南通大学模电课件第二章PPT文档格式.ppt
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在信号在信号运算电路运算电路中,运放工作于中,运放工作于线性状态(负反馈)线性状态(负反馈)2.1集成电路运算放大器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集成电路运算放大器的内部组成单元图图2.1.1集成运算放大器的内部结构框图集成运算放大器的内部结构框图11/6/202211/6/202211/6/202211/6/20222第二章第二章运算放大电路运算放大电路组成:
组成:
输入级、中间级、输出级。
输入级:
差分放大,提高整个电路的性能。
中间级:
一级(多极)放大电路,提高电压增益。
输出级:
为负载提供一定的功率,电压增益为为负载提供一定的功率,电压增益为11。
PP为同相输入端,为同相输入端,NN为反相输入端,为反相输入端,OO为输出端,为输出端,V+V+,V-V-为两个电源为两个电源电路符号:
电路符号:
图图2.1.2运算放大器的代表符号运算放大器的代表符号(a)国家标准规定的符号国家标准规定的符号(b)国内外常用符号国内外常用符号11/6/202211/6/202211/6/202211/6/20223第二章第二章运算放大电路运算放大电路2.运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型通常:
通常:
开环电压增益开环电压增益Avo的的105(很高)(很高)输入电阻输入电阻ri106(很大)(很大)输出电阻输出电阻ro100(很小)(很小)vOAvo(vPvN)(VvOV)注意输入输出的相位关系注意输入输出的相位关系11/6/202211/6/202211/6/202211/6/20224第二章第二章运算放大电路运算放大电路当当Avo(vPvN)V时时vOV当当Avo(vPvN)V-时时vOV-电压传输特性电压传输特性vOf(vPvN)线性范围内线性范围内vOAvo(vPvN)Avo斜率斜率输出电压输出电压vO不可能超过正负电源的电压值。
不可能超过正负电源的电压值。
11/6/202211/6/202211/6/202211/6/20225第二章第二章运算放大电路运算放大电路2.2理想运算放大器理想运算放大器1.voo的饱和极限值等于运放的的饱和极限值等于运放的电源电压电源电压V和和V2.运放的开环电压增益很高运放的开环电压增益很高若(若(vPvN)0则则vO=+Vom=V若(若(vPvN)0则则vO=Vom=V3.若若VvOV则则(vPvN)04.输入电阻输入电阻ri的阻值很高的阻值很高使使iP0、iN05.输出电阻很小,输出电阻很小,ro0理想:
理想:
riro0AvovoAvo(vpvn)图图2.2.1运放的简化电路模型运放的简化电路模型11/6/202211/6/202211/6/202211/6/20226第二章第二章运算放大电路运算放大电路11、几个重要的概念和假设、几个重要的概念和假设将运放视为理想器件;
将运放视为理想器件;
运放工作于运放工作于线性状态时的两条重要法则线性状态时的两条重要法则:
11)虚短虚短两输入端之间的电压差为两输入端之间的电压差为00,即,即vI=vNvP=0=0;
或;
或vN=vP22)虚断虚断两输入端之间的电流为两输入端之间的电流为00,即,即iI=0(运放的运放的ri=)33)虚地虚地运放的同相端接地,即运放的同相端接地,即vP=0vN=0;
虚短的特例。
注:
适用于运放在线性且深度负反馈工作时;
开环或非线性时不适用。
2.32.3基本线性运放电路基本线性运放电路11/6/202211/6/202211/6/202211/6/20227第二章第二章运算放大电路运算放大电路2.3.1同相放大电路同相放大电路(a)电路图电路图(b)小信号电路模型小信号电路模型图图2.3.1同相放大电路同相放大电路1.基本电路基本电路11/6/202211/6/202211/6/202211/6/20228第二章第二章运算放大电路运算放大电路2.几项技术指标的近似计算几项技术指标的近似计算
(1)电压增益电压增益Av根据虚短和虚断的概念有根据虚短和虚断的概念有vpvn,ip-in0所以所以(可作为公式直接使用)(可作为公式直接使用)
(2)输入电阻输入电阻Ri输入电阻定义输入电阻定义根据虚短和虚断有根据虚短和虚断有vivp,iiip0所以所以(3)输出电阻输出电阻RoRo011/6/202211/6/202211/6/202211/6/20229第二章第二章运算放大电路运算放大电路3.电压跟随器电压跟随器根据虚短和虚断有根据虚短和虚断有vovnvpvi(可作为公式直接使用)(可作为公式直接使用)11/6/202211/6/202211/6/202211/6/202210第二章第二章运算放大电路运算放大电路电压跟随器的作用电压跟随器的作用无无电压跟随器时电压跟随器时负载上得到的电压负载上得到的电压电压跟随器时电压跟随器时ip00,vpvs根据虚短和虚断有根据虚短和虚断有vovnvpvs11/6/202211/6/202211/6/202211/6/202211第二章第二章运算放大电路运算放大电路2.3.2反相放大电路反相放大电路(a)电路图电路图(b)由虚短引出虚地由虚短引出虚地vn0图图2.3.5反相放大电路反相放大电路1.基本电路基本电路11/6/202211/6/202211/6/202211/6/202212第二章第二章运算放大电路运算放大电路2.几项技术指标的近似计算几项技术指标的近似计算
