模电集成运放及其基本应用

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第2章 集成运放及其基本应用
Ii
Ui
Ri1
放大 电路
Ⅰ
Ro1wk.baidu.com+
Uo-1
Ri2
放大 电路
Ro2 +
Ⅱ Uo-2
Io
+ Uo RL -
后级放大电路的输入电阻是前级放大电路的负载电 阻；
前级放大电路的输出是后级放大电路的信号源，信 号源的内阻是前级放大电路的输出电阻。
（3）通频带 放大电路的放大倍数与信号频率的关系曲线称为幅 频特性。
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第2章 集成运放及其基本应用
作为放大电路性能指标的放大倍数是指中频放大倍 数Am。
Au
Aum
0.707Aum
fL 下限截 止频率
上限截 fH 止频率
f
通频带： fBW=fH–fL
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第2章 集成运放及其基本应用
（4）最大不失真输出电压
最大不失真输出电压是在不失真的前提下能够输出 的最大电压，一般用Uom表示。
放大电路 （扩音机）
较大声音
电信号
直流电源
能量转换器，将直流 电能转换成交流电能
任何放大电路都需要直流电源供电。
放大电路放大的本质是能量的控制和转换。
在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源的能 量转换成负载所获得的交流能量，使负载从电源获得 的能量大于信号源所提供的能量。
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第2章 集成运放及其基本应用
2. 电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千 欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代 替或外接。
3. 几十 pF 以下的小电容用PN结的结电容构成、 大电容要外接。
4. 二极管一般用三极管的发射结构成。
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第2章 集成运放及其基本应用
2.2.2 集成运放的符号及其电压传输特性
VCC为直流工作电
Ri=Ui/Ii 在信号源确定的情况下，Ri越大，从信号源索取的 电流越小，信号源内阻的压降越小，放大电路的输入 输 R电i应入压若若减电将要要小阻越从 从。UR大R信 信-Si+S应。号 号增源 源大获获U；得得Iii 更更大大R的的i 放电输输大路入入U电电R-o+o压流， ，则 则U放 放-+oI大 大o 电 电R路 路L 的 的
理想运放的条件
Ao
ri ro 0
u+=u-，uP=uN，称为虚短路。
Ii 0 即iP= iN=0。
虚开路
放大倍数与负载无关。分析多 个运放级联组合的线性电路时 可以分别对每个运放进行。
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第2章 集成运放及其基本应用
2. 工作在非线性区（开环或引入正反馈时，输出端 与同相输入端间接有无源网络）的特点
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第2章 集成运放及其基本应用
输出电阻Ro是从放大电路输出端往放大电路方向看 进去的等效电阻。
Uo
RL Ro RL
Uo
Ro
Uo Uo Uo
RL
Ro越小，RL变化I时i ，Uo的变化越小，称为Io放大电路
的带若若负RRoo载趋趋UR能于于-S+S力0无，越穷则强大U其。i，输则出其R近i输放电似出大路为近恒UR似-o+o压为源恒；流U-+源o 。 RL
输入电压（即反相输入端
与同相输入端之间的差值 电压）之间的关系曲线称
+UOM ui
为电压传输特性，即
uo=f(uN-uP)
-UOM
当集成运放工作在线性区时，
uo=Aod(uN-uP)
线性区
通常Aod非常高，可达几十万倍，因此集成运放电 压传输特性中的线性区非常之窄。
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第2章 集成运放及其基本应用
2.2.3 理想集成运放
u-
-
输入电阻
rid u+
+
输出电阻
ro
+ -
uo =Aod(u+-u-)=Aodud
ud=u+-u-，称为差分输入电压。 若rid=∞、ro=0、Aod=∞，则称为理想运放。
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第2章 集成运放及其基本应用
2.2.4 理想运放两个工作区域的特点
1. 工作在线性区（引入负反馈时，运放的输出端与 反相输入端间接有无源网络）的特点
源
反相输入端uN
+VCC
-
同相输入端uP
Aod
+
差模开环 放大倍数
输出端uo
“+”、“-”号表示两种不同 -VCC
性质输入端的标志。
ui
信号从uP端输入时，输出信
号与输入信号同相；
_ Ao uo +
+
信号从uN端输入时，输出信号与输入信号反相。
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第2章 集成运放及其基本应用
集成运放的输出电压与 饱和区 uo
2. 放大电路的性能指标 （1）放大倍数A 输出量与输入量之比就定义为放大倍数。
即
电压放大倍数：输出电压相输量入与输入电压相量之比，
输出量
Auu
Au
U量o Ui
Aii
Ai
Io Ii
Aui
Uo Ii
Aiu
Io Ui
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第2章 集成运放及其基本应用
（2）输入电阻Ri和输出电阻Ro 输入电阻Ri是从放大电路输入端看进去的等效电阻， 定义为输入电压的有效值Ui和输入电流有效值Ii之比， 即
2.2 集成运算放大电路
集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导
体基片上。
集成电路的优点：
工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、 功耗小。
集成电路的分类：
模拟集成电路、数字集成电路； 小、中、大、超大规模集成电路；
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第2章 集成运放及其基本应用
集成电路内部结构的特点：
1. 电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方 向一致，温度均一性好。
电子电路放大的基本特征是功率放大。 放大的对象是变化量。 对放大电路的基本要求是不失真。 能够控制能量的元件称为有源元件。
2.1.2 放大电路的方框图及其性能指标
1. 放大电路的方框图
Ii
Io
RS U-S+
输 入Ui 端
放大 Ro Ri 电路 U-o+
输+
U出o RL 端-
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第2章 集成运放及其基本应用
第2章 集成运放及其基本应用
第2章 集成运放及其基本应用
2.1 放大的概念和放大电路的性能指标 2.2 集成运算放大电路 2.3 理想运放组成的基本运算电路 2.4 理想运放组成的电压比较器
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第2章 集成运放及其基本应用
2.1 放大的概念和放大电路的性能指标
2.1.1 放大的概念
u
（5）最大输出功率和效率
在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最 大功率称为最大输出功率Pom。
此时，输出电压达到最大不失真输出电压。
放大电路中供电的直流电源能量的利用率称为效率 η，则放大电路的最大输出功率Pom与直流电源提供的 功率Pv之比，即
Pom
Pv
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第2章 集成运放及其基本应用