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1、4-1、运算放大器的基本结构与分析模型运算放大器的基本结构与分析模型4-2、运算放大器基本电路组态分析运算放大器基本电路组态分析 把输入把输入把输入把输入/放大放大放大放大/输出和保护及反馈电路集成在一个芯片中输出和保护及反馈电路集成在一个芯片中输出和保护及反馈电路集成在一个芯片中输出和保护及反馈电路集成在一个芯片中 具有相当高电压增益（电压放大倍数）具有相当高电压增益（电压放大倍数）具有相当高电压增益（电压放大倍数）具有相当高电压增益（电压放大倍数）是一种差分放大的基本模拟器件是一种差分放大的基本模拟器件是一种差分放大的基本模拟器件是一种差分放大的基本模拟器件 4-3、运算放大器的工程分析参
2、数运算放大器的工程分析参数 第第4章章 集成运算放大器集成运算放大器Integrated Operation Amplifier Read 7.2,7.3电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 4-1、运算放大器的基本结构与分析模型运算放大器的基本结构与分析模型4-1-1、运算放大器的基本结构运算放大器的基本结构4-1-2、运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型4-1 运算放大器的基本结构与分析模型运算放大器的基本结构与分析模型2电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 实现一个实现一个实现一个实现一个高电压增益高电压增益高电压增益高电压增益的集成的集成的集成的集成
3、差分放大差分放大差分放大差分放大器件，电压放大倍器件，电压放大倍器件，电压放大倍器件，电压放大倍数往往在数往往在数往往在数往往在10105 5以上。以上。以上。以上。输入隔离与保输入隔离与保输入隔离与保输入隔离与保护电路护电路护电路护电路中间放大与中间放大与中间放大与中间放大与补偿补偿补偿补偿输出驱动与输出驱动与输出驱动与输出驱动与保护电路保护电路保护电路保护电路4-1-1、运算放大器的基本结构、运算放大器的基本结构4-1 运算放大器的基本结构与分析模型运算放大器的基本结构与分析模型3电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 T T1 1T T2 2T T3 3T T5 5T T6
4、 6T T7 7T T8 8T T9 9T T1010T T1111T T1212T T1313V V +C C4 4 A A6 6 A A100100 A A5050 A AV V-V V +V V O OT T4 4输入级输入级中间级中间级输出级输出级4-1 运算放大器的基本结构与分析模型运算放大器的基本结构与分析模型T T2 2/T/T3 3差分输入差分输入共射共射T T5 5/T/T6 6电流镜负载电流镜负载T T1 1/T/T4 4差分输入差分输入共集共集放大，功耗小放大，功耗小减小输出电阻减小输出电阻提高输出能力提高输出能力4电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 一
5、、理想运算放大器基本模型一、理想运算放大器基本模型 二、理想运算放大器的行为特性分析二、理想运算放大器的行为特性分析 三、参数分析三、参数分析 4-1-2、运算放大器的电路模型、运算放大器的电路模型4-1 运算放大器的基本结构与分析模型运算放大器的基本结构与分析模型5电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器+-+-研究符号研究符号 等效电路等效电路电路符号电路符号 K(v+-v-)v+v-v0 在理想情况下，在理想情况下，在理想情况下，在理想情况下，输入阻抗无限大（输入电流为输入阻抗无限大（输入电流为输入阻抗无限大（输入电流为输入阻抗无限大（输入电流为0 0）开环放大倍数无限大（两
