1248zch05、信号运算电路5

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1、模拟电子技术基础模拟电子技术基础电子教案电子教案 V1.0陈大钦陈大钦 主编主编华中科技大学电信系华中科技大学电信系 邹韬平邹韬平2章目录章目录模拟电子技术基础模拟电子技术基础第第1章章 绪论绪论2学时学时第第2章章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路4学时学时第第3章章 半导体三极管及其放大电路基础半导体三极管及其放大电路基础 14学时学时第第4章章 多级放大电路及模拟集成电路基础多级放大电路及模拟集成电路基础6学时学时第第5章章 信号运算电路信号运算电路4学时学时第第6章章 负反馈放大电路负反馈放大电路6学时学时第第7章章 信号处理与信号处理与产生产生电路电路4学时学时第第8

2、章章 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路4学时学时共：共：44学时学时第第9章章 功率放大电路功率放大电路第第10章章 集成运算放大器集成运算放大器第第11章章 直流电源直流电源2个个器件器件BJTFET二极管二极管核心核心内容内容1个个电路电路三极管三极管放大电路放大电路集成运放集成运放完美的完美的放大电路放大电路核心核心基础基础5 信号运算电路信号运算电路5.2 集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数5.4 加减运算电路加减运算电路5.7 集成运放性能指标对运算误差的影响集成运放性能指标对运算误差的影响5.1 运算放大器的工作原理运算放大器的工作原理5.3 运算电路的三种输

3、入方式运算电路的三种输入方式5.5 积分电路和微分电路积分电路和微分电路5.8 变跨导模拟乘法器及其在运算电路中的应用变跨导模拟乘法器及其在运算电路中的应用5.6 对数和反对数对数和反对数(指数指数)运算电路运算电路重点重点不做不做要求要求一般一般了解了解7 信号处理与产生电路信号处理与产生电路7.2 开关电容滤波器开关电容滤波器7.4 正弦波振荡电路的基本概念正弦波振荡电路的基本概念7.7 非正弦波产生电路非正弦波产生电路7.1 有源滤波器有源滤波器7.3 电压比较器电压比较器7.5 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路7.8 单片集成函数发生器单片集成函数发生器8038简介简介7.6 LC正弦

4、波振荡电路正弦波振荡电路* 5授课顺序调整授课顺序调整5.2 集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数5.4 加减运算电路加减运算电路5.1 运算放大器的工作原理运算放大器的工作原理5.3 运算电路的三种输入方式运算电路的三种输入方式5.5 积分电路和微分电路积分电路和微分电路5 信号运算电路信号运算电路7 信号处理与产生电路信号处理与产生电路7.4 正弦波振荡电路的基本概念正弦波振荡电路的基本概念7.7 非正弦波产生电路非正弦波产生电路7.3 电压比较器电压比较器7.5 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路6授课顺序调整授课顺序调整15.4 加减运算电路加减运算电路5.3 运算电路的三种

5、输入方式运算电路的三种输入方式5.5 积分电路和微分电路积分电路和微分电路5 信号运算电路信号运算电路7 信号处理与产生电路信号处理与产生电路7.7 非正弦波产生电路非正弦波产生电路7.3 电压比较器电压比较器 集成运放应用概述集成运放应用概述72.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器2.2 理想运算放大器理想运算放大器2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路2.4 同相输入和反相输入同相输入和反相输入 放大电路的其他应用放大电路的其他应用第第2章章 运算放大器运算放大器1. 集成电路运算放大器的内部组成单元集成电路运算放大器的内部组成单元2. 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型2.

6、3.1 同相放大电路同相放大电路2.3.2 反相放大电路反相放大电路2.4.1 求差电路求差电路2.4.2 仪用放大器仪用放大器2.4.3 求和电路求和电路2.4.4 积分电路和微分电路积分电路和微分电路问题问题2：什么是理想运放？什么是理想运放？问题问题3：运放常用放大电路有什么结构规律运放常用放大电路有什么结构规律?运放电路的分析方法？运放电路的分析方法？问题问题1：集成运放集成运放具有什么放大特性具有什么放大特性? 放大的线性边界条件放大的线性边界条件?理想放大理想放大 放大放大外特性外特性集成运放基本应用集成运放基本应用-线性部分线性部分第第1个个元器件元器件82.1 集成电路运算放大

7、器集成电路运算放大器 元件符号元件符号2. 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型1. 集成电路运算放大器的内部组成单元集成电路运算放大器的内部组成单元 差分的基本概念差分的基本概念晶体管偏置在放大区晶体管偏置在放大区两个电源端两个电源端(一般隐含一般隐含)供电直流电源供电直流电源更多的端子：更多的端子：集成运放集成运放 A741ua741-ti.pdf9晶体管偏置在放大区晶体管偏置在放大区两个电源端两个电源端(一般隐含一般隐含) 电子系统电子系统 电子电路电子电路 信号信号输入输入 信号信号输出输出 电子电路电子电路 vI 信号信号输入输入 VDC 直流直流 电源输入电源输入 vO 信号信

