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1、2-12.1 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2、运算放大器的电路模型第1页/共54页2-2集成运算放大器外形图1第2页/共54页2-3集成运算放大器外形图2第3页/共54页2-4LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。四运放集成电路LM324运算放大器符号第4页/共54页2-51、集成电路运算放大器的内部组成单元1、输入输出端口P、N、O。2、各级的作用？3、4、运放的代表符号。正负电源的中间接点第5页/共54页2-62、运算放大器的电路模型输入电阻ri较大，通常为
2、106或更大；输出电阻ro较小，通常为100或更小；开环电压增益Avo的值较高，至少为104；受控电压源：Avo(vP-vN)。1、电路模型及说明第6页/共54页2-72、运算放大器的电路模型2、电压传输特性输出电压vo不可能超越正负电源的电压值。若Avo(vP-vN)V，则vo=Vom=V;设vP vN，若V Avo(vP-vN)V，则vo=Avo(vP-vN);若Avo(vP-vN)V，则vo=Vom=V。当 vo=Vom时输入电压的最小幅值vP-vN？vom/Avo第7页/共54页2-82、运算放大器的电路模型例：电路如图所示，运放的开环电压增益Avo=106，输入电阻ri=109，电源
3、电压V+=+10V，V=10V。（1）试求当 vo=Vom=10V时输入电压的最小幅值vP-vN=？输入电流 i i=？（2）画出传输特性曲线 vo=f(vP-vN)。说明运放的两个区域。109 10610V10V解:(1)当vo=Vom时，输入电压最小幅值vP-vN vo/Avo 10V/106=10V 输入电流 i i=vP-vN/ri 10V/109 1108 A第8页/共54页2-92、运算放大器的电路模型例解:(2)画传输特性曲线 取a点(10V,10V)，b点(10V,10V)，连接a，b两点得线段ab，其斜率为Avo=106，|vP-vN|，iP0，iN0，ri，ro0），便可得
4、到理想运放的模型该图表示输入端是开路的，即ri，输出端电阻ro0，输出电压vo Avo(vP-vN)，其中Avo-riiP=0iN=0理想运放电路模型ro运放电路模型第11页/共54页2-122.3 基本线性运放电路同相输入和反相输入是两种最基本的放大电路，许多由运放组成的功能电路都以此为基础。在分析运放组成的各种应用电路时，其中的运放视为理想运放。同相放大电路反相放大电路 电压传输特性形状与Avo(vP-vN)密切相关，由于Avo很大，导致性能不稳定，怎么办？第12页/共54页2-13同相放大电路a、输入信号vi加到运放的同相输入端“”和地之间。b、vn=vf=R1vo/(R1+R2)作用在
5、反相输入端“”，vf表示反馈电压。1、基本电路第13页/共54页2-14同相放大电路vp(vi)2、负反馈基本概念vovn vidvo12345电压增益Av=vo/vi如何变化？第14页/共54页2-15同相放大电路3、虚短和虚断vp(vi)vn vp vn 或 vid=vpvn 012345虚短：虚断：由于虚短(vpvn 0)且ri很大，则ipin 0第15页/共54页2-16同相放大电路4、技术指标近似计算vp vn虚短：虚断：ipin 0闭环电压增益Avvf输入电阻Ri第16页/共54页2-17同相放大电路vp vn虚短：虚断：ipin 00ro=0Ro 04、技术指标近似计算输出电阻R
6、o第17页/共54页2-18同相放大电路vo=vn vp=vi Av=vo/vi 15、电压跟随器第18页/共54页2-19同相放大电路5、电压跟随器（应用示例）（a）（b）第19页/共54页2-20同相放大电路6、例直流电压表电路如图，磁电式电流表指针偏移满刻度时，流过动圈电流IM=100A。当R1=20K时，可测的最大输入电压VS(max)=?解：由虚短和虚断有VP=VS=VN,Ii=0，则有第20页/共54页2-21作业P46、P47 第21页/共54页2-22反相放大电路1、基本电路虚地：由虚短vnvP=0，则有vn接近于地电位第22页/共54页2-23反相放大电路2、几项技术指标的近
7、似计算（1）电压增益虚地vn=0，虚断ip=in=0，则i1=i2，故有因此第23页/共54页2-24反相放大电路2、几项技术指标的近似计算（2）输入电阻第24页/共54页2-25反相放大电路2、几项技术指标的近似计算（3）输出电阻ro=0Ro 0第25页/共54页2-26反相放大电路 例将反相放大电路中的电阻R2用T型网络代替，如下图所示。（1）求Av=vo/vi；解:(1)虚地vn=0，虚断in=ip=0,节点n和M的电流方程为可得第26页/共54页2-27反相放大电路 例将反相放大电路中的电阻R2用T型网络代替，如下图所示。（2）该电路作为话筒的前置放大电路，若选R151K，R3 R2
