【模电】第二章运算放大器_模电放大器

2.运算放大器

2.1 集成电路运算放大器

1.集成电路运算放大器的内部组成单元

• 1.输人级由差分式放大电路组成，利用它的电路对称性可提高整个电路的性能;

• 2.中间电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成;

• 3.输出级的电压增益为1，但能为负载提供一定的功率

  注意>是运放的开环电压增益，即运放由输出端到输入端无外接反馈元件时的电压增益，运放电路的功能是用来放大两个输入信号的差值

• P、N 两端分别称为同相输人端（用符号"+“表示）和反相输入端（用符号”-"表示）

意即当P端加人电压信号$v_P$ $v_N$=0时，在O端得到的输出电压$v_O$与$v_P$同相;而当在 N端加入电压信号$v_N$$v_p$=0时，$v_O$与 $v_N$反相

2.运算放大器的电路简化模型

• 输入端口用输入电阻$r_i$来等效，输出端口用输出电阻$r_0$和与它串联的受控电压源$A_{vo}$($v_p$-$v_N$)

3.运算放大器的传输特性

• 线性区

特性的ab 段几乎是一条垂直线，这是因为它的斜率 A的值很大的缘故，所跨越的范围称为线
性区。

• 非线性区，又称限幅区。

上、下两条水平线，分别表示正、负饱和极限值，+V=$V_{+}$、-V=$V_{-}$，

为使由集成运放所组成的各种应用电路能稳定地工作在线性区，必须引人负反馈②，是将运放输出端0 与反相输入端N 通 过其他元件相连形成负反馈共同构成闭环状态。

2.2 理想运算放大器

理想运放主要特性

2.3 基本线性运放电路

2.3.1 同相放大电路

1、基本电路

满足虚短和虚断[>>在同相放大电路中，加到两输入端的电压大小接近相等。相位相同是它在闭环工作状态下
的重要特征

2、几项技术指标的近似计算

1.闭环电压增益 A。

为接人$R_1$、$R_2$，后的电压增益，称为闭环电压增盖。$A_u$，为正值，表示$v_o$与$v_i$同相。并且总是
大于1，至少等于1。

2.输入电阻

3.输出电阻

同相放大电路的特性是增益$A_u$≥1为正，

3.电压跟随器

它的输入电阻$R_i$→$\infty$，输出电阻$R_o$→0，故它在电路中常作为阻抗变换器（缓冲器）或功率放大器，，，。缓冲器多为单 位增益放大电路，一般接在高阻信号源和低阻负载之间。

• 作用：当负载变化时，输出电压几乎不变，从而消除了负载变化对输出电压 $v_o$的影响。

2.3.2 反相放大电路

1. 基本电路

• 输入电压 $V_i$通过 R，作用于运放的反相端，$R{.}_2$跨接在运放的输出端和反相端之间，电路引人了负反馈，同相端接地。
• 虚地 ¹的存在是反相放大电路在闭环工作状态下的重要特征。

2. 几项技术指标的近似计算

• （1）闭环电压增益
  
• （2）输入电阻 ²$R_i$，和输出电阻$R_o$。
• 

由于理想运放的输出电阻$r_o$→0，因此，与同相放大电路类似，输出电阻 $R_o$→0。

2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用

2.4.1 求差电路

• 图2.4.1所示电路是用来实现两个电压v、v。相减的求差电路，又称差分放大电路。

• 从电路结构上来看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。

• 为差模电压增益 $A_{vd}$，

• 输入电阻
  

2.4.2 仪用放大器

• 图可知，两个同相输入接法的运放 $A_1$，$A_2$(引入负反馈)，组成第一级差分放大电路。运放 $A_3$，组成第二级差分放大电路。
• 此电路抑制干扰信号能力强。
• 电压增益过于复杂，掌握推
  

2.4.3 求和电路

• 求和（加法）运算的表达式
  
• 负号是因反相输入所引起的。–>求和电路也可以利用同相放大电路组成（见图题2.4.7a）。
  

2.4.4 积分电路和微分电路

1…积分电路

• 原理
  
• 上式表明，输出电压$v_o$为输人电压$v_i$对时间的积分，负号表示它们在相位上是相反的。又称
  反相积分器。图中 $v_o$=$-v_c$
• 积分电路的用途:
• 
• 为解决这个问题，常在电容C两端并联一个电阻，该电阻提供了直流通路，构成一负反馈环，防止运放进人饱和状态。
  

2.微分电路

• 原理
  

• 上式表明，输出电压 v。正比于输入电压v，，对时间的微商，负号表示它们的相位相反。式中RC是微分时间常数。

• 微分电路的应用是很广泛的，在线性系统中，除了可进行微分运算外。在数字电路中，常用来进行波形变换，例如将矩形波变换为尖顶脉冲波
  

运算放大器主要思想

• 含有负反馈的放大器总是满足虚短和虚断
• 这一节经常用到的列方程思路
  

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1. 虚地：由虚短的概念可知，反相放大电路中$V_n$.≈$V_p$=0，因此反相输人端的电位接近于地电位，故称"虚地"， ↩︎

2. 输人电阻 R;为从电路输人端口看进去的电阻， ↩︎