2.1集成运算放大器的符号、模型和电压传输特性(精)
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负反馈——将反馈信号引向反相输入端，使反馈信号抵消部分输
入信号，保证在输入信号较大时， uid仍然很小，在“虚短路”范围
内，从而集成运算放大器工作在线性放大区。
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
同相输入组态
uid
R1 = ui uO 0 R1 + R2
可以保证运放工作在线性区
6
第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
的表达式。
15
第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
【例 2.3.4】有一运放组成的反相比例放大器，如右图所
示，电源电压UCC = | UEE | = 12 V，求输入信号分别为ui1 =
1sint (V) 和 ui2 = 2sint (V) 时的输出波形图。
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
(2) U+ = U- 0，反相端和同相端电压相等,即“虚短路”；
(3) 闭环放大倍数大于等于1，可以设计成电压跟随器；
Auf
R2 uo = = 1+ ui R1
9
第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
(4) 闭环输入阻抗进一步增大，趋向于理想 条件，即Rif → ；
(5) 闭环输出阻抗源自文库一步减小，也趋向于理想条件， 即Rof → 0。
11
第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
2.
反相比例运算放大器
1)
闭环增益与电压传输特性
Ii = Ii - I f 0
'
Ii = I f
If = U - - UO U - O R2 R2
U- = U+ = 0
Ii =
Ui - U- Ui R1 R1
U i UO Ii = I f = = R1 R2
第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
集成运算放大器是将电子器件和电路集成在硅片上的放大器。
2.1 集成运算放大器的符号、模型和电压传输特性
2.1.1 集成运算放大器的符号
同相输入端的输入信号与输出信号相位相同；
反相输入端的输入信号与输出信号相位相反。
第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
uid = ui+ - ui-：差模输入电压； Auo：集成运放的开环电压放大
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
【例 2.3.1】彰显电压跟随器的隔离 (缓冲) 作用。 有一内阻 Rs = 100 k 的信号源，为一个负载 (RL = 1
k) 提供电流和电压。一种方案是将它们直接相连 (如图
(a) 所示) ；另一种方案是在信号源与负载之间插入一级电 压跟随器 ( 如图(b) 所示) 。试分析两种方案负载 RL 所得 到的电压 uL 和电流 iL 。
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
2. 同相相加器
R1 = R2 Rf R3 || R1 R3 || R2 R3 || R1 Rf uo = 1 + ui1 + ui2 = 1 + (ui1 + ui2 ) R2 + R3 || R1 R R1 + R3 || R2 R R1 + R3 || R1
UO R2 Auf = =Ui R1
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
13
第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
2)
闭环输入电阻
反相比例放大器的特点：
(1) 信号从反相端输入，输出信号与输入信号反相；
(2) U- = U+ = 0，因为同相端电压为零( 接地) ，所以反相端呈现“虚地”特性； (3) 闭环放大倍数 Auf = - R2 / R1；
2.3 2.3.1
由集成运放构成的基本运算电路
比例运算放大器
1. 同相比例运算放大器
R1 uid = ui uO 0 R1 + R2
R2 uo Auf = = 1 + ui R1
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
同相比例放大器的特点：
(1) 信号从同相端输入，输出信号与输入信号同相；
2.1.2 集成运算放大器的模型
倍数；
Ri：集成运放的输入电阻； Ro：集成运放的输出电阻。
理想化
理想化条件
Ri→
Ro→0
Auo→ Ii+= Ii-→0 “虚断路”
2
2.1.3
第2章 集成运算放大器的线性应用基础 集成运算放大器的电压传输特性
线性放大区：uo = Auo(ui+ - ui-) = Auouid
“虚短路”：Auo→ uid→ 0
3
限幅区：uo = UCC 或 UEE，uid 可以较大，不再“虚短路”。
第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
反相电压传输特性
uid = ui- - ui +
4
第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
2.2
扩展线性放大范围——引入深度负反馈
反相输入组态
R2 R1 R2 R1 uid = ui + uo = ui | uo | 0 R1 + R2 R1 + R2 R1 + R2 R1 + R2
【例 2.3.6】利用相减器电路可以构成“称重放大器” 。 试问，输出电压 uo 与重量 ( 体现在 Rx 变化上) 有何关系。
20
第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
2.3.3 相减器
R1 = R2 , R3 = R4 R3 R4 R3 R3 uo = = (ui1 - ui2 ) 1 + R R +R ui1 - R ui2 R1 1 2 4 1
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
2.3.2
相加器
1. 反相相加器
Rf Rf Rf uo = - ui1 - ui2 - ui3 R1 R2 R3
R1 = R2 = R3 = R
=
Rf - (ui1 + ui2 + ui3 ) R
【例 2.3.5】试设计一个相加器，完成 uo = - (2ui1 + 3ui2) 的运算，并要求对 ui1 、 ui2 的输入电阻均大于等于 100 k 。
(4) 闭环输入电阻较小，Rif R1，闭环输出电阻Rof →0。
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
【例 2.3.3】电路如图所示，试问
(1) 运放 A1、A2 的功能各是什么？
U 与输入电压 U A = U (2) 求输出电压 U 的关系式，即总增益 uf o i o i
入信号，保证在输入信号较大时， uid仍然很小，在“虚短路”范围
内，从而集成运算放大器工作在线性放大区。
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
同相输入组态
uid
R1 = ui uO 0 R1 + R2
可以保证运放工作在线性区
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
的表达式。
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
【例 2.3.4】有一运放组成的反相比例放大器，如右图所
示，电源电压UCC = | UEE | = 12 V，求输入信号分别为ui1 =
1sint (V) 和 ui2 = 2sint (V) 时的输出波形图。
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
(2) U+ = U- 0，反相端和同相端电压相等,即“虚短路”；
(3) 闭环放大倍数大于等于1，可以设计成电压跟随器；
Auf
R2 uo = = 1+ ui R1
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
(4) 闭环输入阻抗进一步增大，趋向于理想 条件，即Rif → ；
(5) 闭环输出阻抗源自文库一步减小，也趋向于理想条件， 即Rof → 0。
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
2.
