0Ii=(Vi－V-)/R1Vi/R1If=(V-－Vo)/Rf-Vo/Rf∵IiIf∴Vi/R1=-Vo/Rf电压并联负反馈21例2：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。电压增益同相比例运算电路根据虚断I-=I+0解：根据虚短V+V-Vi电压串联负反馈22例3：求U01的数值。解：23例4:数据放大器的输出表达式，并分析R1的作用。解：vs1和vs2为差模输入信号，为此vo1和vo2也是差模信号，R1的中点为交流零电位。对A3是双端输入放大电路。数据放大器原理图24所以:显然调节R1可以改变放大器的增益。产品数据放大器，如A

8、D624等，R1有引线连出，同时有一组R1接成分压器形式，可选择连