第二章 运算放大器基础1 2学时

vo vs
?
Ri Rs ? Ri
Aoc
RL R0 ? RL
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 。
加载效应导致什么？
3
信号源
放大器
负载
iS RS
iI Ri
AsciI Ro iO
RL
电流放大器
io is
?
Rs Rs ? Ri
Asc
Ro Ro ? RL
8
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
RS
?
?
vS
?
vO
?
?
RL vL vS
?
vI
?
?
?
a)
b)
分析负载 的电流和 功率消耗 由谁提供 ?
?
RL vL ?
(a) 直接连接； (b) 经由电压跟随器连接以消除加载效应
(b) 假定负载为一个1k? 的接地电阻和IQ ? 1.5mA,求运算放大 器最大内部功耗。
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x3 代表输出端进入的噪声 ， 它可以代表输出负载的 变化
xo ? x3 ? ? a2 x2 ? a1?xi ? ? xo ? x1 ??
或者
xo?
a1a2
1? a1a2?
? ?? xi ?
?
x1 ?
x2 a1
?
x3 a1a2
? ???
启示？
13
运算放大器电路中的反馈
输出并联
输出串联
端口电阻
R ? r ? ?1? T ??1
741运算放大器一般为：
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 ? a?vP ? 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 。
rd ? 2MΩ , a ? 200V/mV ,
ro ? 75?
19
习题1
1 如图所示电路中 IQ ? 1.5mA,若（a)vI ? 2V;(b)vI ? ? 2V,求全部电流 和电压，以及运算放大 器内部耗散的功率。
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习题2
2 (a) 假定供电电源为 ? 15V电源, 设计一个0V ? vs ? 10V范围内 可变电压源。
r为开环电阻；并联拓扑用 ? 1，串联拓扑用 ? 1。
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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
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反相输入的电流流向和功率耗散
io , iEE , iCC , IQ
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 。
理想的电流放大器
R ? 0，R ? ?
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
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二、运算放大器
----- 高增益的电压放大器
VCC
? vN
?
vP ?
VEE a)
vN
vO
vD rd
?
ro
avD
vO
vP
?
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
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 。
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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vs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
vD
?
vo 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 ? iN ? 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.
信号源
RS
?
vS
?
vI
?
电压放大器
Ro
?
Ri
Aoc v I
负载
?
vo
RLwenku.baidu.com
?
理想的 电 压放大器
Ri ? ? ，
Ro ? 0
2
输出：
vo
?
RL R0 ? RL
Aoc vI
Aoc 称为无载或开路电压增益 (RL ? ? )
输入：
vI
?
Ri Rs ? Ri
vs
当信号从源向负载传播
源电压－负载增益 为
时，首先在输入端口受
io ? 0,iEE ? iCC ? IQ
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同相输入的电流流向和功率耗散
iCC iEE io
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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 2k? 的负载。 (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。
跟随器的作用是在源和负载之间起到一种缓冲作用
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五、负反馈
源
xi
?
? xd
a
?
xf
?
xo 负载
误差放大器 , 反馈网络 , 求和网络
电路的闭环增益 :
A?
a
1? a?
Aideal
?
lim
T? ?
A?
1
?
环路增益： T ? a?
A?
Aideal
1 ?
1? 1/T
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xi
?
? xd
a
?
xf
?
增益的灵敏度
?A A
?
1
1 ?T
?? ?
?a a
?? ?
? A ? ? ?? ? ? ?? A ?? ?
xo
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
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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