6、输入端电位相等）开环放大倍数无限大（两输入端电位相等）开环放大倍数无限大（两输入端电位相等）开环放大倍数无限大（两输入端电位相等）输出阻抗为零输出阻抗为零输出阻抗为零输出阻抗为零一、理想运算放大器基本模型一、理想运算放大器基本模型 4-1-2、运算放大器的电路模型、运算放大器的电路模型4-1 运算放大器的基本结构与分析模型运算放大器的基本结构与分析模型6电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 vo=K(v+-v-)虚短虚短虚短虚短 v+=v-开环放大倍数开环放大倍数开环放大倍数开环放大倍数K K无限大无限大无限大无限大 虚断虚断虚断虚断 i+=I-=0 输入阻抗输入阻抗输入阻抗输
7、入阻抗 （输入电流为（输入电流为（输入电流为（输入电流为0 0）等效电路等效电路 K(v+-v-)v+v-v0二、理想运算放大器的行为特性分析二、理想运算放大器的行为特性分析 4-1-2、运算放大器的电路模型、运算放大器的电路模型理想运算放大器理想运算放大器理想运算放大器理想运算放大器开环放大倍数开环放大倍数开环放大倍数开环放大倍数K KK K 运算放大器输入与输出间没有运算放大器输入与输出间没有连接时所具有的放大倍数。连接时所具有的放大倍数。输出阻抗为零输出阻抗为零输出阻抗为零输出阻抗为零 4-1 运算放大器的基本结构与分析模型运算放大器的基本结构与分析模型7电子工程系第第4章章 集成集成
8、运放放大器运放放大器 K(v+-v-)v-v+I I+I I-If =I1 i+=I-=0 示例：绘制等效电路，并指出成立条件。示例：绘制等效电路，并指出成立条件。示例：绘制等效电路，并指出成立条件。示例：绘制等效电路，并指出成立条件。viR2R1Rfv0+-Rfv0viR2I If fI I1 1R1三、参数分析三、参数分析 4-1-2、运算放大器的电路模型、运算放大器的电路模型课堂练习4-1 运算放大器的基本结构与分析模型运算放大器的基本结构与分析模型8电子工程系4-1、运算放大器的基本结构与分析模型运算放大器的基本结构与分析模型4-2、运算放大器基本电路组态分析运算放大器基本电路组态分析
9、 把输入把输入把输入把输入/放大放大放大放大/输出和保护及反馈电路集成在一个芯片中输出和保护及反馈电路集成在一个芯片中输出和保护及反馈电路集成在一个芯片中输出和保护及反馈电路集成在一个芯片中 具有相当高电压增益（电压放大倍数）具有相当高电压增益（电压放大倍数）具有相当高电压增益（电压放大倍数）具有相当高电压增益（电压放大倍数）是一种差分放大的基本模拟器件是一种差分放大的基本模拟器件是一种差分放大的基本模拟器件是一种差分放大的基本模拟器件 3-3、运算放大器的工程分析参数运算放大器的工程分析参数 第第4章章 集成运算放大器集成运算放大器电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 4-2
10、、运算放大器基本电路组态分析运算放大器基本电路组态分析4-2-1、放大型组态放大型组态4-2-2、振荡型组态振荡型组态4-2 运算放大器基本电路组态分析运算放大器基本电路组态分析v2vOZ3Z4Z1Z2v1+-v+v-v2vOZ3Z4Z1Z2v1+-v+v-10电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 一、行为特性分析一、行为特性分析一、行为特性分析一、行为特性分析二、参数分析二、参数分析二、参数分析二、参数分析 v2vOZ3Z4Z1Z2v1+-v+v-4-2-1、放大型组态、放大型组态4-2 运算放大器基本电路组态分析运算放大器基本电路组态分析11电子工程系第第4章章 集成集成
11、运放放大器运放放大器 v2vOZ3Z4Z1Z2v1v+v-v+=v-i+=i-=0 一、行为特性分析一、行为特性分析一、行为特性分析一、行为特性分析4-2-1、放大型组态、放大型组态v2vOZ3Z4Z1Z2v1+-v+v-4-2 运算放大器基本电路组态分析运算放大器基本电路组态分析12电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 Z1、Z2、Z3、Z4阻抗性质不同（电阻性、电容性或电感性），阻抗性质不同（电阻性、电容性或电感性），放大组态电路就会具有不同功能。放大组态电路就会具有不同功能。在选择电路参数时，必须注意运算放大器输入偏置电流对电在选择电路参数时，必须注意运算放大器输入偏置电
