第二章 运算放大器基础1 -3学时
普通高等教育 电子信息工程专业教学大纲合集 1041803模拟电子技术课程教学大纲
《模拟电子技术》教学大纲课程编码：1041803课程性质：专业基础课适用专业：电子信息工程学分学时：5学分，90学时（理论教学72学时，实验教学18学时）开设学期：第3学期一、教学目的通过该课程的学习，使学生熟悉模拟电子技术的基本理论、基础知识和基本技能，熟悉模拟电子电路的组成、工作原理，掌握模拟电子电路的分析方法和性能指标的计算，具备正确运用模拟电子电路的能力。
二、教学重点与难点1．重点：半导体器件基础，放大电路分析基础，负反馈放大电路，集成运算放大器，信号的运算与处理电路，信号产生电路，直流稳压电源。
2．难点：负反馈放大电路，集成运算放大器，信号产生电路，直流稳压电源。
三、教学方法建议讲授法、启发式、讨论式、小组合作式。
四、教学内容第一章绪论（4学时）教学要求：了解模拟电子技术研究的对象、特点和方法，模拟电子技术与数字电子技术、计算机组成原理、接口技术等课程之间的关系；了解电子系统、信号及其频谱、模拟信号与数字信号的区别；掌握电子技术中放大电路的基本知识。
1．信号2. 信号的频谱3. 模拟信号和数字信号4. 放大电路模型5. 放大电路的主要性能指标第二章运算放大器（8学时）教学要求：掌握虚短和虚断的概念；掌握基本运算放大电路的结构特点、工作原理及性能指标的计算。
1．集成电路运算放大器2. 理想运算放大器3. 基本线性运放电路4. 同相输入和反相输入放大电路的其他应用第三章二极管及其基本电路（8学时）教学要求：掌熟悉半导体的基本知识；理解PN结的形成及特性；掌握半导体二极管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数；熟悉半导体二极管的基本电路及其分析方法；了解特殊二极管的结构、工作原理等。
1．半导体的基本知识2. PN结的形成及特性3. 二极管4. 二极管的基本电路及其分析方法5. 特殊二极管第四章双极结型三极管及放大电路基础（10学时）教学要求：了解多极放大电路的级间耦合以及放大电路的频率响应；掌握放大电路的组成原则、工作原理、分析方法和性能指标等基本概念；掌握放大电路静态工作点的确定、放大电路的H参数小信号模型分析法；掌握放大电路的三种组态、特点、应用范围；理解放大电路的直流工作状态、放大电路的动态分析、静态工作点的稳定。
电子电工学——模拟电子技术 第二章 运算放大器
正确理解理想运放的概念以及“虚短”和“虚断” 的含义 ；熟练掌握比例、求和、求差及微分、积分基本运算电路 的工作原理、分析方法和输入、输出关系；了解集成运放 在其他方面的应用。
2.1 集成电路运算放大器
集成电路运算放大器（简称集成运放）是模拟集成电路中应用 极为广泛的一种器件。它不仅用于信号的运算、处理、变换、 测量和信号产生电路，也可用于开关电路。利用它组成的电子 线路已广泛应用于自动控制、测量技术、仪器仪表等领域。
0
2.3.2 反相放大电路
1电压增益Av
ii 0 i1 i2
vn
vp
0 vi R1
vo R2
Av
vo vi
R2 R1
2 输入电阻Ri
Ri
vi i1
vi vi R1
R1
3 输出电阻Ro
Ro
vo io
ro
R1
ri R2
0
2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用
非线性区
实际特性
当 Avo( vP vN ) Vom 时
O
(vP-vN)/mV vo Vom
理想特性
非线性区
Uom=V-
线性区
当 Avo( vP vN ) Vom 时 vo Vom
2.2 理想运算放大器
1. +Vom=V+，-Vom=V2. Avo
若vP>vN，则vo=+Vom=V+； 若vP<vN，则vo=-Vom=V-， 在线性区：vP-vN=0 “虚短” 3. ri ，iP=iN=0 “虚断” 4. ro0
