模电 康华光 第六版 2

《电子技术基础》
模拟部分 （第六版）
华中科技大学
张林
电子技术基础模拟部分
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绪论 运算放大器 二极管及其基本电路 场效应三极管及其放大电路 双极结型三极管及其放大电路 频率响应 模拟集成电路 反馈放大电路 功率放大电路 信号处理与信号产生电路 直流稳压电源
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end
vi2 ＋ vi2－vi1 vn vi1－ R1 i1
iid R2 i2 vid － ＋
R2 i2
P vp ip ＋ in －
R3 i3 vo
差模输入电阻
vid vi2 vi1
此时有 iid i2 i3 i1 i4
vid iid ( R2 R3 ) - [vo iid ( R1 R4 )]
所以 I2 = Is = Vs / R1
得
Im ( R2 R3 Vs ) R3 R1
（2）代入数据计算即可
（指针偏转角度与Im是线性关系）
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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
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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得：
vn vp
vi1 v n v n vo R1 R4 vi2 v p v p 0 R2 R3
vi2 ＋ vi2－vi1 vn vi1－ R1 i1 N in R2 i2 P vp ip ＋ － R4 i4 R3 i3 vo
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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 符号
－ － ＋ (a) (b)
＋
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
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2.1 集成电路运算放大器
通常： 开环电压增益 Avo的105 （很高）
vi1 - vn v -v v -v i2 n n o R2 R3 R1
- vo R3 R vi1 3 vi 2 R1 R2
R2 R1 i1 i2 vn ii i3 － ＋ vo1 R R3
若 R1 R2 R3
则有 - vo vi1 vi 2
输出再接一级反相电路
vi2 vi1
ii
Ri
vn
iR
R2
R1
vn vi iR R1 R1
（3）输出电阻Ro
Ro→0
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2.3.1 同相放大电路
3. 电压跟随器
根据虚短和虚断有 vo＝vn≈ vp＝ vi
vo Av 1 vi
＋ － ＋
vi = vp vn －
vo＝vn
－
＋
（可作为公式直接使用）
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i1 vI R vN ii ＋ i2 C － ＋ vc － R1 vO

vo与 t 成线性关系
－vO vI Vom
与一般RC电路相比该积 分电路有何特点？
VI
vi R i C vo
VI O (a)
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t
O
(b)
t
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2.4.4 积分电路和微分电路
2. 微分电路
dvi dt
vo RC
R4 i4
R3
N
vp iid R2
vn vo iid R4
P vp vn ip ＋ in －
i3 vo
vp vn
Rid
vid R1 R2 iid
iid
R1 i1 N
R4 i4
输入电阻较小
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2.4.1 求差电路
一种高输入电阻的差分电路 如何提高输入电阻？
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vo/V ＋Vom＝V＋ a
理想： ri≈∞ ro≈0 Avo→∞ vo＝Avo(vp－vn)
0
(vp－vn)/mV －Vom＝V－
b
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2.3 基本线性运放电路
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
vp ＋ vid － － vn R1 R2 ＋ vo
（可作为公式直接使用）
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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
i2 i1 R1 vp ii vn＋
－
R2
vi vi Ri R1 i1 vi / R1
（3）输出电阻Ro Ro→0
vi
ii
vo
＋
若信号源是非理想的电压信号源，采用哪种放大电路更好？
可得 vo vi1 vi 2
R
－ ＋
vo
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2.4.4 积分电路和微分电路
1. 积分电路
根据“虚短”，得 vn vp 0 根据“虚断”，得 ii 0 vi 因此 i2 i1 R 电容器被充电，其充电电流为 i 2
vI R i1 vN ii ＋ i2 C － ＋ vc － R1 vO
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2.3.2 反相放大电路
1. 基本电路
i2= i1 R1 vp ii=0 vn＋ ii R2 i1 R1 N i2 R2 O ＋ vo － P (a) (b) i i＝ 0 － 虚短 vn≈vp＝0
vi
－ vo ＋
＋ vi
（a）电路图
（b）由虚短引出虚地vn≈0
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设电容器C的初始电压为零，则 1 1 vi vn vo i2dt dt C C R
1 vo vi dt RC

