电子技术基础（模拟部分）（第五版）2.运算放大器.pptVIP

* 机电工程学院 模拟电路部分 第二章 运算放大器 运算放大器是采用一定的制造工艺，将大量半导体三极管、电阻、电容等元件及它们之间的连线制作在小块单晶硅的芯片上，具有一定功能的电子电路。 它是由直接耦合多级放大电路集成制造的高增益放大器，它是模拟集成电路最重要的品种，广泛应用于各种电子电路之中。 2.1 集成电路运算放大器 (1)输入级：差动放大电路组成。 P 端:同相输入端。 V+ 输入级 差分放大 Av1 中间级 电压放大 Av2 输出级 功率放大 Av3=1 vO1 vO1=AV1(vP-vN) vO2 vO2=AV1AV2(vP-vN) vO V- vP vN P N N 端:反相输入端。 优点：差动放大电路的对称性可以抑制温度变化和电源电压波动带来的影响，从而提高整个电路的性能。 vO1=AV1(vP-vN) 1.集成电路运算放大器的内部组成单元 2.1 集成电路运算放大器 V+ 输入级 差分放大 Av1 中间级 电压放大 Av2 输出级 功率放大 Av3=1 vO1 vO1=AV1(vP-vN) vO2 vO2=AV1AV2(vP-vN) vO V- vP vN P N (2)中间级：高增益电压放大。 vO2=AV1AV2(vP-vN) 1.集成电路运算放大器的内部组成单元 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 V+ 输入级 差分放大 Av1 中间级 电压放大 Av2 输出级 功率放大 Av3=1 vO1 vO1=AV1(vP-vN) vO1 vO2=AV1AV2(vP-vN) vO V- vP vN P N (3)输出级：无电压放大功能，但可以提高带负载的能力。 vO=AV1AV2(vP-vN) 定义： 开环电压增益:AVO=AV1AV2 即运放由输出端到输入端无外接反馈元件时的电压增益。 vO=AVO (vP-vN) 运放的代表符号 2.1 集成电路运算放大器 (a) (b) 模拟集成放大器的符号 (a) 国家标准符号 (b)国内外常用符号 2.运放的电路模型 2.1 集成电路运算放大器 vP vN P ri N V+ V- vO AVO (vP-vN) rO AVO ：通常很高，在104以上 ri ：通常很大，在106Ω以上 rO ：通常很小，在100Ω以下 电路模型中的输出电压vO，不可能超过正负电源电压。 vO的正饱和极限值+VOm=V+,负饱和极限值-Vom=V-。 3.运放的电压传输特性 (vP-vN)/mV vO=AVO (vP-vN) 正饱和区 a vO/V O 负饱和区 -vom=V- +vom=V+ 线性区 由于AVO很高，容易导致性能不稳定。 比如：电源电压±VCC=±10V。 运放的AVO=104 则:│Vi│≤1mV时，运放处于线性区。 例2.1.1 2.2理想运算放大器 vP vN P N V+ V_ vO AVO (vP-vN) 5. ri无穷大，ro?0，Avo?无穷大 4. ri无穷大，iP?0，iN?0 iP iN 在分析时将一般运放看成理想运放。 6. 带宽：BW=∞ 1. 输出电压的饱和极限值等于运放的电源电压， 即:+Vom=V+，-Vom=V- 2. 由于Avo?无穷大，尽管(vp-vn)很小，仍驱使运放处于饱和区。 3. Vo未饱和时，差分输入电压(vp-vn)必趋近于0值。 ri 2.3基本线性运放电路 1.基本电路 vo vp vi A N P vn R2 R1 vo经过反馈元件R1、R2送回到运放的输入端“-”，vf 称为反馈电压。 vf 利用输出电压vo通过反馈元件(R1、R2)对放大电路起自动调整作用，从而牵制了vo的变化，最后达到输出稳定平衡。 2.3.1 同相(比例)放大器 vid vid=vp-vn 2.负反馈的作用: (+) (+) (+) (+) 3.虚短与虚断 vo vp vi A N P vn R2 R1 vf 1)虚短 因为Avo→∞， 则vid=vP-vn=vo/Avo?0， vid 当其中一个输入端接地时，另一个输入端也为零电位，称为“虚地”。 (imaginary ground)。 所以vp≈vn。这样，两个输入端可以认为是虚连接，称为“虚短” 。 2.3.1 同相(比例)放大器 3.虚短与虚断 2)虚断 由于理想运放的ri ? ∞，故两输入端电流?0。即： 这一个特征称为“虚断”。即两输入端电流趋近于0。 虚短和虚断的概念对分析由运放组成的各种线性作用电路非常重要。 2.3.1 同相(比例)放大器 vo vi A N P R2 R1 vf i