国家标准符号
国内外常用符号
2.运算放大器的电路模型
电压放大电路模型
《运算放大器基础》课件
运算放大器的保护措施
讨论如何保护运算放大器，避免故障和损坏，包括过压和过流保护电路的设计。
运算放大器的未来发展趋势
预测运算放大器领域的未来趋势，探讨新技术和应用的可能性，引发学习者对未来的思考。
1
运算放大器基础知识的复习
回顾运算放大器的基本概念、电路和特
运算放大器在实际应用中的作用
2
性，加深学习者对运算放大器基础知识 的理解。
探讨运算放大器在各种电子设备和系统
中的重要作用，从测量仪器到通信系统
ห้องสมุดไป่ตู้等。
3
运算放大器的未来发展趋势
展望运算放大器领域的未来，讨论当前 的研究和发展方向，引发对未来技术的 思考。
《运算放大器基础》PPT课件
# 运算放大器基础 ## 什么是运算放大器？ - 运算放大器概述 - 运算放大器的分类 ## 运算放大器的电路和特性 - 运算放大器的电路结构 - 运算放大器的输入电阻和输出阻抗 - 运算放大器的增益 - 运算放大器的共模抑制比和过载电压 ## 运算放大器的应用 - 运算放大器的基本应用 - 运算放大器的信号选择电路
运算放大器的振荡器电路
介绍运算放大器作为振荡器的电 路原理，讨论其稳定性与频率控 制方法。
运算放大器的比较器电路
探究运算放大器作为比较器的应 用场景，详细解释其基本原理和 工作方式。
运算放大器的设计案例
通过实例展示运算放大器的应用， 讲解设计过程和注意事项，帮助 学习者理解实际应用中的挑战。
运算放大器的使用时注意事项
第二章 运算放大器基础1 -2学时
可变电压源。 (b) 假定负载为一个 1k的接地电阻和I Q 1.5mA,求运算放大 器最大内部功耗。
21
信号源 电压放大器 负载
理想的电 压放大器 Ri ， Ro 0
RS vS
Ro vI
Ri
Aoc vI
vo
Hale Waihona Puke RL2输出：RL vo Aoc vI R0 RL
Aoc
称为无载或开路电压增益 ( RL )
输入：
Ri vI vs Rs Ri
源电压－负载增益为
vo Ri RL Aoc vs Rs Ri R0 RL
跟随器的作用是在源和负载之间起到一种缓冲作用
10
五、负反馈
源
xi
xd xf
a
xo 负载
误差放大器, 反馈网络, 求和网络
a 电路的闭环增益: A 1 a
Aideal lim A
T
1
环路增益： T a
A Aideal
1 1 1/ T
11
xi
xd xf
(1) 假定IQ 0.5mA, 求 iCC , iEE 和 io ;
(2)求运算放大器的内 部功率耗散。
18
电流流向和功率耗散的例题2：
当运算放大器作实验时 ，有一台在 10V vS 10V范围内可 变的电压源是很方便的 。（a)利用一块741 运算放大器和一只 100k 的电位器设计一个这样 的电压源。（ b)如果v s设定为 10 V，当将一个 1k的负载接到这个电压源 上时，电压将会变化 多少？
第二章
信号放大电路
《运算放大器介绍》课件
运算放大器的特点与应用
高增益
可以放大微弱信号，提高信号质量，常用于放 大和滤波电路。
稳定性
通过负反馈控制，运算放大器具有较好的稳定 性和抗干扰能力。
线性范围
在一定的输入范围内，输出与输入之间的关系 是线性的，有利于进行精确的信号处理。
应用领域
运算放大器广泛应用于仪器仪表、通信、自动 控制、音频处理等领域。
通过级联连接来实现信号放大。
3
负反馈
通过将一部分输出信号反馈到输入端， 可以改善放大器的稳定性和性能。
共模抑制比
衡量运算放大器对共模信号的响应程度， 高共模抑制比意味着更好想运算放大器
具有无穷大的放大倍数、无限大的输入阻抗 和无穷小的输出阻抗。
2 实际运算放大器
基于原理电路和器件实现，存在各种非理想 因素。
运算放大器的设计流程
需求分析
