运算放大器分析

分
机
vp P
电 2.3.1 同相(比例)放大器 特例
工
vid
A
vo
程 5.电压跟随器
学
vn N
院
Av
vo vi
R1 R2 R1
1
R2 R1
vi
vf
R2
若R1∞，R2=0
R1
Av 1
这样的电路叫电压跟随器。
模 拟
它的输入阻抗R1∞， 输出阻抗Ro=0，
vi
v A A v v O2= V1 V2( P- N)
拟
电 运算放大器的放大能力主要由中间级提供，中间级一般采用的是
路 部
共射极放大电路，其放大倍数可达几千倍。
分
1.集成电路运算放大器的内部组成单元
P
•
•ຫໍສະໝຸດ Baidu
• V+
vP
vN
输入级 中间级 输出级
差分放大 Av1
vO1 电压放大
Av2
vO1 功率放大
机
电
工 程
3.运放的电压传输特性
学 院
vO/V
+vom=V+ a
正饱和区
vO=AVO (vP-vN)
线性区
O
v v ( P- N)/mV
v 负饱和区 - om=V-
模 拟
比如：电源电压±VCC=±10V。
电 路
运放的AVO=104
部 分
则:│Vi│≤1mV时，运放处于线性区。
2.2理想运算放大器
部 “虚地”。(imaginary ground)。
分
机
电 2.3.1 同相(比例)放大器
工 程
3.虚短与虚断
学
院 2)虚断
ip
P
由于理想运放的ri ∞，故
iN
A
vo
两输入端电流0。即：
N
ip in 0
vi
vf
R2
这一个特征称为“虚
R1
断”。即两输入端电流
模 拟
趋近于0。
电
路 虚短和虚断的概念对分析由运放组成的各种线性作用电路非常 部 重要。
1. 输出电压的饱和极限值等于运放的电源电压， 即:+Vom=V+，-Vom=V2. 开环电压增益Avo无穷大，当(vp-vn)很小，仍使运放处于饱和区。 3. Vo未饱和时，差分输入电压(vp-vn)必趋近于0值。 4. ri无穷大，iP0，iN0 5. ro0
在分析时将一般运放看成理想运放。
机 电
部
分
机
电 2.3.1 同相(比例)放大器
工 程
3.虚短与虚断
学
院 1)虚短
vp P
因为Avo→∞， 则vid=vP-vn=vo/Avo0，
vid
A
vo
vn N
vi
所以vp≈vn。这样，两个 输入端可以认为是虚连接，
vf
R1
R2
称为“虚短” 。
模
拟
电 路
当其中一个输入端接地时，另一个输入端也为零电位，称为
2.3基本线性运放电路
工 程
2.3.1 同相(比例)放大器
学
院 1.基本电路
vo经过反馈元件R1、R2送回 到运放的反相输入端“-”，
vf 称为反馈电压。
vi
vp (+)P vid
v(n+)N
(+)
vid=vp-vn
A
vo
(+)
2.负反馈的作用:
R2 R1 vf
模
拟 电 路
负反馈作用就是利用输出电压vo通过反馈元件对放大电路起自 动调整作用，从而牵制了vo的变化，最后达到输出稳定平衡。
Av3=1
vO
v A v v O1= V1( P- N)
v A A v v O2= V1 V2( P- N)
N
•
•
• V-
(3)输出级：无电压放大功能，输出电阻低，可以提高带负载的能
力，并具有过载保护功能。
v A A v v O= V1 V2( P- N)
定义： 开环电压增益:AVO=AV1AV2
电 工
1.集成电路运算放大器的内部组成单元
程P
•
•
学 院
• V+
vP
vN
输入级 中间级 输出级
差分放大 Av1
vO1 电压放大
Av2
vO2 功率放大
Av3=1
vO
v A v v O1= V1( P- N)
v A A v v O2= V1 V2( P- N)
N
•
•
(1)输入级：差分放大电路组成。
分
机
电 2.3.1 同相(比例)放大器
工 程
4.几项技术指标的近似计算
学
院 1)电压增益
而
vi vp vn
vi
vp vf
R1 R1
R2
R1 R1 vo
R2
vo
vi
vp P
vid
A
vn N
vf
R2
vo
Av
vo vi
R1 R2 R1
1
R2 R1
R1
i1= i2
模
拟 电
Av :闭环电压增益
工 程 学
1.集成电路运算放大器的内部组成单元
P
•
•
院
• V+
vP
vN
输入级 中间级 输出级
差分放大 Av1
vO1 电压放大
Av2
vO2 功率放大
Av3=1
vO
v A v v O1= V1( P- N)
v A A v v O2= V1 V2( P- N)
N
•
•
• V-
模 (2)中间级：电压增益大。
• V-
对于高增益的直接耦合放大电路，减少零点漂移的关键在于第一
模 拟
级，所以要求输入级抑制共模能力强，可以抑制温度变化和电源
电 电压波动带来的影响，因此输入级都采用差分放大电路。
路 部 分
P 端:同相输入端。 N 端:反相输入端。
v A v v O1= V1( P— N)
机 电
2.1 集成电路运算放大器
路 部
与运放的外部电路的元件值R1、R2有关，与运放本身
分 (Avo、ri、ro)无关。
机
电 2.3.1 同相(比例)放大器
工
程 4.几项技术指标的近似计算
学
vp P
院
2)输R入i 电 v阻iii Ri
vid
A
vo
vn N
ii 0
vi
Ri∞
vf
R2
R1
3)输出电阻Ro
模 推理……
拟
电
路
Ro0
部
即运放中输出端到输入端无外接反馈元件时的电压增益。
v A v v O= VO ( P- N)
机 电
2.1 集成电路运算放大器
工 程
运放的代表符号
学
院
模拟集成放大器的符号
(a) 国家标准符号 (b)国内外常用符号
模 拟 电 路 部 分
机 2.运放的电路模型
电 运放的模型可以用一个含有输入端口、输出端口和供电电源端口
工 程
的电路模型来表示。
学
院P
V+
vP
vN
N
rO
ri
A v v VO ( P- N)
V-
vO
模 AVO ：通常很高，在104以上 拟 ri ：通常很大，在106Ω以上
rO ：通常很小，在100Ω以下
电 路
电路模型中的输出电压vO，不可能超过正负电源电压。
部 分
vO的正饱和极限值+VOm=V+ ,负饱和极限值-Vom=V-。
机
电 工
第二章 运算放大器
程
学
院
运算放大器是采用一
定的制造工艺，将大量半导
体三极管、电阻、电容等元
件及它们之间的连线制作在
小块单晶硅的芯片上，具有
一定功能的电子电路。
运算放大器是具有高增益的
模
直接耦合多级放大电路，它
拟 电
是模拟集成电路最重要的品
路
种，广泛应用于各种电子电
部 分
路之中。
机 2.1 集成电路运算放大器