2.3基本线性运放电路P.ppt

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1、2 运算放大器,本章内容,2.1 集成运算放大器 2.2 理想运算放大器 2.3 基本线性电路 2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用,电 子 技 术 DianZi,2 运算放大器,本章要求,1.了解集成运算放大器的基本组成。熟悉其电路模型、主要参数、电压传输特性。掌握其符号。,2.掌握理想运算放大器的条件。,3.熟悉用集成运放组成的同相、反相放大电路等基本线性运放电路的工作原理，掌握用理想运算放大器的条件分析线性运放电路，输出与输入的关系。了解负反馈的概念。,4.熟悉用集成运放组成的求差电路、仪用放大器、求和电路、积分电路和微分电路的工作原理、输出与输入的关系和应用。,电 子 技 术

2、DianZi,2 运算放大器,重点难点,重点：集成运算放大器的符号、理想运算放大器的条件、用理想运算放大器的条件分析线性运放电路，输出与输入的关系。,难点：集成运算放大器的模型、主要参数、电压传输特性、理想运算放大器的条件、用理想运算放大器的条件分析线性运放电路，输出与输入的关系。,电 子 技 术 DianZi,2.3 基本线性运放电路,集成运算放大器线性区很窄，趋向于 0，通常要引入深度负反馈才能工作在线性区。所以，其输出信号和输入信号的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构和参数,而与运算放大器本身的参数关系不大。,外部电阻、电容、半导体器件等引入深度负反馈与集成运算放大器构成闭环电路后,

3、能对各种模拟信号进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数(指数)、乘法和除法等数学运算。,最基本的线性运用是比例运算，包括同相放大电路和反相放大电路。,改变输入电路和反馈电路的结构形式，就可以实现不同的运算。,电 子 技 术 DianZi,2)简化画法,省去输入、输出电压的参考方向和地()，只在输入、输出端标出输入、输出电压，意即另一端均为地()，参考方向由输入或输出端指向地()。,2.3.1 同相放大电路,1.基本电路1)电路组成,在输出端和反相输入端之间接入电阻R2，在反相输入端和地之间接入电阻R1，输入电压从同相输入端输入。,电 子 技 术 DianZi,平衡电阻R3=R1/R2,

4、(同相比例运算电路),2.负反馈的基本概念1)开环,输出回路与输入回路之间没有连接电路，输出信号(电压或电流)没有返送到输入回路，输出信号不影响输入信号。,2.3.1 同相放大电路,集成运放线性区很窄,最大不失真输入电压很小，只要很小的 vid 即会工作在饱和区。,电 子 技 术 DianZi,(详见第7章),输出回路与输入回路之间连接电路，输出信号(电压或电流)返送到输入回路，输出信号影响输入信号。,2.3.1 同相放大电路,2)闭环,电 子 技 术 DianZi,2.3.1 同相放大电路,3)反馈,反返，馈送,将放大电路的输出信号(电压或电流)经某电路返送回输入端，与原输入信号叠加，从而影

5、响输入信号，控制输出信号。,净输入电压,反馈电压,vi=vid+vf，vid=vi-vf,(1)负反馈,反馈信号削弱原输入信号，减小净输入信号的反馈。,电 子 技 术 DianZi,降低放大倍数,2.3.1 同相放大电路,稳定输出信号,净输入电压vid=vi-vf,(2)负反馈的作用,vo vf(vn)vid,加入负反馈 Av=vo/vi=vo/(vid+vf),未加负反馈 Avo=vo/vid,自动调节,减小净输入电压vid 以扩大输入电压 vi 的线性范围。,电 子 技 术 DianZi,Avo,vP vn=vid=vo/Avo0 同相、反相输入端间近似短路。,2.3.1 同相放大电路,3

6、.虚短、虚断、虚地1)虚假短路(虚短),虚短和虚断两个重要概念，是分析运放线性应用电路的重要依据，必须熟练掌握。,3)虚假接地(虚地)若 vP=0，则 vn vP=0。如同相输入端接地，反相输入端也近似接地。,2)虚假断路(虚断)iP=in=vid/ri 0/=0 同相、反相输入端间近似断路。,电 子 技 术 DianZi,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(1)输出、输入电压关系,vn=vf=f(vo),vi=f(vn)=f(vf),虚断，ip=in=0 i1=i2+in=i2,虚短，vid=0 vi=vid+vn=vn=vf,反相输入端不虚地,电 子 技

7、术 DianZi,2.3.1 同相放大电路,输出电压与输入电压成正比，同相比例运算(放大)。,电 子 技 术 DianZi,2.3.1 同相放大电路,(2)电压增益Av,+表示vo与vi同相,电压增益(电压放大倍数)反映了放大电路对输入电压的放大能力。,电 子 技 术 DianZi,2.3.1 同相放大电路,2)输入电阻Ri,虚断，ii=ip=0,Ri反映了放大电路向信号源索取的电流的大小。,Ri反映了放大电路从信号源分得的电压的大小。,从输入端看进去的等效电阻,电 子 技 术 DianZi,2.3.1 同相放大电路,3)输出电阻Ro,运放输出电阻ro=0 Ro=0,从输出端看进去的等效电阻,