12、流对电路特性的影响。路特性的影响。根据运算放大器的实际参数确定电阻的阻值范围。根据运算放大器的实际参数确定电阻的阻值范围。二、参数分析二、参数分析二、参数分析二、参数分析4-2-1、放大型组态、放大型组态4-2 运算放大器基本电路组态分析运算放大器基本电路组态分析13电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 放大型组态示例放大型组态示例 viR R1 1+-R R2 2R Rf fvov1=vi，v2=0Z1=R1，Z2=R f，Z3=R2，Z4=v2vOZ3Z4Z1Z2v1+-v+v-仿真仿真：仿真：（1）观察输入）观察输入-输出波形输出波形（2）研究放大倍数）研究放大倍数 4-
13、2 运算放大器基本电路组态分析运算放大器基本电路组态分析14电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 一、行为特性分析一、行为特性分析一、行为特性分析一、行为特性分析二、参数分析二、参数分析二、参数分析二、参数分析 4-2-2、振荡型组态、振荡型组态v2vOZ3Z4Z1Z2v1+-v+v-4-2 运算放大器基本电路组态分析运算放大器基本电路组态分析15电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 一、行为特性分析一、行为特性分析一、行为特性分析一、行为特性分析4-2-2、振荡组态、振荡组态v2vOZ3Z4Z1Z2v1+-v+v-v2vOZ3Z4Z1Z2v1v+v-4-2 运
14、算放大器基本电路组态分析运算放大器基本电路组态分析16电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 如果如果Z1=Z3、Z2=Z4，则输出将会是无限大（分母为则输出将会是无限大（分母为0）。）。二、参数分析二、参数分析二、参数分析二、参数分析4-2-2、振荡型组态、振荡型组态4-2 运算放大器基本电路组态分析运算放大器基本电路组态分析17电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 振荡型组态示例振荡型组态示例 例例例例4-2-54-2-5 选用选用LM324运算放大器运算放大器 仿真仿真：仿真：（1）观察输出波形）观察输出波形（2）调整参数，研究各参数对波形的影响）调整参数，
15、研究各参数对波形的影响 9.1kW Wvo+-5.1kW W10kW W10kW W0.015m mF0.015m mF4-2 运算放大器基本电路组态分析运算放大器基本电路组态分析18电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 4-3、运算放大器的工程分析参数运算放大器的工程分析参数4-3-1、工程参数工程参数4-3-2、特性曲线特性曲线4-3 运算放大器的工程分析参数运算放大器的工程分析参数19电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 开环放大倍数开环放大倍数开环放大倍数开环放大倍数 输入偏置电流输入偏置电流输入偏置电流输入偏置电流 电源电压电源电压电源电压电源电压 频
16、带增益乘积频带增益乘积频带增益乘积频带增益乘积 跟踪速度跟踪速度跟踪速度跟踪速度 功率损耗功率损耗功率损耗功率损耗 共模抑制比（共模抑制比（共模抑制比（共模抑制比（CMRCMRCMRCMR）噪声系数噪声系数噪声系数噪声系数 工作温度与保存温度工作温度与保存温度工作温度与保存温度工作温度与保存温度 极限参数极限参数极限参数极限参数 最大最小电源电压最大最小电源电压最大最小电源电压最大最小电源电压 最大功率最大功率最大功率最大功率 温度极限温度极限温度极限温度极限 失调电压和电流失调电压和电流失调电压和电流失调电压和电流 4-3-1、工程参数、工程参数4-3 运算放大器的工程分析参数运算放大器的工