8、号输出输出 电子电路电子电路 + vO + iO vI iI VDC VDC VDC 差分差分 放大放大 +- -vi1+- -vi2+- -vo)(=i2i1VovvAv iVo=vAv 元件符号元件符号2. 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型1. 集成电路运算放大器的内部组成单元集成电路运算放大器的内部组成单元 差分的基本概念差分的基本概念供电直流电源供电直流电源2.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器)(=NPvdovvAv 10 差分的基本概念差分的基本概念 差分差分 放大放大 - -+ +- -vi1+- -vi2+- -vo集成运放符号集成运放符号)(=i2i1VovvA

9、v 差分功能：实现差分功能：实现2个信号相减个信号相减o2o1i2Vi1VvvvAvA vP(vi1)同相输入端；同相输入端； vN(vi2)反相输入端反相输入端 输入端命名输入端命名 应用背景：电桥测量应用背景：电桥测量线性电路、叠加原理线性电路、叠加原理0V AC3850T100aT1RR /.)(=0T V 10V R- - R R+ R R- - R R+ R vi1 vi2 例如铂电阻测温例如铂电阻测温C19mV/5V222i1 RRVVVRRRvC19mV/5V222i2 RRVVVRRRv )(i2i1VovvAv但实际输出为但实际输出为11 差分差分 放大放大 - -+ +-

10、-vi1+- -vi2+- -vo)(=i2i1VovvAv 差分功能：实现差分功能：实现2个信号相减个信号相减o2o1i2Vi1VvvvAvA vP(vi1)同相输入端；同相输入端； vN(vi2)反相输入端反相输入端 输入端命名输入端命名 应用背景：电桥测量应用背景：电桥测量线性电路、叠加原理线性电路、叠加原理0V AC3850T100aT1RR /.)(=0T V 10V R- - R R+ R R- - R R+ R vi1 vi2 例如铂电阻测温例如铂电阻测温C19mV/5V222i1 RRVVVRRRvC19mV/5V222i2 RRVVVRRRv )(i2i1VovvAv但实际输

11、出为但实际输出为 差模信号与共模信号差模信号与共模信号NPid=vvv 差模差模)(21=NPicvvv 共模共模icVCidVDooo=vAvAvvv 2=idicPvvv 2=idicNvvv 差模电压增益差模电压增益共模电压增益共模电压增益误差误差共模抑制比共模抑制比VCVDCMR=AAK 差分的基本概念差分的基本概念122.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器 元件符号元件符号2. 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型1. 集成电路运算放大器的内部组成单元集成电路运算放大器的内部组成单元 差分的基本概念差分的基本概念晶体管偏置在放大区晶体管偏置在放大区两个电源端两个电源端(一般

12、隐含一般隐含)供电直流电源供电直流电源更多的端子：更多的端子：集成运放集成运放 A741ua741-ti.pdf131. 集成电路运算放大器的内部组成单元集成电路运算放大器的内部组成单元图图2.1.1 集成运放内部结构框图集成运放内部结构框图问题问题1：集成运放具有什么特性？集成运放具有什么特性？问题问题1b：多级放大器的总增益是多级放大器的总增益是?问题问题1a：差分放大是什么功能？差分放大是什么功能？idovdvvA 减法功能减法功能 )(idvd1NPv1o1vAvvAv结论：结论：高增益高增益的的多级电压放大电路多级电压放大电路( (带带差分功能差分功能) )组成：组成：3个放大器串联

13、个放大器串联 多级放大器。多级放大器。差模电压增益差模电压增益差模信号差模信号o2oo1o2ido1vvvvvv v3v2vd1AAA 2.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器142. 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型2.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器差分电压放大电路差分电压放大电路(高增益高增益)(=NPvdovvAv )(=idodvA 电子电路电子电路 + vO + iO vI iI VDC VDC VDC 电压放大电路电压放大电路 Vi + Ro Vo + + Ri Vi AVO iVo=vAv152. 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型2.1 集成电路运算

14、放大器集成电路运算放大器差分电压放大电路差分电压放大电路(高增益高增益)(=NPvdovvAv )(=idodvA 电子电路电子电路 + vO + iO vI iI VDC VDC VDC 电压放大电路电压放大电路iVo=vAv O I V- - V+ =15V 12V Vom=14V 斜率斜率= Av 线性区线性区 O P - - N V- - V+ =15V 12V 70 V Vom=14V 斜率斜率= Aod =2105 电压传输特性电压传输特性162. 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型2.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器差分电压放大电路差分电压放大电路(高增益高增益)(

15、=NPvdovvAv )(=idodvA O P - - N V- - V+ =15V 12V 70 V Vom=14V 斜率斜率= Aod =2105 电压传输特性电压传输特性问题问题1：集成运放集成运放具有什么放大特性具有什么放大特性? 放大的线性边界条件放大的线性边界条件?具有比较具有比较理想的放大特性理想的放大特性 实际运放通常有：实际运放通常有： 开环差模电压增益开环差模电压增益 Aod 105 (很高很高) 输入电阻输入电阻 ri 106 （很大）（很大） 输出电阻输出电阻 ro 100 （很小）（很小） 线性工作区线性工作区(放大区放大区) 放大的线性边界条件放大的线性边界条件:

16、-Vom vo Vom 当当Aod(vid) V- - 时时 vo Vomom V- - 非非线性工作区线性工作区 当当Aod(vid) V 时时 vo Vom V 17V14k10OML RVV13k2OML RVmV10 Vrail-to-railV21 OMCC VVV O P - - N V- - V+ =15V 12V 70 V Vom=14V 斜率斜率= Aod 182.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器2.2 理想运算放大器理想运算放大器2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路2.4 同相输入和反相输入同相输入和反相输入 放大电路的其他应用放大电路的其他应用第第2章章 运算