明确设计的目标和要求，包括 放大倍数、带宽、输入输出范 围等。
电路设计
选择适当的运算放大器电路拓 扑和元器件，进行电路原理设 计和仿真。
电路验证
通过实际测试和调试，验证设 计的电路是否满足要求。
《运算放大器介绍》PPT 课件
运算放大器是一种电子设备，用于增强电信号的幅度，广泛应用于电子电路 设计和信号处理领域。
什么是运算放大器？
运算放大器是一种具有高放大倍数、差分输入和单端输出的电路器件，可以 执行各种数学运算和信号放大功能。
运算放大器的基本原理
1
放大器电路
2
由输入级、差分放大器和输出级组成，
运算放大器的工作条件
运算放大器的工作需要满足一定条件，包括供电电压、工作温度、输入电压范围和负载阻抗等。
运算放大器的参数与指标
运放基础知识ppt课件
(4)、∵I-=0，∴If =I1
(
5)、AUf
Uo Ui
1 Rf R1
Uo
(1
Rf R1
)Ui
结论：闭环增益AUf只取决于Rf和R1 ；
而与运放本身可编无辑课关件。PPT
8
同相比例运算电路（特例）
电路：
Rf =0
R1 =
R2 Ui
∞ Uo
当 Rf =0 ; R1 = 时：上式中的电压增益为：
AUf
6
（一）、反相比例运算电路
1.电路
If
Rf
3.构成要求
R1 Ui
I1
∞ Uo
Rp=R1//Rf （R +=R -）
2.分析
Rp
(1)、∵I+=0 ∴U+＝0V
(5)、 UoURf If R R1f Ui
(2)、U-=U+=0V(虚地) (3)、I1=Ui /R1
AUf
Uo Ui
Rf R1
Ui
(4)、∵I-=0，∴If =I1= Ui /R1
图 07.09 对数运算电路
U o U d
iR id
id
I s exp
Ud UT
Uo
U
T ln
id Is
U T ln
Ui RI s
可编辑课件PPT
17
六、 指数运算•图电中路二极管可用三
极管发射接代替。
指数运算电路如图07.10所示。
U o if R f id R f
R f I s exp
1.利用运放虚地的概念：
i(t)= ui (t)/R i(t)= if (t)
2.电容两端的电压：
uc(t)
《运算放大器》课件
带宽与增益
根据电路的带宽和增益需求，选择适当带宽 和增益的运算放大器。
输入与输出阻抗
考虑电路的输入和输出阻抗，选择合适的运 算放大器以匹配阻抗。
电源电压与功耗
根据电源电压和功耗要求，选择合适的运算 放大器以降低能耗。
运算放大器的使用注意事项
电源电压的稳定性
确保电源电压的稳定，避免因电源波 动引起的电路性能不稳定。
闭环增益
总结词
闭环增益是指运算放大器在有反馈回路的情况下对输入信号的放大倍数。
详细描述
闭环增益是运算放大器实际应用中最重要的性能指标之一，它决定了放大器的 输出信号与输入信号之间的关系。通过调整反馈回路，可以改变闭环增益，从 而实现特定的输出信号。
带宽增益乘积
总结词
带宽增益乘积是衡量运算放大器频率响应的一个重要参数，它表示增益和带宽之间的乘积关系。
《运算放大器》PPT 课件
目录
CONTENTS
• 运算放大器概述 • 运算放大器的工作原理 • 运算放大器的应用 • 运算放大器的选择与使用 • 运算放大器的性能指标 • 运算放大器的设计实例
01 运算放大器概述
运算放大器的定义
01
运算放大器（简称运放）是一种 具有高放大倍数的电路单元，其 输出信号与输入信号之间存在一 定的数学关系。
根据需求选择合适的放大倍数，调整输入和输出电阻的大小，以确 保放大器的性能。
电路图
提供基于运算放大器的放大器电路图，包括输入、输出和反馈电阻 等元件。
基于运算放大器的滤波器设计
滤波器
利用运算放大器和适当的反馈网络可以设计出各种类型的滤波器， 如低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。
设计要点
