模拟电子技术基础 黄瑞祥 课件 第1章 运算放大器.ppt

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1、1集成运算放大器集成运算放大器简称为运放。它是一种十分接近理想的增益器件。利用集成运算放大器可以简化电路的设计，应用十分广泛。OP-07LM3241集成运算放大器学习要求：掌握理想运算放大器的工作性能与端口特性；分析运算放大器的同相、反相及差分三种基本方式的工作原理与性能特点；熟悉运算放大器的基本应用与电路设计；熟悉运算放大器的供电方式。1集成运算放大器1.1理想运算放大器的功能与特性1.2运算放大器的反相输入分析1.3运算放大器的同相输入分析1.4运算放大器的差分输入分析1.5仪表放大器1.6积分器与微分器

2、1.7运算放大器的电源供电1.1理想运算放大器的功能与特性1.1.1电路符号与端口从信号的观点来看，端口1、端口2为输入端，端口3为输出端。如图1-1-1(a)所示。从供电的观点来看，需要两个直流电源供电，其中端口4为正电源，端口5为负电源。如图1-1-1(b)所示。通常情况下为对称电源。其他端口：如相位补偿端口、调零端口等。图1-1-1运算放大器的电路符号及端口1.1.2功能与特性1.1理想运算放大器的功能与特性端口输入阻抗为无穷大；端口输出阻抗为零；开环增益A为无穷大；无限大的频带宽度和共模抑制比；趋于零

3、的失调和漂移。功能：理想化条件：检测两个输入端的电压信号差值并将该差值乘以数值A后在端口3输出。即其中A为差模增益，也称为开环增益。1.1.2功能与特性1.1理想运算放大器的功能与特性图1-1-2反相输入端：表示由该端电压v1与输出电压v3反相，用“-”号表示同相输入端：表示由该端电压v2与输出电压v3同相，同“+”号表示等效电路模型：1.1.2功能与特性1.1理想运算放大器的功能与特性虚短路：当运算放大器工作在线性状态时，只要运算放大器的输出电压v3为有限值时，输入信号的差量就必趋于零，即：端口1与端口2应

4、看作短路，但实际上v1、v2又不是真正的短路，因此将此称为“虚短路”。虚开路：由于输入端口的输入阻抗为无穷大，因此输入端口电流为零，即：可见端口1、端口2应看作是开路，但实际上又不是真正的开路，因此将此称为“虚开路”。特性：运算放大器的工作方式：反相输入工作方式；同相输入工作方式；差分输入工作方式。1.2运算放大器的反相输入分析反相放大器的基本电路1.2运算放大器的反相输入分析运算放大器的反相输入工作方式也称为反相放大器，即输入信号从反相端输入，它的基本电路如图1-2-1(a)所示。它是由一个运算放大器与两个

5、电阻R1和R2组成。电阻R2从运算放大器的输出端连接到反相输入端构成闭合环路。电阻R1是计及信号源vs内阻的外接电阻。图1-2-1反相放大器1.2.1闭环增益G定义：输出电压与输入电压之比，即分析：假设运算放大器是理想的，利用其虚短路的特性，则有v1=v2，因为v2=0，则v1=0，此时端口1也称为虚地，即它的电压为零但不是实际接地。1.2运算放大器的反相输入分析又因为理想运算放大器的输入端口为虚开路，即端口输入电流为零,则有：闭环增益为：1.2.1闭环增益G说明：1.2运算放大器的反相输入分析闭环增益是由两

6、个电阻和的比值决定；负号表示闭环放大器将信号反相，即输入、输出信号的相位差为180o，因此称为反相放大器。对于正弦波输入时，其输入、输出波形如上右图所示1.2.2输入、输出阻抗输入阻抗Ri：输入端口的电压电流之比因此有：即为端口1与信号源之间的外接电阻。输出阻抗Ro：依据理想放大器的条件，其输出阻抗为1.2运算放大器的反相输入分析1.2.3有限开环增益的影响1.2运算放大器的反相输入分析对于实际的运算放大器，其开环增益A为有限值时，依据式端口电压v1≠v2，不再满足虚短路原理。此时，则有：说明：开环增益A足够

7、大，实际的运放可看作是理想的。例1：在下图所示的电路中，假设运算放大器是理想的，使导出该电路的闭环增益的表达式。解：依据理想运算放大器的特点则有：1.2.4加权加法器1.2运算放大器的反相输入分析说明：输出信号是输入信号的加权和，称为加权加法器。其中：为权重系数多个输入信号分别通过不同电阻连接到运算放大器的反相输入端，实现加权加法电路，如图1-2-5所示。图1-2-5则输出电压为：例2：利用运算放大器设计一个实现如下算法的电路。令要求运算放大器必须采用反相输入方式，并且要求对应输入信号v1的输入阻抗为10K，

8、对应输入信号v3的输入阻抗为5K。试设计该电路并确定电路中的各电阻取值。分析：当需要相反符号的信号进行加法时，可利用两级反相放大器的级联来实现。则有因为可见，该电路是由两级的加权电阻组成，电路结构如图1-2-7所示。确定各电阻取值：v3的输入阻抗为5K，则R3取为5K，加权系数为4，则电阻RC=4R3=20K。v1的输入阻抗为10K，则R1取为10K，加权系数为1，则电阻RA=R1=10K，v2加权