17、程分析参数20电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 指电路系统的输出信号没有通过其他电路连接到输入端时的指电路系统的输出信号没有通过其他电路连接到输入端时的差模放大倍数。差模放大倍数。一、开环放大倍数一、开环放大倍数一、开环放大倍数一、开环放大倍数4-3-1、工程参数、工程参数(a)a)开环状态开环状态开环状态开环状态v vo o-+v vi iv vi i反馈电阻反馈电阻反馈电阻反馈电阻v vo o-+v vi iv vi i(b)b)闭环状态闭环状态闭环状态闭环状态v v0 0=K=K(v v+v v-)开环放大倍数开环放大倍数开环放大倍数开环放大倍数K K4-3 运算放大
18、器的工程分析参数运算放大器的工程分析参数21电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 开环放大倍数示例开环放大倍数示例 选用理想运算放大器选用理想运算放大器 仿真仿真：仿真：（1）观察输出波形与输入、电源电压的关系。）观察输出波形与输入、电源电压的关系。vo+-vi4-3 运算放大器的工程分析参数运算放大器的工程分析参数22电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 指运算放大器两个差分输入端的基极指运算放大器两个差分输入端的基极(栅极栅极)静态电流的平均值。静态电流的平均值。二、输入偏置电流二、输入偏置电流二、输入偏置电流二、输入偏置电流I IIBIB4-3-1、工程参
19、数、工程参数IIB=(IIB1+IIB2)/2+-v-v+IIB2IIB1理想情况下：理想情况下：IIB1=IIB2=0 （虚断虚断I+=I-=0）4-3 运算放大器的工程分析参数运算放大器的工程分析参数23电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器（2 2）失调电压）失调电压）失调电压）失调电压V VIOIO由于放大器差分输入电路不对称而造成的两个输入端静态电压之差。由于放大器差分输入电路不对称而造成的两个输入端静态电压之差。IIO=|IIB1-IIB2|即（即（|I+-I-|)（1 1）失调电流）失调电流）失调电流）失调电流I IIOIO 由于放大器差分输入电路不对称而造成的两个
20、输入端静态电流之由于放大器差分输入电路不对称而造成的两个输入端静态电流之差。差。VIO=|VIB1-VIB2|即（即（|V+-V-|)三、输入失调参数三、输入失调参数三、输入失调参数三、输入失调参数4-3-1、工程参数、工程参数理想情况下：理想情况下：理想情况下：理想情况下：I IIOIO=0=0，V VIOIO =0 =0 （虚断虚断虚断虚断I I+=I I-=0=0）4-3 运算放大器的工程分析参数运算放大器的工程分析参数24电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 器件正常工作的条件。器件正常工作的条件。器件正常工作的条件。器件正常工作的条件。电源功率电源功率电源功率电源功率
21、 电源电压范围电源电压范围电源电压范围电源电压范围 电源电压抑制比电源电压抑制比电源电压抑制比电源电压抑制比四、电源电压四、电源电压四、电源电压四、电源电压4-3-1、工程参数、工程参数五、输出幅度五、输出幅度五、输出幅度五、输出幅度 指在给定电源电压下，指在给定电源电压下，指在给定电源电压下，指在给定电源电压下，运算放大器所能达到的运算放大器所能达到的运算放大器所能达到的运算放大器所能达到的最大输出电压。最大输出电压。最大输出电压。最大输出电压。六、六、六、六、允许最大差模输入电压允许最大差模输入电压允许最大差模输入电压允许最大差模输入电压 表示运算放大器所能承受的最表示运算放大器所能承受的
22、最表示运算放大器所能承受的最表示运算放大器所能承受的最大差模输入信号电压（器件中的大差模输入信号电压（器件中的大差模输入信号电压（器件中的大差模输入信号电压（器件中的PNPN结所限）。结所限）。结所限）。结所限）。七、七、七、七、允许最大共模输入电压允许最大共模输入电压允许最大共模输入电压允许最大共模输入电压 表示运算放大器所能承受的最表示运算放大器所能承受的最表示运算放大器所能承受的最表示运算放大器所能承受的最大共模输入信号电压，一般高于大共模输入信号电压，一般高于大共模输入信号电压，一般高于大共模输入信号电压，一般高于电源电压。电源电压。电源电压。电源电压。4-3 运算放大器的工程分析参数
