清华杨素行第三版模电第7章.ppt
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1、第一节 理想运放的概念,什么是理想运放,理想运放工作在线性区时的特点,理想运放工作在非线性区时的特点,下页,总目录,一、 什么是理想运放,开环差模电压增益 Aod = 差模输入电阻 Rid = 输出电阻 ro = 0 共模抑制比 KCMR = 输入失调电压 UIo 及其温漂 输入失调电流 IIo 及其温漂 输入偏置电流 IIB =0 - 3dB 带宽 fH = 等等。,所谓理想运放,就是将集成运放的各项技术指标理想化:,下页,上页,首页,为零,为零,下页,上页,实际的集成运放不可能达到上述理想化的技术指标。 但一般情况下,在分析集成运放的应用电路时, 将实际的集成运放视为理想运放带来的误差,
2、在工程上是允许的。 在分析运放应用电路的工作原理和输入输出关系时, 运用理想运放的概念,有利于抓住事物的本质, 忽略次要因素,简化分析的过程。,首页,下页,上页,在各种不同的应用电路中,集成运放的工作范围可能有两种情况:工作在线性区或工作在非线性区。 当工作在线性区时,集成运放的输出电压与其两个输入端的电压之间存在着线性放大关系,即,当工作在非线性区时,集成运放的输出、输入信号之间将不满足关系式:,首页,i+ = i- = 0,u+ = u-,二、理想运放工作在线性区时的特点,1. 理想运放的差模输入电压等于零。,2. 理想运放的输入电流等于零。,uO = Aod ( u+ - u- ),虚短
3、,虚断,下页,上页,首页,三、理想运放工作在非线性区时的特点,uo Aod ( u+ - u- ),uo = + Uopp 当 u+ u-,uo = - Uopp 当 u+ u-,1. 理想运放输出电压uo的值只有两种可能:,2. 理想运放的输入电流等于零。,i+ = i- 虚断,不再存在虚短现象,下页,上页,首页,iI = iF,u+ = u- = 0,u+,u-,例7.1.1 下图中运放为理想运放,列出输入、输出关系式。,上页,首页,第二节 比例运算电路,反相比例运算电路,同相比例运算电路,差分比例运算电路,下页,总目录,这种现象称为“ 虚地”,u- = u+ = 0,一、 反相比例运算电
4、路,为保持参数对称: R2 = R1 / RF,1. 电路组成,u+ = 0,下页,上页,首页,u- = u+ = 0,由 iI = iF,2. 工作原理,下页,上页,首页,仿真,结论:,电路是深度电压并联负反馈电路,理想情况下, 反相输入端 “ 虚地”,共模输入电压低。,| Auf | 可大于 1、等于 1 或小于 1 。,3. 电路的输入电阻不高,输出电阻很低。,2. 实现了反相比例运算 。 |Auf| 取决于电阻 RF 和 R1 之比。 uO 与 uI 反相,,下页,上页,首页,ui = u+,i- = i+ = 0,二、同相比例运算电路,R2 = R1 / RF,Rif = ( 1 +
5、 AodF ) Rid,下页,上页,同相比例运算电路的比例系数总是大于或等于1。,首页,当RF = 0或R1 = 时,比例系数等于1, 此时电路为:,下页,上页,u+ = uI,u- = uO,由于虚短,即u+ = u- ,故,uO = uI,这种电路又称为电压跟随器。,首页,仿真,结论:,电路是一个深度的电压串联负反馈电路。 “虚短”, 不“虚地”,共模输入电压高。 2. 实现了同相比例运算, Auf 只与 RF 和 R1 有关, uO 与 ui 同相,Auf 大于 1 或等于 1。 3. 输入电阻高,输出电阻低。,下页,上页,首页,三、差分比例运算电路,R1 = R1、RF = RF,利用
6、叠加定理得:,下页,上页,首页,iI = iF,下页,上页,首页,结论: 实现差分比例运算(减法运算), Auf 决定于电阻 RF 和 R1 之比, 与集成运放内部参数无关。 2. 共模输入电压高, “虚短”,但不 “虚地”。 3. 输入电阻不高,输出电阻低, 元件对称性要求高。,下页,上页,首页,例7.2.1,(1)求: 电压放大倍数 Au ;,(2)已知A1、A2 的 Aod和 Rid , 求电路的输入电阻Ri 。,电路如图所示:,下页,上页,首页,设R1=1k 设R2=R3=1k, 设R4=R5=2k, 设R6=R7=100k。 已知A1、A2的 开环放大倍数 Aod=105 , 差模输
7、入电阻 Rid=2M。,A1、A2组成同相比例电路,A3组成差分比例电路。,先分析电路,下页,上页,电路可等效为:,首页,解: (1),下页,上页,首页,同理,则第一级的电压放大倍数为:,下页,上页,首页,则第二级的电压放大倍数为:,下页,上页,首页,因此,该数据放大器总的电压放大倍数为:,下页,上页,首页,故数据放大器的输入电阻为:,Ri= 2 ( 1 + AodF ) Rid,R1/2,R1/ 2+ R2,R1,R1 + 2R2,A1 、A2 的输入电阻之和,因参数对称,F =,(2) 由图可见,数据放大器的差模输入电阻等于,=, 2105 M,下页,上页,首页,例7.2.2 设 A 为理
8、想运放: 列出Auf和 Rif的表达式。 (2) R1= 2M , R4 =1k , R2= R3 = 470k , 估算 Auf 和 Rif 的数值。,(3) 若采用虚线所示的反相比例运算电路,为了得到 同样的 Auf 和 Rif 值, R1 、 R2 和 RF 应为多大? (4) 由以上结果,小结 T 形反馈网络电路的特点。,下页,上页,首页,uO = - i2R2 + ( i2 + i4) R3,代入 uO 的表达式可得,uM = - i2R2 = - i4R4,解:,uI = i1R1= i2R1,uO = - (i2R2 + i3R3 ) , 其中 i3 = i2+ i4,i1 =
9、i2,下页,上页,首页,则T 形反馈网络电路的电压放大倍数为:,Auf =,uO,uI,可见,此电路的输出电压与输入电压之间同样存在反相比例运算关系。 由于反向输入端 “虚地” , 电路的输入电阻为: Rif = R1,(2) 将给定参数值分别代入上式:,=,Rif = 2 M,Auf = - 110. 9,下页,上页,首页,(3) 若要求Rif = 2 M ,则 R1 = Rif = 2 M,R5 = R1 / RF,RF = |Auf | R1,Auf = -,RF,R1,= - 110. 9,= 221. 8 M,= ( 110. 9 2 ) M,= 1. 98 M,下页,上页,首页,(
10、4) 由分析和计算的结果可知 , 本 T 形反馈网络的特点是, 在电路中电阻的阻值不至太高的情况下, 可同时获得较高的电压放大倍数和较高的输入电阻。,下页,上页,首页,第三节 求和电路,反相输入求和电路,同相输入求和电路,下页,总目录,为使两输入端对地电阻平衡, R 应为 : R= R1 / R2 / R3 / RF,一、 反相输入求和电路,下页,1. 电路结构,上页,首页,又因 “虚地”,则,由于“虚断”, i1 + i2 + i3 = iF,若电路中电阻的阻值满足 R1 = R2 = R3 = R,则,下页,上页,2. 工作原理,首页,仿真,优点: 调节灵活方便; 共模电压很小; 实际工作
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