17、放大器运算放大器1. 集成电路运算放大器的内部组成单元集成电路运算放大器的内部组成单元2. 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型2.3.1 同相放大电路同相放大电路2.3.2 反相放大电路反相放大电路2.4.1 求差电路求差电路2.4.2 仪用放大器仪用放大器2.4.3 求和电路求和电路2.4.4 积分电路和微分电路积分电路和微分电路问题问题2：什么是理想运放？什么是理想运放？问题问题3：运放常用放大电路有什么结构规律运放常用放大电路有什么结构规律?运放电路的分析方法？运放电路的分析方法？问题问题1：集成运放集成运放具有什么放大特性具有什么放大特性? 放大的线性边界条件放大的线性边界条件?

18、理想放大理想放大 放大放大外特性外特性 差分差分电压放大器电压放大器(性能比较理想性能比较理想) 高增益高增益 多级放大电路多级放大电路 线性边界线性边界 供电直流电源供电直流电源(Vom)理想运放理想运放 运放电路的近似分析方法运放电路的近似分析方法 理想运放理想运放 = 虚短虚短、虚断虚断 成立条件：运放工作在线性区成立条件：运放工作在线性区集成运放基本应用集成运放基本应用-线性部分线性部分第第1个个元器件元器件192.2 理想运算放大器理想运算放大器问题问题2：集成运放电路的近似分析方法集成运放电路的近似分析方法? O P - - N V- - V+ =15V 12V 70 V Vom=

19、14V 斜率斜率= Aod 工作在工作在线性线性区区 放大放大(由由负反馈负反馈保证保证)工作在工作在非线性非线性区区 比较器比较器 (9.8.1节节) v1 vO - - + vN vP + - - + - - + - - v2 Aod (v2-v1) 近似分析方法参数理想化近似分析方法参数理想化(理想运放理想运放)0(ocCMR AK Hf0 失失调调 od5od102AA iiM2rr075oo rr)6(dB90ocCMR AK(1)输出电阻输出电阻(2)输入电阻输入电阻(3)线性范围线性范围(5)电压增益电压增益vo o饱和极限值饱和极限值= =电源电压电源电压可不考虑可不考虑负载效

20、应负载效应)0, 0( 0NPiNPI iirvvi虚断虚断(6)其他其他若若 vp vn，则则 vo= +Vom=V若若 vp vn，则，则 vo= Vom=V NPodONP0vvAvvv ，即即虚短虚短20Ideal ParametersThe Operational Amplifier Practical Specifications odA ir0o r)0(ocCMR AK Hf0 失失调调Analysis Method5od102 A M2ir 75or)6(dB90ocCMR AKMHz)1Hz(3TH ff0 失失调调 odA ir0o r0odONPid Avvvv0iii

21、 rvi可不考虑负载效应可不考虑负载效应0V75102V155odOid Avv0A5 . 0M2V1iii rviVirtual shortVirtual open vO + Aod(vP-vN) vP vN + 工程近似方法工程近似方法212.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器2.2 理想运算放大器理想运算放大器2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路2.4 同相输入和反相输入同相输入和反相输入 放大电路的其他应用放大电路的其他应用第第2章章 运算放大器运算放大器1. 集成电路运算放大器的内部组成单元集成电路运算放大器的内部组成单元2. 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型2.3

22、.1 同相放大电路同相放大电路2.3.2 反相放大电路反相放大电路2.4.1 求差电路求差电路2.4.2 仪用放大器仪用放大器2.4.3 求和电路求和电路2.4.4 积分电路和微分电路积分电路和微分电路问题问题2：什么是理想运放？什么是理想运放？问题问题3：运放常用放大电路有什么结构规律运放常用放大电路有什么结构规律?运放电路的分析方法？运放电路的分析方法？问题问题1：集成运放集成运放具有什么放大特性具有什么放大特性? 放大的线性边界条件放大的线性边界条件?理想放大理想放大 放大放大外特性外特性 差分差分电压放大器电压放大器(性能比较理想性能比较理想) 高增益高增益 多级放大电路多级放大电路

23、线性边界线性边界 供电直流电源供电直流电源(Vom)理想运放理想运放 运放电路的近似分析方法运放电路的近似分析方法 理想运放理想运放 = 虚短虚短、虚断虚断 成立条件：运放工作在线性区成立条件：运放工作在线性区集成运放基本应用集成运放基本应用-线性部分线性部分第第1个个元器件元器件22 集成运放应用概述集成运放应用概述引言：引言：集成运放集成运放性能很理想的性能很理想的差分放大电路差分放大电路但是但是 3个问题？个问题？1. 差模电压增益差模电压增益AVO 2105 (106dB)2. 输入失调电压温漂输入失调电压温漂 VIO / T 20 V/ C3. 3dB带宽带宽 fH 7Hz VO /