根据滤波器的类型和性能要求，选择合适的反馈网络元件和运算放 大器型号。
实验题目 集成运算放大器的非线性应用(3学时)
实验题目集成运算放大器的非线性应用（3学时）一、实验目的：
１．加深理解集成运算放大器在波形产生方面的应用。
２．掌握RC串并联选频网络特性的测试方法和振荡频率的测量方法。
二、预备知识：
1．复习集成运算放大器的非线性应用。
2．学习使用集成运算放大器设计一个正弦波发生器。
3．完成预习报告。
三、实验项目：
1．RC串并联网络测试。
（１）测试其频率特性，并绘制曲线，求出f0；
（２）测试其输出函数；
（３）改变电容C的容量，并测试f0。
２．正弦波发生器的研究。
（１）设计并组装正弦波发生器电路。
（２）测试负反馈对振荡器的影响。
（３）测量振荡平衡条件——即负反馈放大器的电压放大倍数A uf。
（４）振荡频率测量。
（５）完成实验报告，要求：
①画出所设计的实验电路。
②列表、整理实验数据。
③分析误差原因。
④回答思考题。
四、思考题：
若电路元件完好、且安装无错，但仍不能产生振荡，使分析可能产生的原因。
运算放大器基础知识概要
运算放大器基础知识概要运算放大器（Operational Amplifier，简称OP-AMP）是一种重要的电路元件，被广泛应用于电子工程中。
它由一个差分输入和一个差分放大器组成，具备高增益、高输入阻抗和低输出阻抗等特性。
本文将对运算放大器的基础知识进行概要介绍。
一、运算放大器的基本结构运算放大器通常由差分放大器、级联放大器和输出级组成。
差分放大器是运算放大器的核心部分，它由一对输入电压分别连接到放大器的非反相输入端（+）和反相输入端（-）。
通常，差分放大器还配备一个负反馈网络，将输出信号与输入信号进行比较，以实现放大器的稳定性和精确性。
二、运算放大器的主要参数1. 增益：运算放大器的增益指的是输入信号与输出信号之间的比例关系。
与放大器中的电压增益AV有关的参数有开环增益Ao和封闭环增益Af。
2. 输入电阻和输入偏置电流：输入电阻是衡量运算放大器对输入电流的敏感度的指标，通常用欧姆（Ω）表示。
输入偏置电流则是指差分输入端的电流不一致性。
3. 输出电阻：输出电阻是指运算放大器的输出端对负载电阻的影响，输出电阻越小，输出电压对负载的影响越小。
4. 带宽和相位裕度：运算放大器的带宽是指其放大功能有效的频率范围，相位裕度则是指输出信号相对于输入信号的相移。
5. 失调电压和失调电流：运算放大器的失调电压是指在输入信号为零时输出信号的基准电平。
失调电流是指在输入电路中存在的任何源产生的电流不平衡。
三、运算放大器的应用领域运算放大器广泛应用于模拟电路和数字电路中。
在模拟电路中，它可以用于电压放大、电流放大、信号滤波、加法器、减法器、积分器等。
在数字电路中，运算放大器可以用作比较器、电压参考源等。
结语运算放大器是电子工程中不可或缺的一部分，通过差分放大、反馈控制等功能，实现了信号的放大、稳定性和精确性。
本文概要介绍了运算放大器的基础知识，包括其基本结构、主要参数和应用领域，为读者提供了一个初步了解运算放大器的视角。
3第二讲-运算放大器基础
理想运放的性能指标 （1）开环电压增益Aod=∞ （2）输入阻抗Ri=∞ （3）输出阻抗Ro=0 （4）带宽fBW=∞ （5）失调与漂移均为零等
同相、反相的含义
同相、反相是指运放的 输入电压与输出电压之 间的相位关系。
双端输入 单端输出 高差模放大倍数 高输入阻抗 低输出阻抗
集成运放的符号
电压传输特性 uO=f(up-un)
线性区 uOA o(duPuN) A o d 差模开环放大倍数 线性区非常窄 非线性区 uO UOM
电源电压典型值是
15V
参考“地”是由电源公 共端从外部建立地
开环参数：
差分输入电阻 r d
电压增益 a
输出电阻 r o
理想端口条件
差分输入电阻 rd
f 1
电压跟随电路原理图
电压跟随器仿真电路
射随器的应用实例