23、运算放大器的工程分析参数25电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 f(Hz)20lgAV(dB)例：例：1M0八、带宽增益乘积八、带宽增益乘积八、带宽增益乘积八、带宽增益乘积 运放增益（运放增益（运放增益（运放增益（dBdB）与所对与所对与所对与所对应频率（对数）的乘积。应频率（对数）的乘积。应频率（对数）的乘积。应频率（对数）的乘积。LTILTI系统的带宽系统的带宽系统的带宽系统的带宽-增益乘积为增益乘积为增益乘积为增益乘积为常数。常数。常数。常数。4-3-1、工程参数、工程参数tAO例：例：0九、摆率九、摆率九、摆率九、摆率 反映运放对高速变化的输反映运放对高速变化的输反映
24、运放对高速变化的输反映运放对高速变化的输入信号的响应能力。入信号的响应能力。入信号的响应能力。入信号的响应能力。4-3 运算放大器的工程分析参数运算放大器的工程分析参数Slew Rate26电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 跟踪速度示例跟踪速度示例跟踪速度示例跟踪速度示例 Slew rateSlew rate 输入正弦波信号最大值为输入正弦波信号最大值为1V，频率为频率为1kHz。在在045度度间的上升幅度为间的上升幅度为700mV，需需0.125ms。最大上升速度为最大上升速度为700mV/0.125ms=0.0056v/m ms。使用使用LM324LM324的跟踪速度是
25、的跟踪速度是2.5v/m ms 小信号输入小信号输入小信号输入小信号输入输入正弦波信号最大值为输入正弦波信号最大值为1V，频率为频率为1MHz。在在045度间的上升幅度为度间的上升幅度为0.7V，需需0.625m ms。最大上升速度为最大上升速度为0.7V/0.625m ms=1.12v/m ms。大信号输入大信号输入大信号输入大信号输入4-3 运算放大器的工程分析参数运算放大器的工程分析参数27电子工程系第第4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 NF噪声系数噪声系数 Psi输入信号功率输入信号功率 Pso输出信号功率输出信号功率 Pni输入端噪声功率输入端噪声功率 Pn0输出端噪声功率输出
26、端噪声功率 十、噪声系数十、噪声系数十、噪声系数十、噪声系数4-3-1、工程参数、工程参数十一十一十一十一、功率损耗功率损耗功率损耗功率损耗 指器件在正常工作时所具有的最指器件在正常工作时所具有的最大功率消耗能力。大功率消耗能力。十二十二十二十二、工作温度与保存温度工作温度与保存温度工作温度与保存温度工作温度与保存温度工作温度：工作温度：工作温度：工作温度：运放正常工作时所允许达到的最运放正常工作时所允许达到的最高温度。高温度。保存温度：保存温度：保存温度：保存温度：运放不工作时的环境温度范围运放不工作时的环境温度范围。4-3 运算放大器的工程分析参数运算放大器的工程分析参数28电子工程系第第
27、4章章 集成集成 运放放大器运放放大器 一、小信号频率响应特性曲线一、小信号频率响应特性曲线一、小信号频率响应特性曲线一、小信号频率响应特性曲线 二、大信号频率响应特性曲线二、大信号频率响应特性曲线二、大信号频率响应特性曲线二、大信号频率响应特性曲线 4-3-2、特性曲线、特性曲线 提供运放在小信号输入时的频率特提供运放在小信号输入时的频率特性，根据这条曲线，可以确定小信号性，根据这条曲线，可以确定小信号时所允许达到的电压增益。时所允许达到的电压增益。LM324的小信号特性曲线的小信号特性曲线 提供运放在大信号输入时的频率特提供运放在大信号输入时的频率特性，根据这条曲线，可以确定大信号性，根据这条曲线，可以确定大信号时所允许达到的电压增益。时所允许达到的电压增益。LM324的大信号特性曲线的大信号特性曲线 4-3 运算放大器的工程分析参数运算放大器的工程分析参数29电子工程系