24、 T AVO VIO/ T = 4V/ C最大输出电压最大输出电压VOPP 14V（Vom）易引起频率失真易引起频率失真最大输入电压最大输入电压:如何使用？线性范围小；增益如何使用？线性范围小；增益 O P - - N V- - V+ =15V 12V 70 V Vom=14V VV70102V145immax 231. 应用分类应用分类按功能分类按功能分类按工作区域分类按工作区域分类放大放大 信号传递信号传递,第第6章章AV、AI、AR(V/I)、AG(I/V)运算运算 、 lndtdxxex处理处理 滤波、峰值、有效值、绝对值、限幅滤波、峰值、有效值、绝对值、限幅比较比较 判断电压大小判断

25、电压大小（第（第7章）章）信号产生信号产生 正弦、方波、三角波（第正弦、方波、三角波（第7章）章）线性应用线性应用非线性应用非线性应用 电压比较器电压比较器2. 线性应用的条件线性应用的条件3. 分析任务及方法分析任务及方法 集成运放应用概述集成运放应用概述 O P - - N V- - V+ =15V 12V 70 V Vom=14V 242. 线性应用的条件线性应用的条件 + V+ V- vP vNB vO O P - - N V- - V+ =15V 12V 70 V Vom=14V 必须引入必须引入负反馈负反馈，用，用Xf 抵消抵消Xi ，使，使Vid Vim，运放工作在线性区。，运放

26、工作在线性区。 由于由于AVO , , 为为深度负反馈深度负反馈，可，可用用虚短虚短和和虚断虚断。理想运放理想运放 VOA ir0o r CMRK BW0 失失调调0VOOID Avv0iIDI rvi虚断虚断 + + + ri ro + iI vI AvovI vO (vP= vN )虚短虚短增益与负载无关增益与负载无关 集成运放应用概述集成运放应用概述253. 分析任务及方法分析任务及方法任务：任务：（1）求求vO 或或iO 表达式表达式 电路功能电路功能（2）考虑考虑Ri 、RO 等其他指标的要求等其他指标的要求方法：方法：（1）按按理想运放（理想运放（虚短、虚断虚短、虚断）进行分析或设

27、计进行分析或设计 （2）考虑考虑非理想参数非理想参数 计算误差计算误差 集成运放应用概述集成运放应用概述 小信号低频等效电路小信号低频等效电路265.3 运算电路的三种输入方式运算电路的三种输入方式5.3.1 同相输入放大电路同相输入放大电路 及虚断概念的引出及虚断概念的引出5.3.2 反相输入放大电路反相输入放大电路5.3.3 差分输入放大电路差分输入放大电路 集成运放应用概述集成运放应用概述27授课顺序调整授课顺序调整15.4 加减运算电路加减运算电路5.3 运算电路的三种输入方式运算电路的三种输入方式5.5 积分电路和微分电路积分电路和微分电路5 信号运算电路信号运算电路7 信号处理与产

28、生电路信号处理与产生电路7.7 非正弦波产生电路非正弦波产生电路7.3 电压比较器电压比较器 集成运放应用概述集成运放应用概述5.3.1 同相输入放大电路同相输入放大电路 及虚断概念的引出及虚断概念的引出5.3.2 反相输入放大电路反相输入放大电路5.3.3 差分输入放大电路差分输入放大电路28 O P - - N V- - V+ =15V 12V 70 V Vom=14V R1 vF vI vO + A Rf + + + vP vN vP vI vO + A + + vN 线性应用的条件线性应用的条件vO = Aod( vP vN ) = AodvI0f11NRRRvv 必须引入必须引入负反

29、馈负反馈，用，用Xf 抵消抵消Xi ，使，使Vid 1时有时有vvFA1 1f1f11RRRRR 由虚短由虚短vP = vN直接可得：直接可得：1f1f1IO1 RRRRRA vvv31虚短和虚断虚短和虚断 5.3.1 同相输入放大电路及虚断概念的引出同相输入放大电路及虚断概念的引出5.3 运算电路的三种输入方式运算电路的三种输入方式通常满足通常满足(1+AodFv) 1时有时有fifoododio 11vvvvFFAAvvAvv v故故vPvN称为称为虚短虚短由于由于rid，vPvN，故，故iN=iP0。称为。称为虚断虚断。 R1 vF vI vO + A Rf + + + vP vN 1f

30、1f1i01 RRRRRA vvv即即：Av = vo / vi 1/Fv通常满足通常满足(1+AodFv) 1，因此上式可近似为，因此上式可近似为32但是但是 3个问题？个问题？1. 差模电压增益差模电压增益AVO 2105 (106dB)2. 输入失调电压温漂输入失调电压温漂 VIO / T 20 V/ C3. 3dB带宽带宽 fH 7Hz VO / T AVO VIO/ T = 4V/ C最大输出电压最大输出电压VOPP 14V（Vom）易引起频率失真易引起频率失真最大输入电压最大输入电压:如何使用？线性范围小如何使用？线性范围小 O P - - N V- - V+ =15V 12V 7

31、0 V Vom=14V O P - - N V- - V+ =15V 12V 70 V Vom=14V VV70102V145immax 集成运放应用概述集成运放应用概述2. 线性应用的条件线性应用的条件 R1 vF vI vO + A Rf + + + vP vN + + + + + +- -335.3.2 反相输入放大电路反相输入放大电路(1) 反相比例反相比例(2) 同相比例同相比例 vI vO - - + Rf R1 A vN vP R2 = R1/Rf vI vO - - + Rf R1 A vN vP R2 = R1/Rf 虚短、虚断虚短、虚断0PN vv(虚地虚地)fON1NIR