例：利用741运算放大器设计一个电压源v s ，电 压变化范围：10Vvs10V
如果 v s 设定为10V,当将一个1k 的负载
接到这个电源上时，电压将会变化多少？
考虑如果直接用电阻网络实现 10Vvs10V
通过电位器调节电压源 电压。如果负载直接接入电 位器的动臂点上，由于加载
• 稳定性问题：
微分电路中的RC元件形成一个滞后的移 相环节，它和集成运放中原有的滞后环 节共同作用，很容易产生自激振荡，使 电路的稳定性变差。
• 阻塞现象:
输入电压发生突变时有可能造成集成运放 内部的放大管进入饱和或截止状态，以至 于即使信号消失，管子还不能脱离原状态 回到放大区，出现阻塞现象，使电路不能 正常工作。
UO(R RF 1Ui1R RF 2Ui2)
集成电路分析与设计课程教学大纲
集成电路分析与设计课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：集成电路分析与设计所属专业：微电子科学与工程课程性质：专业方向必修课学分：5（二）课程简介、目标与任务；《集成电路分析与设计》是微电子科学与工程专业一门重要的专业必修课。
本课程主要分为数字集成电路部分和模拟集成电路部分。
数字集成电路部分内容主要包括集成电路中的元器件的结构、制备、特性；集成电路的典型工艺；常用的数字双极集成电路和MOS集成电路的电路结构、工作原理；数字集成电路的设计方法和计算机辅助设计。
模拟集成电路部分内容主要包括模拟集成电路中的基本单元电路，集成运算放大器、集成稳压器的基本结构、基本特点、电路设计，数模转换器以及模数转换器的基本原理以及基本类型。
通过对本课程的学习，使学生能够掌握各种集成电路包括双极集成电路、MOS 集成电路和BiCMOS电路的典型电路结构及其制造工艺；熟练掌握构成数字集成电路以及模拟集成电路基本单元结构、工作机理、及其与数字、模拟系统的关系；掌握基本电路单元的设计能够识别和绘制版图，能够用相应软件进行模拟仿真；了解数字集成电路以及模拟集成电路的设计方法和基本过程。
为后继专业课的学习、将来在集成电路领域从事科研和技术工作奠定良好的理论基础。
（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；本课程的先修课程是半导体物理、半导体器件、固体电子学或固体电子器件、半导体工艺原理或集成电路工艺原理等，这几门课程为集成电路分析与设计在材料、器件和工艺等方面提供了必要的知识基础。
学生通过对本课程的学习，可以为后续的集成电路的计算机辅助设计等课程的学习以及微电子专业有关的技术工作和科学研究打下一定的基础。
（四）教材与主要参考书。
课程教材：《半导体集成电路》朱正涌著，清华大学出版社出版主要参考书目：《集成电路原理与设计》甘学温等著，北京大学出版社《数字集成电路—电路、系统与设计（第二版）》（美）拉贝艾（JanM Rabaey）等著，周润德等译，电子工业出版社（2010年）《数字集成电路——设计透视（第2版）》国外大学优秀教材——微电子类系列（影印版）[美]拉贝（Rabaey J.M.）钱德拉卡山（Chandrkasan，A.）尼科利奇（Nikolic，B.）著，清华大学出版社《模拟CMOS集成电路设计》[美] 毕查德〃拉扎维著，陈贵灿等译，西安交通大学出版社二、课程内容与安排第一章集成电路基本制造工艺（共3学时）第一节双极集成电路工艺（1学时）第二节MOS集成电路工艺（1学时）第三节 BiCMOS集成电路工艺（1学时）第二章集成电路中的晶体管及其寄生效应（共6学时）第一节理想本征集成双极晶体管的EM模型（3学时）第二节集成双极晶体管的有源寄生效应（2学时）第三节集成双极晶体管的无源寄生效应（1学时）第三章晶体管-晶体管逻辑（TTL）电路（共12学时）第一节一般TTL与非门（3学时）第二节TTL逻辑结构（3学时）第三节OC门（2学时）第四节三态逻辑门（1学时）第五节集成电路中的简化逻辑门（3学时）第四章发射极耦合逻辑（ECL）电路（共6学时）第一节 