8、Ro 越小，RL 变化时vo变化越小，即越稳定，带负载的能力越强。,输出电阻反映了放大电路带负载的能力，越小越好。,电 子 技 术 DianZi,voo,例：Ro=100，RL=100k 200k，vo=?,2.3.1 同相放大电路,4)特点,(1)电压增益,Av1，不小于1。,Av 为正，vo 与 vi极性相同。因为 vi 加在同相输入端。,理想情况下Av只与外部电阻 R1、R2 有关，与运放参数无关。,电 子 技 术 DianZi,2.3.1 同相放大电路,(2)反相输入端不存在虚地,vN=vP=vi 0,(3)输入电阻高 Ri=vi/iN=vi/0=,(4)输出电阻低 Ro=0,电 子

9、技 术 DianZi,2.3.1 同相放大电路,例1,电 子 技 术 DianZi,：R1=30k，R2=60k，RL=20k，Vom=12V，分别求vi=2V，-5V时的vo。,解：1.vi=2V,Ro=0，放大倍数与负载无关,？,2.3.1 同相放大电路,2.vi=-5V,vo=-12V,例1：R1=30k，R2=60k，RL=20k，Vom=12V，分别求vi=2V，-5V时的vo。,vimax=?,电 子 技 术 DianZi,：R1=10k，R2=50k，R3=30k，R4=20k，vi=2V，求vo和Av。,2.3.1 同相放大电路,？,例2,解：,？,电 子 技 术 DianZi

10、,这是同相放大电路。,2.3.1 同相放大电路,解：,分压,例2：R1=10k，R2=50k，R3=30k，R4=20k，vi=2V，求vo和Av。,电 子 技 术 DianZi,2.3.1 同相放大电路,例3,输出电流与输入电压成比例，负载电流与负载电阻的大小无关，实现了线性变换。,负载不接地,：电压电流转换器。,电压电流转换器广泛应用于放大电路和传感器的连接处，是很有用的电子电路。,注意：虚短是指运放的同相端和反相端间输入电压近似为 0。虚断是指流入运放同相端和反相端的输入电流近似为 0。不要误认为运放输出端的电压、电流也是 0。,电 子 技 术 DianZi,：用电流表测量电压的电路。,

11、2.3.1 同相放大电路,例2.3.1,电 子 技 术 DianZi,解：,vS=im R1=10010-6A2106=200V,特点：,(1)能测量较小的电压(取较小的R1可得较大的im)。(2)输入电阻高(对被测电路影响小)。Ri=vS/iP=,(3)改变R1可改变量程(可测的最大电压)。(4)流过电流表的电流与其内阻Rm无关(便于更换)。,输出电压跟随输入电压变化。,2.3.1 同相放大电路,5.电压跟随器,vo=vi,在同相放大电路中，,如果 R2=0 或 R1=,则,运放电压跟随器的输入电阻高、输出电阻低，跟随性能比射极输出器好，常用于阻抗变换器或缓冲器。,电 子 技 术 DianZ

12、i,：信号源电压为vS，内阻Rs=100k，负载电阻RL=1k。(图2.3.3),2.3.1 同相放大电路,例4,负载直接接信号源,负载经电压跟随器接信号源,负载上得到的电压,负载上得到的电压,vo=vn=vp=vS,输入电阻高,电 子 技 术 DianZi,2.3.1 同相放大电路,例5,电 子 技 术 DianZi,：R3=15k，R2=15k,R1=7.5k，Vi=15V，求vo。,解：,这是一电压跟随器。,输入电压Vi 经电阻分压后加在电压跟随器的输入端,负载 RL 变化时，其两端电压 vo 不会随之变化，精度和稳定度较高，可用于基准电压。,注意：vo=vn=vp Vi,在输出端和反相

13、输入端之间接入电阻R2，在反相输入端和输入信,把同相放大电路的同相输入端输入信号与反相输入端接地端对调即得反相放大电路。,2.3.2 反相放大电路,1.基本电路1)电路组成,平衡电阻R3=R1/R2,2)与同相放大比较,号之间接入电阻R1，输入电压从反相输入端输入，同相输入端接地。,电 子 技 术 DianZi,(反相比例运算电路),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(1)输出、输入电压关系,vo=f(i2),vi=f(i1),虚断，ii=in=ip=0 i1=i2+ii=i2,虚短，vn=vp vn=vp=0,虚地,i1=f(i2),电 子 技 术 Dian

14、Zi,-表示vo与vi反相,2.3.2 反相放大电路,(2)电压增益Av,反相输入重要特点：反相输入端虚地。,电 子 技 术 DianZi,虚地,输出电压与输入电压成正比，反相比例运算(放大)。,2.3.2 反相放大电路,2)输入电阻Ri,虚短，vn=vP,vn=vp=0,电 子 技 术 DianZi,虚地,从输入端看进去的等效电阻,2.3.2 反相放大电路,运放输出电阻 ro=0 Ro=0,电 子 技 术 DianZi,3)输出电阻Ro,从输出端看进去的等效电阻,2.3.2 反相放大电路,4)特点,(1)电压增益,Av 为负，vo 与 vi极性相反。因为 vi 加在反相输入端。,理想情况下A