式中，负号表示vo与vi在相位上是相反的。
（积分运算）
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2.4.4 积分电路和微分电路
1. 积分电路
当vi为阶跃电压时，有
1 V V vo vi dt i t i t RC RC
电压传输特性 vO＝ f (vP－vN)
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2.1 集成电路运算放大器
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
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2.2 理想运算放大器
vi2
＋
A2
－
vi2
R2 i2
P vp vn + -
R3 i3
A3
R4
vo
vi1
＋
A1
－
vi1
R1 i1 N
i4
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2.4.2 仪用放大器
v1 ＋ in=0 vR ＝v1－v2 iR
1
＋ A1 － R2 R1 R2 A2 ＋
iR 2 iR 2
v3 ＋
R3
vn3
R4
－ v3－v4 A3 ＋
＋
vp ip → vid=0
＋
n － →
Avo(vp－vn)
＋ － － ＋
i
vo
vp≈vn， ip＝-in＝0
所以
vi v p v n R1 vo R1 R2
vi
－
vn= vi
iR
R2
iR
R1
vn vi R1 R1
v o R1 R2 R2 Av 1 vi R1 R1
vo
1
in=0 － v2
－
－ v4
R3
vp3 R4
R4 2 R2 Av (1 ) v1 v2 R3 R1
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vO
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2.4.3 求和电路
根据虚短、虚断和N点 的KCL得：
vn vp 0
vi2 vi1
（该电路也称为加法电路）
R2 R1 i1 i2 vn ii i3 － ＋ vo R3
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
vi i1 R1 vp i2 ii vn＋
－
R2
ii
vo
＋
v i vn vn vo 即 R1 R2 Av vo R 2 vi R1
＋
vp ip → vid=0
＋
n － →
Avo(vp－vn)
＋ － － ＋
vi
＋ －
i
vo
vi
－
vn= vi
iR
R2
iR
R1
vn vi R1 R1
（aFra Baidu bibliotek电路图
（b）小信号电路模型
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2.3.1 同相放大电路
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
vi2 ＋ vi2－vi1 vn vi1－ R1 i1 N in R2 i2 P vp ip ＋ － R4 i4 R3 i3 vo
从放大器角度看 增益为 Avd
vo R 4 vi2 vi1 R1
（该电路也称为差分电路或减法电路）
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2.4.1 求差电路
当
R4 R3 时 R1 R2
R3 R1 R4 R4 vo ( )( )vi2 vi1 R1 R2 R3 R1
当
R4 R3 , R1 R2
则 vo
R4 (vi2 vi1 ) R1
若继续有 R4 R1 ,
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则 vo vi2 vi1
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2.4.1 求差电路
R R 当 4 3 时 R1 R2 vo R4 (vi2 vi1 ) R1
电压跟随器的作用
Rsi 100k
＋ ＋
vn
vo RL － 1k
－ ＋
vs
Rsi
＋
vp
－
vs
100k ip
－
RL vo 1k
－
＋
信号
负载
信号
负载
无电压跟随器时 负载上得到的电压
RL vo vs Rs RL 1 vs 0.01vs 100 1
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有电压跟随器时 根据虚短和虚断 ip≈0，vp＝vs vo＝vn≈ vp＝ vs
（可作为公式直接使用）
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2.3.1 同相放大电路
2. 几项技术指标的近似计算
（2）输入电阻Ri
ii →
＋
vp ip → vid=0
＋
n － →
Avo(vp－vn)
＋ － － ＋
输入电阻定义
vi Ri ii
vi
i
vo
－
根据虚短和虚断有 vi＝vp，ii ＝ ip≈0 所以 Ri v i
输入电阻
放大：在输入信号控制下， 放大电路将供电电源能量转 换成为输出信号能量。
ri 106Ω （很大）
输出电阻
ro 100Ω （很小）
vO＝Avo(vP－vN)
（ V－＜ vO ＜V＋ ）
注意输入输出的相位关系
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2.1 集成电路运算放大器
当Avo(vP－vN) V＋ 时 vO＝ V＋ 当Avo(vP－vN) V-时 vO＝ V-
同相放大电路 反相放大电路
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例2.3.3直流毫伏表电路
当R2>> R3时， （1）试证明Vs＝( R3R1/R2 ) Im （2）R1＝R2＝150k，R3＝1k， 输入信号电压Vs＝100mV时，通过 毫伏表的电流Im(max)＝？ 解（1）根据虚短和虚断有 Ii =0 Vp = Vn =0 R2和R3相当于并联，所以 –I2R2 = R3 (I2 - Im ) 当R2>> R3时，Vs＝( R3R1/R2 ) Im
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2 运算放大器
2.1 2.2 2.3 2.4 集成电路运算放大器 理想运算放大器 基本线性运放电路 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
本章不讨论集成运放的内部电路，仅从其电路模型和外特性 出发，讨论运放构成的放大电路和典型的线性应用电路。
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 若（vp－vn）＞0 则 vo= +Vom=V＋ 若（vp－vn）＜0 则 vo= –Vom=V－ 3. 若V－< vo <V＋ 则 （vp－vn）0 4. 输入电阻ri的阻值很高 使 ip≈ 0、in≈ 0 5. 输出电阻很小， ro ≈ 0