ECL门电路的工作原理（3学时）第二节 ECL门电路的逻辑扩展（3学时）第五章MOS反相器（共15学时）第一节基本NMOS反相器（6学时）第二节CMOS反相器（3学时）第三节静态反相器（3学时）第四节动态反相器（3学时）第六章MOS基本逻辑单元（共12学时）第一节NMOS逻辑结构（3学时）第二节CMOS逻辑结构（3学时）第三节传输门逻辑（3学时）第四节各种逻辑类型的比较（2学时）第五节触发器（1学时）第七章模拟集成电路中的基本单元电路（9学时）第一节单管、复合器件及双管放大级（3学时）第二节恒流源电路（3学时）第三节基准电压源电路（3学时）第八章集成运算放大器（9学时）第一节运算放大器的输入级（2学时）第二节运算放大器的输出级（2学时）第三节双极型集成运算放大器（2学时）第四节MOS集成运算放大器（3学时）第九章开关电容电路（6学时）第一节开关电容等效电路（2学时）第二节开关电容积分器（2学时）第三节开关电容放大器（2学时）第十章数模和模数转换器（12学时）第一节数模转换器的基本原理（3学时）第二节数模转换器的基本类型（3学时）第三节模数转换器的基本原理（3学时）第四节模数转换器的基本类型（3学时）（一）教学方法与学时分配课程组织：主要采用多媒体教学，PowerPoint讲稿；板书作为辅助；考试：平时30%，期末考试70%；学时分配：本课程共90学时，其中，数字集成电路部分占54学时，模拟集成电路部分占36学时；（二）内容及基本要求主要内容：●集成电路的基本制造工艺【重点掌握】：集成双极晶体管和集成MOS晶体管的结构和基本工艺；【掌握】：二极管、双极晶体管、MOS晶体管的单管制备过程；●晶体管-晶体管逻辑电路【重点掌握】：TTL门电路的特性，以及基于TTL电路的逻辑单元结构；【掌握】：掌握TTL电路基本单元的结构和工作原理；【了解】：STTL、LSTTL、ASTTL、ALSTTL电路；●MOS反相器【重点掌握】：CMOS反相器的原理、结构特点；【掌握】：其他结构反向器的原理及其特点，不同反相器之间的区别；【了解】：静态反相器和动态反相器的特点；●MOS逻辑单元及功能部件【重点掌握】：基于CMOS反相器的逻辑单元结构、基于不同结构反相器逻辑功能结构的设计；【掌握】：传输门逻辑的特点及其应用；【了解】：各种逻辑类型之间的区别，触发器的设计；●模拟集成电路中的基本单元电路【重点掌握】：模拟集成电路基本单元电路结构及其工作原理；【掌握】：基准电压源电路；●集成运算放大器【重点掌握】：集成运算放大器的特点及集成运算放大器的设计；【掌握】：不同类型的集成运放；【了解】：运算放大器的输入级及输出级电路；●数模和模数转换器【重点掌握】：数模转换器以及模数转换器的基本原理；【掌握】：数模转换器以及模数转换器的类型；制定人：李颖弢审定人：批准人：日期：。
运算放大器基础
足够的幅度。
信号转换
1 2
电压跟随
运算放大器可以作为电压跟随器使用，将一个电 路的输出电压跟随到另一个电路，实现信号的隔 离和传输。
差分信号转换
将差分信号转换为单端信号，或者将单端信号转 换为差分信号，以适应不同的电路需求。
3
电流转电压
将电流信号转换为电压信号，便于后续电路处理。
信号滤波
低通滤波器
采样保持在信号处理过程中源自对输入信号进行采样并保持一段时间，以便后续电路处理或存储。
运算放大器的选择与
05
使用
选择合适的运算放大器型号
1
根据电路需求选择合适的放大倍数和带宽。
2
根据输入信号的幅度和频率范围选择合适的输入 阻抗和噪声性能。
3
根据电源电压和功耗要求选择合适的电源电压和 功耗。
考虑电源电压和功耗
优化电路设计
02
通过减小输入和输出阻抗，减小反馈电阻和电容，可以减小运
算放大器的功耗。
降低电源电压
03
降低电源电压可以减小运算放大器的内部功耗，从而减小功耗。
THANKS.
