1、第二章 理想運放及其線性應用本章主要內容o 運放相關概念o 理想模型與分析方法o 線性基本運算電路o 其他應用電路o 非理想運放的工作性能運算放大器的特點o 縮寫為op-ampo 運放內部含有多級放大電路o 對差模信號具有高增益，同時輸入阻抗高， 輸出阻抗低o 典型應用包括放大電路、振蕩器、濾波電路和多種類型的裝置電路。定義：差模信號與共模信號對于任意一對信號v1和 v2，其差模信號定義= v2 - v1= v1 + v2vid為：其共模信號定義v為icm2則這一對信號可以用其差模信號與共模信號的代v數=和v來表- v示id ：+ vidv= v1icm2icm22定義：差分放大器o 差分放大

2、器有兩個輸入端口和一個輸出端口o 對于一對信號 v1和v2vo，定義放大器差模增益= vo為=Avdv - vvid21=vv=A o o定義共模增益為vcm(v + v ) / 2vicm12o 差分放大器的功能為放大差模信號，抑制共模信號運算放大器的電路符號v1v213vo2vo = A(v2 - v1 )運算放大器（運放）是一類典型的差分放大器電壓型運放的一般等效電路實際運放參數：o 差模開環增益一般在100dB以上o 共模抑制比一般在100dB以上o 輸入阻抗一般在M及以上o 輸出阻抗一般為級o 帶寬較低o 失調和漂移很低2.1 集成運放理想模型與分析方法o 理想運算放大器的特點：nn

3、nnnn無限大差模開環增益無限大共模抑制比或零共模增益無限大輸入阻抗零輸出阻抗無限大帶寬零失調和零漂移理想運放的等效電路模型v1VoA(v2v1)v2實際運算放大器與理想運算放大器傳輸特性曲線voVovomaxvomin/Av2-v10V -V12vomax/Avomin線性區工作的理想運放特點應用理想運放模型，可得o虛短= voQ A v+ v-v - v+-Ao虛斷輸入電阻i+= i- 02.2 集成運放線性基本運算電路o 反相組態vo- v=“虛短”“虛斷”v21A反相組態的增益= i-= 0i+= vI= ii21R10 + 0V-= vI RiIvv= 0 - I R1o2R1v1

4、= 0虛地= vO= - R2A閉環增益vvRI1反相組態的輸入電阻o 根據輸入電阻的定義，可推導反相組態的Ri：vvi2R = R i i i1iii1i1虛地反相組態的輸出電阻o 根據輸出電阻的定義，可推導反相組態的Ro：R2根據實際運放模型可得roA(R1 | ri )R1R =| (R | r + R )o1i21+R2 + (R1 | ri )roIXriA(v2v1)VxRo 0ri 0ro又根據理想運放模型，有反相組態小結o 增益A = - R2vR1= R1Rio 輸入阻抗o 輸出阻抗 0RoQ：該電路符合理想電壓放大器要求么？反相組態的改進R2R4輸入阻抗Ri = R1輸出阻

5、抗Ro 0R3R1A1VidViVO5Vx7i2i4R2R44反相組態的改進R3i36推導放大器增益：3i12R10電路工作性區A1Vid1由虛短可得v+ = v- = 0又由虛斷可得 i-VVOi8= 0(1)vii = i =12R1由KCL可得= i2 + ii4(2)35Vx7反相組態的改進i2i4R2R44R3且vvi36i3= -i = -ix,x21R1023RR23A1Vidv - v1i = xo ViV84OR4與（1）、（2）聯立可得vo= - R21+R + R44vRRR1 3 i2反相組態的改進o 假設要求設計一個增益為100，輸入電阻為1M的反相放大器，且要求不適

6、用大于1M的電阻n 若采用標準反相組態電路，則有Ri = R1 = 1M W又A = - R2= -100vR1 R2 = 100M W反相組態的改進R2R4n采用改進的反相組態電路R = R = 1M WRi13R2R4R4Av = - R 1+ R + RR1123A1Vid因為不能使用超過1M的電ViVO阻，因此取R2 = 1M WR4 = 1M W R3 = 10.2kW取2.2.2 同相組態同相組態的增益vIR1vIvIR1 0= 0V vIdR v R2 = vI 1+vO = vI +IR12R1= vO= 1+ R2A閉環增益vvRI1同相組態的輸入電阻= vi Riii同相組

7、態的輸出電阻o 根據輸出電阻的定義，可推導反相組態的Ro：R2根據實際運放模型可得roA(R1 | ri )R1R =| (R | r + R )o1i21+R2 + (R1 | ri )roIXriA(v2v1)VxRo 0ri 0ro又根據理想運放模型，有同相組態小結o 增益A = 1+ R2vR1Ri o 輸入阻抗Ro 0o 輸出阻抗Q：該電路符合理想電壓放大器要求么？電壓跟隨器同相組態的特例Ri Ro 0AV 12.3 其他應用電路o 求和電路o 求差電路o 儀用運算放大器o電路和微分電路在掌握最基本的運放電路基礎上，利用疊加原理分析應用電路2.3.1 求和電路o 反相求和電路vi1

8、+ vi 2+ vi3= - voR1R2R3R4v = - R4 v- R4- R4vvoi1i 2i3RRR1232.3.1 求和電路v= (1+ R4 )R2 | R3vo 同相求和電路o1i1R + R | RR5123v= (1+ R4 )R1 | R3vo 2i 2R + R | RR5213v= (1+ R4 )R1 | R2vo3i3R + R | RR5312R2| R3|= (1+v)()oRR |RR| RRR | R1232133122.3.2 求差電路- v-= v- - vovi1R1- v+R2= v+ - 0vi 2R3R4v= (1+ R2 )R4R + R-

9、 R2vvoi 2i1RR1341標準差分電路設計v = (1+ R2 )R4- R2v = A(v- v)vvoRR + Ri 2i1oi 2i1R1341R4= R2(1+ R2 )R4= R2故可以令R1R3 + R4R1R3R1一般取 R1 = R3，R2 = R4，則最終表達式為= R2(v- vv)oi 2i1R1標準差分電路設計o 該電路的輸入電阻為- vi1= vi 2= R + R = 2RRi131iio 該電路的輸出電阻為0o 減法電路也稱為差分放大器= R2(v- vv)oi 2i1R1Q：是否與反相組態相似，存在同樣的問題？2.3.3 儀用運算放大器o 儀用運算放大器

10、也叫三運放電路，也是一類差分放大器o 儀用運放的特點：高共模抑制比(70100dB)、高輸入阻抗(1091012)、低噪聲( 10R電A+電路的應用Cvi10VviRvo-A10k020406080t(s)+-10V對左圖所示的器，采用如由圖所示的方波激勵，在t = 0時，電容的初始電壓為0，運放的電源為10V，試畫出輸出電壓vo的波形。5nF電路的應用tvvviv (t)=v (20ms)-i t=-4-i (t -20)20t 40msooRCRC10Vvi5nF20R(-10)(40-20)10-6v-vo (40ms)=-4-40 t 60ms= 0VoA10k10103510-90204060+80t(s)tvvvo (t) =vo (40ms)-i t=-i (t -40)RCRC40-10V-6(60ms) = - 10 (60 - 40) 101RCt0= -4Vv= -v (t)v (t)dto10103 510-9oitvv60 t 80msvo (t)=vo (60ms)-=-4- i (t -60) i t當t = 0 時，vo (t) = 0RCRC60(-10)(80-60)10-610 103 5 10-9vo (80ms)=- 4-= 0Vtvvvo (t) = - = - iitt0 t 20msRCRC010 20 10-6v (20