15、v只与外部电阻 R1、R2 有关，与运放参数无关。,电 子 技 术 DianZi,|Av|可大于 1，也可等于 1 或小于 1。,2.3.2 反相放大电路,(2)反相输入端存在虚地,vN=vP=0,(3)输入电阻低 Ri=vi/i1=R1,(4)输出电阻低 Ro=0,电 子 技 术 DianZi,虚地,2.3.2 反相放大电路,例1,解:,电 子 技 术 DianZi,：用电压表测量电阻的电路。VE=10V，R1=1M，Vo=-8V，Rx=?,：已知 R1=R2=R4=1 k，R3=10 k。试求:1.S 断开时 Av；2.S 闭合时 Av。,2.3.2 反相放大电路,Av=-R3/(R1+R

16、2)=-10/(1+1)=-5,例2,解：1.S 断开时,这是反相放大电路。,电 子 技 术 DianZi,vn=vp=-ipR5=0，“-”端虚地，R2、R4并联。,i2=R4/(R2+R4)i1=1/(1+1)2/3vi=1/3vi,2.3.2 反相放大电路,2.S 闭合时,i1=vi/(R1+R2/R4)=vi/(1+1/1)=2/3vi,R4产生分流作用。,i2=i3+in=i3,i3=(vn-vo)/R3=-vo/10,1/3vi=-vo/10,vo/vi=-10/3Av=vo/vi=-10/3,电 子 技 术 DianZi,虚地,2.3.2 反相放大电路,:已知R1=10k，R2=

17、100k，Vom=12V，vi=2sint V，画 vo 波形。,解:,例3,vo=Avvi=-R2/R1vi=-100/10vi=-10vi=-20sint V,vo=Vom=12V,电 子 技 术 DianZi,？,2.3.2 反相放大电路,例4,：电流电压转换器,vo=-if Rf+vn=-iS Rf+vp=-iS Rf,解:,虚短，vid=0 vn=vid+vp=0,虚断，in=ip=0 iS=if+in=if,输出电压与输入电流成比例，输出电压与负载电阻的大小无关，实现了线性变换。,若RL固定，则输出电流与输入电流成比例，此时该电路也可视为电流放大电路。,io=vo/RL=-Rf/R

18、L iS,电 子 技 术 DianZi,2.3.2 反相放大电路,例5,：电压-电流变换器,负载接地,电 子 技 术 DianZi,解:,(1)当 时,电压-电流和电流-电压变换器广泛应用于放大电路和传感器的连接，是很有用的电子电路。,2.3.2 反相放大电路,(2)分母为零时电路自激。,电 子 技 术 DianZi,输出电流与输入电压成比例，实现了线性变换。输出电压与负载电阻的大小有关。,2.3.2 反相放大电路,例6,:写出电压vo的表达式。,解：,vo=-2R i2+vn=vn=vi,电 子 技 术 DianZi,虚断，in=ip=0 i1=in+i2=i2 vp=ipR+vi=vi,虚

19、短，vid=0 vn=vid+vp=vi,i1=(vi-vn)/R=0,i2=i1=0,2.3.2 反相放大电路,例2.3.2,：T型反馈网络反相放大电路。,(1)求Av,电 子 技 术 DianZi,2.3.2 反相放大电路,电 子 技 术 DianZi,2.3.2 反相放大电路,电 子 技 术 DianZi,(2)若 R1=51 k，R2=R3=390 k，vo=-100vi，求R4。,在相同Av下，T型反馈网络单个反馈电阻大大减小。,2.3.2 反相放大电路,(3)R2代替T网络，R1=51k，Av=-100，求R2。,若希望有较高的输入电阻且放大倍数较大，则反馈电阻会很大，大电阻的稳定

20、性差，因此提出T型反馈网络。,引入 R4 会增大电压放大倍数，使反馈系数减小，为保证足够的反馈深度，应选用开环增益更大的集成运放。,电 子 技 术 DianZi,2.3.2 反相放大电路,例2.3.3,电 子 技 术 DianZi,：直流毫伏表电路，当 R2 R3时，,(1)证明Vs=(R1R3/R2)IM；,(2)R1=R2=150k，R3=1k，Vs=100mV时，通过毫伏表的最大电流IM(max)=？,：已知vo=-55vi，其余参数见图，求R5。,2.3.2 反相放大电路,例7,电 子 技 术 DianZi,解：A1构成同相比例运算电路。,A2构成反相比例运算电路。,2.3.2 反相放大电路,3.反相器,若R2=R1，则vo=-vi，Av=-1。,=R1,=-vi,电 子 技 术 DianZi,2.3.2 反相放大电路,4.同相、反相放大电路比较,同相放大电路 反相放大电路电路组成电压增益输入电阻输出电阻特点特例 电压跟随器 反相器,电 子 技 术 DianZi,