32、vvRvv I1fOvRRv IPNvvv fON1N0RvvRv I1fO)1(vRRv 性能特点性能特点输入电阻小（输入电阻小（Ri = R1 ）运放共模输入电压运放共模输入电压 0有有虚地虚地 设计简单设计简单输入电阻大（输入电阻大（Ri = ）运放共模输入电压运放共模输入电压 vi对运放对运放KCMR 要求较高要求较高vIvO- -+AvNvP电压跟随器电压跟随器平衡电阻平衡电阻 输入端对地的静输入端对地的静态电阻相等，保证静态时输态电阻相等，保证静态时输入差分级的对称性。入差分级的对称性。345.3.3 差分输入放大电路差分输入放大电路5.3 运算电路的三种输入方式运算电路的三种输入

33、方式图图5.3.4 差分输入放大电路差分输入放大电路1. 利用叠加原理求输出电压的表达式利用叠加原理求输出电压的表达式 vI vO - - + Rf R1 A vN vP R2 = R1/Rf vI vO - - + Rf R1 A vN vP R2 = R1/Rf 分析方法：分析方法：2. 利用虚短直接求输出电压的表达式利用虚短直接求输出电压的表达式 112OvRRv P12O)1(vRRv 243412)(1(vRRRRR 35 5.3.3 差分输入放大电路差分输入放大电路图图5.3.4 差分输入放大电路差分输入放大电路2. 利用虚短直接求输出电压表达式利用虚短直接求输出电压表达式 o21

34、11212NvvvRRRRRR 另外有：另外有：PNvv (1) 2ON1N1RvvRvv (2) 04P3P2RvRvv 2434P )2(vRRRv 得：得：由由112N121O)(vRRvRRRv 1122434121)(vRRvRRRRRR 由由(1)得得:365.4 加减运算电路加减运算电路5.4.1 加法电路加法电路5.4.2 减法电路减法电路 vI vO - - + Rf R1 A vN vP R2 = R1/Rf vI vO - - + Rf R1 A vN vP R2 = R1/Rf 均由均由2个基本电路变化而得个基本电路变化而得375.4.1 加法电路加法电路R2RfR1v

35、S2vS1iIvONP+0PN vv1NS1-RvvfON-Rvv 2NS2-Rvv )(2S2f1S1fOvRRvRRv 反相比例加法反相比例加法电路电路(1)电路电路(2)NPvv fORRRv 3P2PI21PI10RvRvvRvv PfO)1(vRRv )(/(2I21I1321PRvRvRRRv 同相比例加法同相比例加法 R2 Rf R1 vS2 vS1 iI vO1 N P + R R vO + 反相器反相器图图8.1.1习题习题8.1.1385.5 积分电路和微分电路积分电路和微分电路5.5.1 积分电路积分电路5.5.2 微分电路微分电路 + Vo R1 + Vi C1 图图1

36、.3.4RC低通电路低通电路 + Vo R2 + Vi C2 图图1.3.6RC高通电路高通电路CjZC 1 高通和低通频域特性高通和低通频域特性积分和微分时域特性积分和微分时域特性频率响应表达式频率响应表达式分析电路，写传递函数分析电路，写传递函数AV(s)sCZC/1 输出信号时域表达式输出信号时域表达式 js fjs 2 dtds dtdvCiCC 395.5.1 积分电路积分电路5.5.2 微分电路微分电路 C R vS vO + A R + 由由“虚短、虚断虚短、虚断”，得，得0PN vvCRii Rv0Sdt dCvC )0(10SC CtVdtvRCv)0(10SCO CtVdt

37、vRCvv反相积分运算反相积分运算 C R vS vO + A R + 0PN vvCRii dt ddt dSCvCvC RvO0dt dSOvRCv RiCi Cv由由“虚短、虚断虚短、虚断”，得，得RiCi Cv反相比例电路反相比例电路40 C R vS vO + A R + C R vS vO + A R + RiCi CvRiCi Cv反相比例电路反相比例电路方法二：方法二： 令令C ZC = 1/sC，求求传递函数传递函数)(/1)(SOsvRsCsv SO1vRCsv 即即：则则：令令：,dtds )(1)(SOtvRCdttdv )0(1O0SO VdtvRCvtdt )(d)

38、(SOtvRCtv 则则：令令：,dtds )(/1)(SSOssRCvvsCRsv 对高频噪声特别敏感，对高频噪声特别敏感，以致输出噪声可能完全淹没以致输出噪声可能完全淹没微分信号。微分信号。 5.5.1 积分电路积分电路5.5.2 微分电路微分电路41分析举例分析举例7 C1 R1 vS2 vS1 vO + A C2 R2 习题习题8.1.12S222211S111O/1/1)/11(/1vsCRsCRsCvRsCv 22S2111111S111CsRvCsRCsRCsRv RRR 21CCC 21)(1S1S211vvCsR 用方法二较方便用方法二较方便42 积分应用积分应用 阶跃响应阶

