理想运算放大器

由于 rid = ∞，两个输入端均没有电流，即
i i 0
——“虚断”
2
5.5 理想运算放大器
第5章 多级放大电路与 集成运算放大器
5 .5.3 理想运算放大器工作在非线性区的特点
1.非线性的电路与传输特性
开环状态或者引入正反馈，是集成运放工作在
非线性区的基本电路特点。 uO
u–
+
uo
u+ +
u–
+
uo
u+ +
+UOPP
理想特性
O
u+u
UOPP
RF
图5-27非线性状态传输特性 3
5.5 理想运算放大器
2. 理想运放工作在非线性状态的参数特点
第5章 多级放大电路与 集成运算放大器
1） uO 的值只有两种可能 当 u+ > u 时，uO = + UOPP 当 u+ < u 时, uO = UOPP 在非线性区内，(u+u)可能很大，即 u+≠u， “虚 地”不存在。
m
B
其关系式为
Gm hIB
h q 1 2kT 2UT
h称跨导增益因子，UT是热电压，在室温条件下，
UT=26mV，可计算出h=19.2(1/V)，因此有 Gm 19.2I B
式中IB的量纲用A，Gm的量纲为S（西门子）。
根据传输特性方程式，可画出OTA的小信号理想模型如 图5-29所示。对这个理想模型，两个输入端之间开路，差模 输入电阻为无穷大；输出端是一个受差模输入电压控制的 电流源，输出电阻为无穷大。同时，理想跨导放大器的共 模输入电阻、共模抑制比、频带宽度等参数均为无穷大， 输入失调电压、输入失调电流等参数均为零。
5.5 理想运算放大器
第5章 多级放大电路与 集成运算放大器
（2）加法器
将多个OTA的输出端并联，使它们的输出电流相加并在 一个负载电阻上形成电压，便可构成对多个电压输入信 号做加法运算的电路，如图5-31所示。
在图5-31所示电路中， 输出电压为
U O (Gm1U1 Gm2U 2 )RL
若 满 足 Gm1=Gm2=1/RL ， 则输出电压为
图5-28OTA的符号
理想OTA满足方程式：
I O Gm (U i U i ) GmU id
式中IO是输出电流（A）；
U 是差模输入电压(V)；G
id
m
是开环增益(S)，称为跨导 5
增益。
5.5 理想运算放大器
第5章 多级放大电路与 集成运算放大器
在小信号下，跨导增益G 是偏置电流I 的线性函数，
UO U1 U2
图5-31 电压模式加法器
9
5.5 理想运算放大器
第5章 多级放大电路与 集成运算放大器
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线性状态传输特性 1
5.5 理想运算放大器
2. 理想运放工作在线性状态的参数特点
第5章 多级放大电路与 集成运算放大器
1） 理想运放的差模输入电压等于零
由于uo为有限值，理想运放Aod= ∞，则输入电
压为无穷小uo→0。即
(u
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u )
uO Aod
0
u u ——“虚短”
2）理想运放的输入电流等于零
图5-29OTA的小信号理想模型
7
5.5 理想运算放大器
第5章 多级放大电路与 集成运算放大器
2.OTA的应用原理 （1）增益可控电压放大器
用OTA构成的反相及同相电压放大器如图5-30(a)、 5-30(b)所示，图中RL是负载电阻。
图5-30增益可控电压放大器 a)反相放大器 b)同相放大器
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5.5 理想运算放大器
5 .5.2 理想运算放大器工作在线性区的特点
第5章 多级放大电路与 集成运算放大器
1. 线性状态的电路与传输特性
引入负反馈是集成运放工作于线 性状态的基本电路特征。
输出电压与其两个输入端 的电压之间存在线性放大关系， 即
u O
Aod(u
u )
RF
u–
+
uo
u+ +
uo
0
u+u
6
5.5 理想运算放大器
第5章 多级放大电路与 集成运算放大器
与常规的电压型运算放大器 比较，OTA具有下列性能特点：
1、输入电压控制输出电流，开 环增益是以S为量纲的跨导；
2、增加了一个控制端，改变控 制电流（偏置电流IB）可对开 环增益G 进行连续调节；
m
3、它还具有电流模式的特点， 如频带宽，高频性能好等。
2） 理想运放的输入电流等于零
i i 0 “虚断”仍存在。
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5.5 理想运算放大器
*5 .5.4 理想跨导运算放大器简介 1.OTA的基本概念
第5章 多级放大电路与 集成运算放大器
OTA(Operational Transconductance Amplifier)是跨导运算放 大器的简称，它是一种双 极型集成工艺制作的通用 标准部件。OTA的符号如图 5.28所示，它有两个输入 端，一个输出端，一个控 制端。符号上的“+”号代 表同相输入端，“-”号代 表反相输入端，IO是输出 电流，IB是偏置电流，即 外部控制电流。