8、390K，当vo100vi时，求R4。解:(2)当R1=51K，R1=R2=390K，Av100，有解得R435.2K第27页/共54页2-28反相放大电路 例将反相放大电路中的电阻R2用T型网络代替，如下图所示。（3）直接用R2代替T形网络，当R1=51K，AV100时，求R2。解:（3）若Av100，用R2代替T形网络，则R2为 T形网络代替反馈电阻R2的益处？第28页/共54页2-29反相放大电路 例直流毫伏表电路表如下图所示。当R2R3时，（1）证明Vs=(R1R3/R2)IM；解:(1)虚地Vn=Vp=0，虚断IN=II=0，可得由（1）和（2）式可得当R2R3时第29页/共54页2
9、-30反相放大电路 例直流毫伏表电路表如下图所示。当R2R3时（2）R3=1K，R1=R2=150K，输入信号电压Vs=100mV时，通过毫伏表的最大电流IM(max)=?解:(2)已知条件（略）代入数据得第30页/共54页2-312.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用求差电路仪用放大器求和电路积分和微分电路归纳与推广第31页/共54页2-32求差电路 求差电路又称为差分放大电路，实现两个电压vi1、vi2相减。虚短（vpvn)，虚断（ii0），则接点n和p的电流方程为利用vpvn，联合(1)和(2)式，可解得(3)式如果选择阻值使R4/R1=R3/R2，则(3)式可变为(4)式第32页
10、/共54页2-33求差电路R4/R1=R3/R2 输入电阻Ri和输出电阻Ro？第33页/共54页2-34求差电路 例高输入电阻的差分放大电路如图所示，求输出电压vo2表达式，并说明该电路的特点。利用叠加原理求v02当R1=R21时第34页/共54页2-35求差电路 例高输入电阻的差分放大电路如图所示，求输出电压vo2表达式，并说明该电路的特点。电路特点:1、通过两级放大电路实现求差功能。2、第一级为同相输入，电路的输入电阻为无穷大。第35页/共54页2-36仪用放大器A1、A2虚短，则 vR1=v1-v2A1、A2虚断，则 iR1=iR2,即由(1)式得（2）式根据求差电路特性第36页/共54
11、页2-37作业P46、P47 第37页/共54页2-38求和电路电压vi1和vi2相加，可用如下求和电路实现。虚断(ii=0)，则i1i2i3又虚地(vn=0)，得变形得若R1=R2=R3，则 如何修改电路消去(4)式中的负号？第38页/共54页2-39求和电路例某歌唱小组有一个领唱和两个伴唱，各自歌声输入分别输入三个话筒，电路如右图。(1)求vo表达式。(2)、(3)见下两页。解:(1)利用虚短(vp-vn=0)、虚断(ii=0)和虚地(vn=0)i1i2i3 i4即第39页/共54页2-40求和电路例当话筒电信号vs=vs1=vs2=vs3=10mV 时，vo=2V，伴唱支路增益Av1=A
12、v2，Av3=2Av1，求各支路增益。解:(2)将已知量代入第40页/共54页2-41求和电路例选择电阻R1、R2、R3和R4的阻值(要求阻值小于100K)。解:(3)根据为方便计算可先选择R4=100k同理可得第41页/共54页2-42求和电路可用同相放大电路实现求和功能。例：虚断(ii=0)，则i3i4,虚短(vn=vp)由叠加原理,当vi2=0时,得若R1=R2=R3=R4 ，则当vi1=0时，得第42页/共54页2-43积分和微分电路1、积分电路分析：由 虚断(iI=0)和虚地(vn=0),有i1=i2=i，电容器C以电流i1=vI/R进行充电。设电容器C的初始电压vc=0，则即第43
13、页/共54页2-44积分和微分电路1、积分电路（其阶跃响应）第44页/共54页2-45积分和微分电路1、积分电路（例）设积分电路和输入电压vI波形如右图所示。电路中电源电压V+=+15V,V=15V,R=10K,C=5nF，在t=0时，电容器C初始电压vc=0，试画出输出电压vO的波形，并标出幅值。解：在t=0时，vO=0，当t140s时 当t2120s时 第45页/共54页2-46积分和微分电路2、微分电路分析：由 虚断(iI=0)和虚地(vN=0),有i1=i2。设t=0时，电容器C的初始电压vc=0，信号vI接入后有则vN=0微分电路的电压波形第46页/共54页2-47归纳与推广前面分析
14、了求和、求差、微分和积分等电路，它们都是右图中的Z1和Z2用简单的R、C元件代替组成的。一般它们可以是R、L、C元件的串联或并联组合。应用拉氏变换，Z1写成Z1(s),Z2写成Z2(s)，其中s复频率变量；因而有改变Z1(s)，Z2(s)的形式，即可实现各种不同数学运算。第47页/共54页2-48归纳与推广例：右图所示是一种比较复杂的运算电路，它的传递函数为 上式第一、二两项表示比例运算；第三项表示微分运算，最后一项表示积分运算。第48页/共54页2-49设计设计一放大电路，采用12V供电，电压放大倍数为50，输入阻抗为100K。(1)采用同相放大电路；(2)采用反相放大电路；(3)如果采用单电源12V供电呢？第49页/共54页2-50同相放大电路第50页/共54页2-51反相放大电路第51页/共54页2-52采用单电源12V供电第52页/共54页2-53作业(P47、P48)第53页/共54页2-54感谢您的观看。第54页/共54页