(1)电压增益电压增益Av根据虚短和虚断的概念有根据虚短和虚断的概念有vnvp0,ii0所以所以i1i2即即(可作为公式直接使用)(可作为公式直接使用)
(2)输入电阻输入电阻Ri(3)输出电阻输出电阻RoRo011/6/202211/6/202211/6/202211/6/202213第二章第二章运算放大电路运算放大电路i例例:
图示电路中,:
图示电路中,RfRf由由TT型网络代替,运放理想。
(型网络代替,运放理想。
(11)求)求AVF;
(22)若)若R1=R2=R3=10K,AVF=100时,求时,求R4的值的值。
解解:
(11)求)求AVF由虚地、虚断:
由虚地、虚断:
I1=I2=Vi/R1;
R2I2=R4I4I4=R2I2/R4Vo=R2I2+(I2+I4)R3=I2(R2+R3+R2R3R4)=Vi(R2+R3+R2R3R4)R1AVF=VoVi=(R2+R3+R2R3R4)R1(22)求)求R4:
AVF=VoVi=100;
由上式:
R4=0.102K若以若以Rf代替代替T型网络,则型网络,则AVF=100=RfR1Rf=1000K=1M;
TT型网络型网络低阻、高放大低阻、高放大倍数倍数11/6/202211/6/202211/6/202211/6/202214第二章第二章运算放大电路运算放大电路2.4.1求差电路求差电路从从结结构构上上看看,它它是是反反相相输输入入和和同同相相输输入入相相结结合合的的放放大电路。
大电路。
当当则则若继续有若继续有则则根根据据虚虚短短、虚虚断断和和NN、PP点的点的KCLKCL得:
得:
2.42.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用同相输入和反相输入放大电路的其他应用11/6/202211/6/202211/6/202211/6/202215第二章第二章运算放大电路运算放大电路从放大器角度看从放大器角度看时,时,增益为增益为(该电路也称为差分电路或减法电路)(该电路也称为差分电路或减法电路)11/6/202211/6/202211/6/202211/6/202216第二章第二章运算放大电路运算放大电路2.4.2求和电路求和电路根根据据虚虚短短、虚虚断断和和NN点点的的KCLKCL得:
若若则有则有(该电路也称为加法电路)(该电路也称为加法电路)(再接一个反相器,实行完全加法)(再接一个反相器,实行完全加法)11/6/202211/6/202211/6/202211/6/202217第二章第二章运算放大电路运算放大电路2.4.3积分电路和微分电路积分电路和微分电路1.积分电路积分电路式中,负号表示式中,负号表示vO与与vI在相位上是相反的。
在相位上是相反的。
根根据据“虚虚短短”,得得根根据据“虚虚断断”,得得因此因此电容器被充电,其充电电流为电容器被充电,其充电电流为设电容器设电容器C的初始电压为零,则的初始电压为零,则(积分运算)(积分运算)11/6/202211/6/202211/6/202211/6/202218第二章第二章运算放大电路运算放大电路2.4.3积分电路和微分电路积分电路和微分电路当当vII为阶跃电压时,有为阶跃电压时,有vO与与t成线性关系成线性关系11/6/202211/6/202211/6/202211/6/202219第二章第二章运算放大电路运算放大电路2.4.3积分电路和微分电路积分电路和微分电路2.微分电路微分电路11/6/202211/6/202211/6/202211/6/202220第二章第二章运算放大电路运算放大电路例:
例:
VO1=Vi1Rf1R1=1VVO2=Vi2Rf2(VO1Vi2)R3=1V+4V=5V11/6/202211/6/202211/6/202211/6/202221第二章第二章运算放大电路运算放大电路例:
A1、A2、A3与与相应的元件各组成何种电路?
设初始条件相应的元件各组成何种电路?
设初始条件VC=0,VI1、VI2为为稳定的直流电压,运放理想。
求稳定的直流电压,运放理想。
求t秒后秒后VoVo的表达式。
的表达式。
解:
A1:
反相反相;
Vo1=VI1A2:
减法减法;
Vo2=VI2R4(R3+R4)(R2+R5)R2Vo1R5R2=VI2R4(R3+R4)(R2+R5)R2+VI1R5R2A3:
反相积分反相积分;
Vo=VO2dtR6C=VI2R4(R3+R4)(R2+R5)R2+VI1R5R2dtR6C=VI2R4(R2+R5)R2(R3+R4)+VI1R5R2dtR6C=VI2R4(R2+R5)R2(R3+R4)+VI1R5R2tR6C11/6/202211/6/202211/6/202211/6/202222第二章第二章运算放大电路运算放大电路作业:
作业:
2.4.62.4.7
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