历史与发展
历史
运算放大器的历史可以追溯到20世纪50年代，最早的运算放大器是由美国德州仪 器公司开发的。
发展
随着电子技术的不断发展，运算放大器的性能和应用范围也在不断扩展，出现了 许多新型的运算放大器，如低噪声运算放大器、高速运算放大器、高精度运算放 大器等。
运算放大器的工作原
02
理
输入信号处理
计算公式
电压增益 = (输出电压 输入电压) / 输入电压。
影响因素
电压增益主要取决于运算 放大器的电路设计和元件 参数。
输入电阻和输出电阻
运算放大器入门教程
绪论运算放大器是电压控制型电压源模型，其增益（放大倍数）非常大。
运算放大器有5个端子、4个端口的有源器件。
其符号和内部结构如图1所示：图1 运算放大器模型和内部结构图图中电压VCC和VEE是由外部电源提供，通常决定运算放大器的输出电压等级。
符号“＋”和“—”分别表示同相和反相。
输入电压Vp和Vn以及输出电压Vo都是对地电压。
运算放大器的五个接线端构成了一个广义节点，如果电流按照图1所示定义，根据KCL（基尔霍夫电流定律）有如下公式：得出的。
如果我们仅仅考虑输入和输出电流来列出KCL，则等式不成立，即：－Vn。
Ri是放大器的输入电阻，Ro是输出电阻。
放大参数A称为开环增益。
运算放大器的开环结构定义为：运算放大器的结构中不包括将输入和输出端连接起来的回路。
图2 运算放大器的等效电路模型如果输出端不接任何负载，输出电压为：该公式说明，输出电压Vo是与输入电压Vp和Vn之差的函数。
因此可以说该运算放大器是差值放大器。
大多数实际的运算放大器的开环放大倍数是非常大的。
例如，比较常用的741型运算放大器，它的放大倍数为200000Vo/Vi，甚至一些运算放大器的放大倍数达到108 Vo/Vi。
反映输入电压和输出电压关系的曲线称为电压传输特性，而且该曲线是放大器电路设计和分析的基础。
运算放大器的电压传输曲线如图3所示：图3 电压传输特性曲线注意：该曲线有2个变化区域，一个为在Vi＝0V附近时，输出电压和输入电压成正比例放大，称之为线性区域；另一个为Vo随Vi改变而不变的区域，称之为饱和区（或非线性区）。
可以通过设计让运算放大电路工作在上述的2个区域。
在线性区域Vo和Vi直线的斜率是非常大的，实际上，它与开环放大倍数A相等。
例如，741运算放大器正负电源电压为VCC=+10V，VEE=－10V，Vo的饱和值（最大输出电压）一般在±10 V，而当A＝200000 Vo/Vi 时，可以算出输入的电压非常小：10/200,000 = 50μV。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
四、运算放大器电路的结构
1 同相放大器
2 反相放大器 3 电压跟随器
电压跟随器及其等效电路
9
3 电压跟随器
----源与负载的连接
RS vS
vO
RS
a)
RL
vL
vS
分析负载 的电流和 功率消耗 由谁提供 ?
vI
b)
RL
vL
(a) 直接连接； (b) 经由电压跟随器连接以消除加载效应
rd 2MΩ , a 200V/mV , ro 75
差分输入电阻， 电压增益， 输出电阻
6
vD vP vN
称为差分输入电压，增益a 称为无载增益，因 为输出不加载时有 vo avD avP vN 两个输入端对地都容许有独立的电位，所以把这种输 入端口称为双端型。而输出端口属于单端型。运算放 大器仅对它的输入电压之间的差作出响应，而不对它 们单个的值响应，因此运算放大器也称为差分放大器。
输出串联
端口电阻
R r 1 T
1
r为开环电阻；并联拓扑 用 1 ，串联拓扑用 1。
14
六、运算放大器的供电
（1）给内部晶体管提供偏置 （2）通过运算放大器反过来又要将电源给输出负 载和反馈网络供电
运算放大器用旁路电容供电
15
反相输入的电流流向和功率耗散
io , iEE , iCC , IQ
第二章
信号放大电路
主讲：马艺闻 补充：运算放大器的基础知识
• 参考书：基于运算放大器和模拟集成电路的电 路设计——【美】塞尔吉欧.佛朗哥著；刘树棠 朱茂林 荣玫译；第3版
1
一、放大器