39、跃响应 产生斜坡电压产生斜坡电压tvS0VS)0(1O0SO VdtvRCvt tdtRCV0StvO0- -VomTM C R vS vO + A R + 积分时限积分时限MSomTRCVV RCVVTSomM 则则设设Vom=15V, VS=+3V, R=10k , C=1 F=0.05秒秒恒流充电恒流充电!tRCV S5.5.1 积分电路积分电路43 方波方波 三角波三角波 积分应用积分应用 C R vS vO + A R + C R vS vO + A R + Rf tvS0tvO0 移相移相tVv sinsms tRCVv cossmo 9.5.5 Integrator and Di

40、fferentiator AmplifiertRCVv cossmo 微分应用微分应用tRCddiovv 44授课顺序调整授课顺序调整15.4 加减运算电路加减运算电路5.3 运算电路的三种输入方式运算电路的三种输入方式5.5 积分电路和微分电路积分电路和微分电路5 信号运算电路信号运算电路7 信号处理与产生电路信号处理与产生电路7.7 非正弦波产生电路非正弦波产生电路7.3 电压比较器电压比较器 集成运放应用概述集成运放应用概述455.4 加减运算电路加减运算电路5.4.1 加法电路加法电路5.4.2 减法电路减法电路 vI vO - - + Rf R1 A vN vP R2 = R1/Rf

41、 vI vO - - + Rf R1 A vN vP R2 = R1/Rf 均由均由2个基本电路变化而得个基本电路变化而得R2RfR1vS2vS1iIvONP+电路电路(1)电路电路(2)差分输入放大电路差分输入放大电路5.3.1 同相输入放大电路同相输入放大电路 及虚断概念的引出及虚断概念的引出5.3.2 反相输入放大电路反相输入放大电路46分析举例分析举例1 vI vO - - + Rf R1 A vN vP R2 = R1/Rf 设计要求：设计要求：Ri = 1M ，AV = - -100解：解：R1 = Ri = 1M 1fIORRvvAV M1001fRARV M1/f12RRR 为

42、了用低值电阻实现高电压增益的反为了用低值电阻实现高电压增益的反相比例运算（习题相比例运算（习题8.1.9）i121ii I12MvRRv 432iii 4OM3M2M00RvvRvRv 1I34242)(RvRRRRR vI vO - - + R2 R1 A i2 i1 R5 R4 R3 i3 i4 vM R2 = R1 = Ri = 1M 取：取：R2 R3 ,R4 (k )I34I3424O)1()1(vRRvRRRRv R4 = 99k R3 = 1k )1(3424I12ORRRRvRRv M4432O)111( vRRRRv 47分析举例分析举例2 理想运放构成的电路如图所示，该电路

43、采用理想运放构成的电路如图所示，该电路采用了了自举扩展自举扩展的方法提高电路的输入阻抗。的方法提高电路的输入阻抗。 (1) 求闭环增益求闭环增益AVF ；(2) 当满足当满足(R R1)/R 0.05%时，时，求电路的输入阻抗求电路的输入阻抗Rif ？ A2 A1 vo 2R1 R1 R2 Rp2 Rp1 R vi R2 ii i1 i3 i2 vo2 R1 = 20k 解解: (1) 由由A1的虚短、虚断得：的虚短、虚断得：21ii i12ovRRv (2) 由由Ri的定义式得：的定义式得：iiifivR RvvRviiio2i1i31i0 而而因因A2构成反相比例，所以：构成反相比例，所以

44、：o21o22vRRv ii12212)(2vvRRRR 11ii1iiRRRRvRvRvi 111iiif2000RRRRRivR M40ifR(+)(+)(- -)(-)(+)48分析举例分析举例3(1) 求求vO 表达式表达式(2) 说明说明A1 , A2各构成各构成什么功能电路。什么功能电路。解解:第一级第一级A1反相比例反相比例第二级第二级A2反相加法反相加法S111fo1vRRv OvS222fvRR O122fvRR OvS111f22fvRRRR S222fvRR 利用反相信号求和利用反相信号求和 以实现减法运算以实现减法运算图图8.1.2新的电路结构新的电路结构多级运放多级运

45、放49分析举例分析举例4 A1 A2 R1 3k R2 27k R3 2.2k R4 22k 2k 2.7k vi1 vo vo1 vi2 (1) 求求vO 表达式表达式(2) 说明说明A1 , A2各构成各构成什么功能电路。什么功能电路。集成运放均是理想的集成运放均是理想的 解解:第一级第一级A1同相比例同相比例i1i112o110)1(vvRRv 第二级第二级A2差分电路差分电路o134i234o)1(vRRvRRv o1i21011vv i11234i234o)1()1(vRRRRvRRv o1i210011vv 具有高输入电阻的减法电路具有高输入电阻的减法电路50分析举例分析举例4 A

46、1 A2 R1 3k R2 27k R3 2.2k R4 22k 2k 2.7k vi1 vo vo1 vi2 (1) 求求vO 表达式表达式(2) 说明说明A1 , A2各构成各构成什么功能电路。什么功能电路。集成运放均是理想的集成运放均是理想的 解解:第一级第一级A1同相比例同相比例i1i112o110)1(vvRRv 第二级第二级A2差分电路差分电路o134i234o)1(vRRvRRv o1i21011vv i11234i234o)1()1(vRRRRvRRv i1i210011vv 具有高输入电阻的减法电路具有高输入电阻的减法电路RW加加RW，输出表达式？，输出表达式？ RW作用？作