反相比例运算放大器
1)
闭环增益与电压传输特性
Ii = Ii - I f 0
'
Ii = I f
If = U - - UO U - O R2 R2
U- = U+ = 0
Ii =
Ui - U- Ui R1 R1
U i UO Ii = I f = = R1 R2
第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
集成运算放大器是将电子器件和电路集成在硅片上的放大器。
2.1 集成运算放大器的符号、模型和电压传输特性
2.1.1 集成运算放大器的符号
同相输入端的输入信号与输出信号相位相同；
反相输入端的输入信号与输出信号相位相反。
第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
uid = ui+ - ui-：差模输入电压； Auo：集成运放的开环电压放大
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
【例 2.3.1】彰显电压跟随器的隔离 (缓冲) 作用。 有一内阻 Rs = 100 k 的信号源，为一个负载 (RL = 1
k) 提供电流和电压。一种方案是将它们直接相连 (如图
(a) 所示) ；另一种方案是在信号源与负载之间插入一级电 压跟随器 ( 如图(b) 所示) 。试分析两种方案负载 RL 所得 到的电压 uL 和电流 iL 。
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
2. 同相相加器
R1 = R2 Rf R3 || R1 R3 || R2 R3 || R1 Rf uo = 1 + ui1 + ui2 = 1 + (ui1 + ui2 ) R2 + R3 || R1 R R1 + R3 || R2 R R1 + R3 || R1
UO R2 Auf = =Ui R1
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
2)
闭环输入电阻
反相比例放大器的特点：
(1) 信号从反相端输入，输出信号与输入信号反相；
(2) U- = U+ = 0，因为同相端电压为零( 接地) ，所以反相端呈现“虚地”特性； (3) 闭环放大倍数 Auf = - R2 / R1；
2.3 2.3.1
由集成运放构成的基本运算电路
比例运算放大器
1. 同相比例运算放大器
R1 uid = ui uO 0 R1 + R2
R2 uo Auf = = 1 + ui R1
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
同相比例放大器的特点：
(1) 信号从同相端输入，输出信号与输入信号同相；
2.1.2 集成运算放大器的模型
倍数；
Ri：集成运放的输入电阻； Ro：集成运放的输出电阻。
理想化
理想化条件
Ri→
Ro→0
Auo→ Ii+= Ii-→0 “虚断路”
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2.1.3
第2章 集成运算放大器的线性应用基础 集成运算放大器的电压传输特性
线性放大区：uo = Auo(ui+ - ui-) = Auouid
“虚短路”：Auo→ uid→ 0
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限幅区：uo = UCC 或 UEE，uid 可以较大，不再“虚短路”。
第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
反相电压传输特性
uid = ui- - ui +
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
2.2
扩展线性放大范围——引入深度负反馈
反相输入组态
R2 R1 R2 R1 uid = ui + uo = ui | uo | 0 R1 + R2 R1 + R2 R1 + R2 R1 + R2
【例 2.3.6】利用相减器电路可以构成“称重放大器” 。 试问，输出电压 uo 与重量 ( 体现在 Rx 变化上) 有何关系。
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
18
第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
2.3.3 相减器
R1 = R2 , R3 = R4 R3 R4 R3 R3 uo = = (ui1 - ui2 ) 1 + R R +R ui1 - R ui2 R1 1 2 4 1
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
2.3.2
相加器
1. 反相相加器
Rf Rf Rf uo = - ui1 - ui2 - ui3 R1 R2 R3
R1 = R2 = R3 = R
=
Rf - (ui1 + ui2 + ui3 ) R
【例 2.3.5】试设计一个相加器，完成 uo = - (2ui1 + 3ui2) 的运算，并要求对 ui1 、 ui2 的输入电阻均大于等于 100 k 。
(4) 闭环输入电阻较小，Rif R1，闭环输出电阻Rof →0。
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第2 章
集成运算放大器的线性应用基础
【例 2.3.3】电路如图所示，试问
(1) 运放 A1、A2 的功能各是什么？
U 与输入电压 U A = U (2) 求输出电压 U 的关系式，即总增益 uf o i o i