放大器是一种二端口器件,它接受一个称为输入的外 加信号,产生一个称为输出的信号并使输出=增益X输入, 这里增益是指合适的比例常数。满足于这一定义的器件 称为线性放大器。
a
xo
增益的灵敏度
A 1 a A 1 T a
A A
前向通道要求不 高, 但需要高质 量的元件实现反 馈网络和保证跟 踪能力
12
负反馈在干扰和噪声上的效果
x1 代表某些不需要的信号 ， 像输入失调误差和输入 噪声
x2 代表某中间点进入的噪 声， 它可以代表电源的交流 声
静态电源电流
在整个运算放大器中，载有电流的只有两个回路：放 大器输出与输出负载构成的驱动回路；以及从运算放 大器正端电源到负端电源构成的供电回路。
io 0, iEE iCC IQ
16
同相输入的电流流向和功率耗散
iCC iEE io
17
电流流向和功率耗散的例题1：
一反相放大器 R1 10k, R2 20k, vI 3V 驱动一 2 k 的负载。
当信号从源向负载传播 时，首先在输入端口受 到某些衰减，然后放大 器内部放大，最后在输 出端口又有衰减。这些 衰减统称为加载效应。
3
加载效应导致什么？
信号源
放大器
负载
iS
RS
iI
Ri
Asc iI
Ro iO
RL
电流放大器
io Rs Ro Asc is Rs Ri Ro RL
理想的电流放大器 R 0，R
(1) 假定IQ 0.5mA, 求 iCC , iEE 和 io ;
(2)求运算放大器的内 部功率耗散。
18
电流流向和功率耗散的例题2：
当运算放大器作实验时 ，有一台在 10V vS 10V范围内可 变的电压源是很方便的 。（a)利用一块741 运算放大器和一只 100k 的电位器设计一个这样 的电压源。（ b)如果v s设定为 10 V，当将一个 1k的负载接到这个电压源 上时，电压将会变化 多少？
741参数 rd 2MΩ , a 200 V/mV , ro 75
19
习题1
和电压，以及运算放大 器内部耗散的功率。
1 如图所示电路中 IQ 1.5mA,若（a)vI 2V; (b)vI 2V,求全部电流
20
习题2
2 (a) 假定供电电源为 15V电源, 设计一个0V v s 10V范围内
跟随器的作用是在源和负载之间起到一种缓冲作用
10
五、负反馈
源
xi
xd xf
a
xo 负载
误差放大器, 反馈网络, 求和网络
a 电路的闭环增益: A 1 a
Aideal lim A
T
1
环路增益： T a
A Aideal
1 1 1/ T
11
xi
xd xf
vo vD a
7
三、理想运算放大器：
理想运算放大器：
a
理想端口条件：
rd ro 0 iP i N 0
输入电阻为无穷大: 任何一个信号源都 能驱动它,且对前级没有任何负载; 输出电阻为零: 输出能驱动无限个其它 负载; 无限带宽: 任何频率的信号能进行无衰 减的放大 无限的CMRR: 输出共模噪声电压为零; 无限的转换率: 输出电压变化与输入电 压变化同时出现.
x3 代表输出端进入的噪声 ，
xo x3 a2 x2 a1 xi xo x1
或者
它可以代表输出负载的 变化
x3 a1a2 x2 xo xi x1 1 a1a2 a1 a1a2
启示？
13
运算放大器电路中的反馈
输出并联
i o
4
基本放大器及其理想端电阻
为消除在信号放大过程中产生加载效应, 放大器应具备的理想特性
5
二、运算放大器
VCC
-----高增益的电压放大器
vN
vN
vP
VEE
a)
vO vP
vD rd
avD
ro vO
b)
(a) 运算放大器符号和电源连接； (b) 加电的运算放大器等效电路
741运算放大器一般为：
可变电压源。 (b) 假定负载为一个 1k的接地电阻和I Q 1.5mA,求运算放大 器最大内部功耗。
21
信号源 电压放大器 负载
理想的电 压放大器 Ri ， Ro 0
RS vS
Ro vILeabharlann Ri
Aoc vI
vo
RL
2
输出：
RL vo Aoc vI R0 RL
Aoc
称为无载或开路电压增益 ( RL )
输入：
Ri vI vs Rs Ri
源电压－负载增益为
vo Ri RL Aoc vs Rs Ri R0 RL