47、用？515.4.2 减法电路减法电路 Rf R1 v2 v1 vO N P + A R3 R2 1122434121O)(vRRvRRRRRRv idS22VS11VO vAvAvAvvd 利用反相信号求和的减法电路利用反相信号求和的减法电路 A1 A2 R1 3k R2 27k R3 2.2k R4 22k 2k 2.7k vi1 vo vo1 vi2 i11234i234o)1()1(vRRRRvRRv 具有高输入电阻的减法电路具有高输入电阻的减法电路基本基本差分输入差分输入 实际问题测量实际问题测量(仪用仪用)放大器放大器 V 10V R- - R R+ R R- - R R+ R vi

48、2 vi1 各有优劣是选择的依据各有优劣是选择的依据 OvS111f22fvRRRR S222fvRR 2V1VAA 则：则：减法功能减法功能 )(idvd1NPv1o1vAvvAv52关于差分式电路的讨论关于差分式电路的讨论(1)(1)电阻要配对电阻要配对 Rf R1 vS2 vS1 vO N P + A R3 R2 (2)(2)无虚地无虚地(3)(3)输入电阻不等输入电阻不等S11fS23231fO)1(vRRvRRRRRv 为实现为实现)(S1S2VDOvvAv 1f3231f)1( RRRRRRR 令：令：f1f323RRRRRR 1f23RRRR 321f/ RRRR 再考虑平衡电阻

49、，有：再考虑平衡电阻，有：3f21 ; RRRR 则：则：增益调节麻烦增益调节麻烦电阻配对精度电阻配对精度共模抑制比共模抑制比串联负反馈和并联负反馈串联负反馈和并联负反馈)(S1S2fOvvRRv 15.4.2 减法电路减法电路53分析举例分析举例5 R2 R3 vS2 vS1 A1 vO1 N P + vO + + R1 + vO2 A2 A3 A4 vO4 vA R1 R2 R4 求电压增益表达式求电压增益表达式S1S2OVvvvA 解：解： A1、A2为电压跟随器，为电压跟随器，所以所以S2O2 S1O1vvvv 对对A3利用利用虚短虚短、虚断虚断有有2N1NO1RvRvv 2O4P1P

50、O2RvvRvv O43O4vRRv A4为反相比例为反相比例解得：解得：3142VRRRRA )( O1O212O4vvRRv 习题习题8.1.754分析举例分析举例6第二级第二级A3差分减法电路差分减法电路)(O1O21fOvvRRv 第一级第一级A1 、A2时时当当I2I1vv 时时当当I2I1vv I1O1)/(vRRv2121 I2O2)/(vRRv2121 )()(O1O2f1OvvRRRRv 1221I1O1vv I2O2vv 0 O v例题例题8.1.12BA21O2O12RvvRRvv )(2I2I1221O2O1vvRRRvv 55基本要求基本要求n问题问题1：集成运放具有

51、什么特性？集成运放具有什么特性？n掌握集成运算放大器的基本性能掌握集成运算放大器的基本性能 n问题问题2：集成运放电路的近似分析方法集成运放电路的近似分析方法?n会利用会利用“虚短虚短”和和“虚断虚断”的概念，的概念，n问题问题3：常用的运放电路有什么结构规律？常用的运放电路有什么结构规律？n分析计算反相比例、同相比例、加、减、积分、微分析计算反相比例、同相比例、加、减、积分、微分等电路组成的各种运算电路分等电路组成的各种运算电路 第第5章章 信号运算电路信号运算电路56多级放大电路组成及模电发展线索多级放大电路组成及模电发展线索 + Vo RL Io Rs Ii + Vs + Vi Vi1

52、+ Vo1 + 放大电路放大电路 Vi2 + Vo2 + 放大电路放大电路 Vi3 + Vo3 + 放大电路放大电路 Vi1 + Ro1 Vo1 + + Ri1 AVO1Vi1 Vi2 + Ro2 Vo2 + + Ri2 AVO2Vi2 Vi3 + Ro3 Vo3 + + Ri3 AVO3Vi3 输入级输入级Ri 中间放大级中间放大级AV 输出级输出级Ro 共集、共射共集、共射共射、共基共射、共基共集共集第第8章章 场效应管场效应管第第4.3.2节节 差分放大电路差分放大电路2个信号个信号相减相减第第9章章 功率放大电路功率放大电路直接耦合直接耦合零漂零漂Ri RL特别小特别小第第4.3.1节

53、节 电流源电流源第第5、10章章 集成集成运算放大器运算放大器性能性能改善改善第第6章章 反馈反馈技术、方法技术、方法第第5、7、11章章 运算放大器运算放大器应用应用 各种功能电路各种功能电路稳定稳定Q电路电路5 信号运算电路信号运算电路5.2 集成运算放大器的集成运算放大器的主要参数主要参数5.4 加减运算电路加减运算电路5.7 集成运放性能指标对运算误差的影响集成运放性能指标对运算误差的影响5.1 运算放大器的工作原理运算放大器的工作原理5.3 运算电路的三种输入方式运算电路的三种输入方式5.5 积分电路和微分电路积分电路和微分电路5.8 变跨导模拟乘法器及其在运算电路中的应用变跨导模拟

54、乘法器及其在运算电路中的应用5.6 对数和反对数对数和反对数(指数指数)运算电路运算电路重点重点不做不做要求要求一般一般了解了解585.1 运算放大器的工作原理运算放大器的工作原理5.1.1 原理电路及代表符号原理电路及代表符号5.1.2 电路模型及传输特性电路模型及传输特性10.1.3 741运放的组成及工作原理运放的组成及工作原理2. 集成运算放大器的代表符号及端子集成运算放大器的代表符号及端子1. 原理电路原理电路 595.1.1 原理电路及代表符号原理电路及代表符号inout直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路中间放大级复中间放大级复合管共射合管共射输出级输出级 2级共集级共集镜像

55、电流源镜像电流源输入级偏置输入级偏置镜像电流源镜像电流源T5的偏置的偏置+ +- - + + +- - - -反相端反相端同相端同相端相位？相位？1. 原理电路原理电路 读图读图差分输入级双差分输入级双入单出入单出60(a)原理电路原理电路图图5.1.1 简单的集成运算放大器简单的集成运算放大器 5.1.1 原理电路及代表符号原理电路及代表符号5.1 运算放大器的工作原理运算放大器的工作原理1. 原理电路原理电路 高增益直接耦合放大器高增益直接耦合放大器 输入级输入级: 由由T1、T2组成双端输入、组成双端输入、单端输出差分放大电路。单端输出差分放大电路。 中间电压放大级中间电压放大级: 由由

56、T3、T4组成复合管共射组成复合管共射极电路，极电路， 输出级输出级: 由由T5、T6组成的两级射极组成的两级射极跟随器电路跟随器电路 相位关系相位关系 (+)( )(+)( )( )( )v0 = Aod( vp vN) 6110.1.3 741运放的组成及工作原理运放的组成及工作原理读读图图差分放大输入级差分放大输入级共集共基组合共集共基组合双入单出双入单出中间放大级中间放大级复合管共射复合管共射互补对称功放互补对称功放互补对称功放互补对称功放共集缓冲共集缓冲前置放大前置放大2个二极管个二极管甲乙类功放甲乙类功放+ + + + +- -相相位位- - - -6210.1.3 741运放的组

57、成及工作原理运放的组成及工作原理读读图图镜像电流源镜像电流源A静态偏置静态偏置电流源电流源B有源负载有源负载微电流源微电流源静态偏置静态偏置镜像电流源镜像电流源稳定工作点稳定工作点？T 带缓冲级的比例电流源带缓冲级的比例电流源调零、有源负载调零、有源负载？限流保护限流保护T15,T21io Iomax vR9 0.5VT15导通导通6310.1.3 741运放的组成及工作原理运放的组成及工作原理64LM741集成运放的简化电路集成运放的简化电路小结：小结：高增益高增益的的直接耦合直接耦合 多级多级差分差分放大电路放大电路集成电路运算放大器集成电路运算放大器652. 集成运算放大器的代表符号及端

58、子集成运算放大器的代表符号及端子 5.1.1 原理电路及代表符号原理电路及代表符号5.1 运算放大器的工作原理运算放大器的工作原理v0 = Aod( vP vN ) Aod称为集成运算放大器的差模电压增益称为集成运算放大器的差模电压增益 vP vN 称为差模输入电压称为差模输入电压 (b)国家标准规定的符号国家标准规定的符号(c)现阶段国内外普遍使用的符号现阶段国内外普遍使用的符号高增益高增益的的直接耦合直接耦合多级多级差分差分放大电路放大电路66(a) 带公共地的两个直流电源带公共地的两个直流电源 (b) 简化画法简化画法图图5.1.2 运算放大器中的直流电源运算放大器中的直流电源 5.1.

59、1 原理电路及代表符号原理电路及代表符号5.1 运算放大器的工作原理运算放大器的工作原理还有两个电源供给端（一般隐含）还有两个电源供给端（一般隐含） 2. 集成运算放大器的代表符号及端子集成运算放大器的代表符号及端子67 5.1.2 电路模型及传输特性电路模型及传输特性5.1 运算放大器的工作原理运算放大器的工作原理1. 电路模型电路模型图图5.1.3 集成运算放大器的集成运算放大器的(简化简化)低频等效电路低频等效电路vNvP vo V- -(+VEE)V+ (+VCC)682. 传输特性传输特性 运放工作在线性区时，必须满足条件运放工作在线性区时，必须满足条件 VOL Aod (vPvN)

60、 R2VT2i2c2i2i1c2VD21=Av2vvvvA )1()1(/)1(4be4be33i3333433V2RrriRRiiAbbb 2.6i23 RR43 335 VA1 3VARi3 =10.6M 89LM741集成运放的简化电路集成运放的简化电路= - -2 小结：小结：高增益高增益的的直接耦合直接耦合 多级多级差分差分放大电路放大电路集成电路运算放大器集成电路运算放大器90图图5.5.4 例例5.5.1波形波形 例例5-5-1设设R=50k，C=0.1 F，且，且t =0时，时，vo =0，试画出，试画出理想情况下输出电压的波形，并标出其幅值。理想情况下输出电压的波形，并标出其幅值。 mstR50iodVC1vV10dk50V10F0.1150 mst 解解:因此，三角波的正向峰值为因此，三角波的正向峰值为+10V，负向峰值为，负向峰值为10V。图图5.5.2 反相积分电路反相积分电路