運算放大器的基本電路.ppt

封面,運算放大器的基本電路,返回,云南麗江牦牛坪,引言,理想的運算放大器有以下特性 1、開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aod= ; 2、差模輸入電阻Rid= ;共模輸入電阻Ric= ； 3、輸出電阻Ro= 0; 4、共模抑制比KCMR = ； 5、上限截止頻率fH = ； 6、輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流以及它們的漂移均為零。,本頁完,引言,返回,由于理想運放的 Rid= ，其凈輸入電流iid= 0，所以可引入“ 虛斷 ” 概念 ；又因為運放在線性區(qū)有Aod= ，但輸出電壓uO= Aod(uP -uN )中的uO卻是有限值，所以必有uP -uN = 0，即uP = uN，或 uid = 0，因此可引入“虛短”概念。,引言,本頁完,引言,返回,由運放組成的差分輸入放大器的工作原理,由運放組成的同相放大器的工作原理,學(xué)習(xí)要點,本 節(jié) 學(xué) 習(xí) 要 點 和 要 求,運算放大器的基本電路,由運放組成的反相放大器的工作原理,返回,主頁,運算放大器的基本電路主頁,使用說明：要學(xué)習(xí)哪部分內(nèi)容，只需把鼠標(biāo)移到相應(yīng)的目錄上單擊鼠標(biāo)左鍵即可，按空格鍵或鼠標(biāo)左鍵進入下一頁。,結(jié)束,反相比例放大路,同相比例放大路,差分輸入放大路,四川稻城亞丁,返回,一、反相比例放大器,一、反相比例放大器 1.反相放大器的電壓放大倍數(shù) 推導(dǎo)出Auf,運算放大器的基本電路,iI = ,反相放大器,繼續(xù),由“虛斷” (iN= iP=0 ) 概念得,iI = iF,及 uP = 0,uI,R1,聯(lián)立三式并根據(jù)閉環(huán)放大電路電壓放大倍數(shù)的定義得,本電路是電壓并聯(lián)負反饋組態(tài)，輸入信號從反相端輸入。,由“虛短”概念得,uN = uP = 0,畫出等效電路,本頁完,由等效輸入回路得,iF = - ,uo,Rf,由等效反饋回路得,Auf = ,= - ,uO,uI,Rf,R1,RP是補償電阻 , 平衡集成塊內(nèi)部差分放大器輸入級的輸入電阻。其值為RP = RF / R1,以下推導(dǎo)本電路的閉環(huán)放大倍數(shù)Auf。,A,過度,運算放大器的基本電路,反相放大器,繼續(xù),= - ,Auf = ,uI,Rf,R1,uO,一、反相比例放大器,A,2.反相放大器的輸入電阻Rif,運算放大器的基本電路,繼續(xù),本頁完,1、反相放大器的Auf,2、反相放大器的輸入電阻,Rif = ,輸入電阻的定義,uI,iI,觀察輸入回路得,Rif = ,uI,iI,= R1,Rif = R1,反相放大器,= - ,Auf = ,uI,Rf,R1,uO,一、反相比例放大器,A,經(jīng)推導(dǎo)可知，為了提高反相放大器的輸入電阻，R1應(yīng)取較大的數(shù)值，一般最大只能取1M左右，這遠小于運放本身的輸入電阻，究其原因是本電路的反饋屬并聯(lián)負反饋。,3.反相放大器的輸出電阻Rof,運算放大器的基本電路,繼續(xù),本頁完,2、反相放大器的輸入電阻,因為本反相放大器引入了電壓負反饋，所以輸出電阻會進一步減至 1 以下，因而帶負載能力很強。,Rif = R1,3、反相放大器的輸出電阻,Rof 1,反相放大器,1、反相放大器的Auf,= - ,Auf = ,uI,Rf,R1,uO,一、反相比例放大器,A,對Auf式中Rf的討論,運算放大器的基本電路,繼續(xù),本頁完,2、反相放大器的輸入電阻,Rif = R1,3、反相放大器的輸出電阻,Rof 1,反相放大器,1、反相放大器的Auf,= - ,Auf = ,uI,Rf,R1,uO,在本放大電路中，要使 Auf 增大，一般通過加大Rf而不是減少R1 ( 如果R1 太小，會使電路的輸入電阻Rif 太小) ，但Rf 太大，電路就不是深度負反饋且會令電路噪聲增大，一般Rf 在1M 以下。,若要有較大的Auf，又不想Rf 太大，可采用T形反饋網(wǎng)絡(luò)代替Rf 。,一、反相比例放大器,A,T形反饋網(wǎng)絡(luò)的引入,運算放大器的基本電路,繼續(xù),2、反相放大器的輸入電阻,Rif = R1,3、反相放大器的輸出電阻,Rof 1,1、反相放大器的Auf,= - ,Auf = ,uI,Rf,R1,uO,在本放大電路中，要使 Auf 增大，一般通過加大Rf而不是減少R1 ( 如果R1 太小，會使電路的輸入電阻Rif 太小) ，但Rf 太大，電路就不是深度負反饋且會令電路噪聲增大，一般Rf 在1M 以下。,若要有較大的Auf，又不想Rf 太大，可采用T形反饋網(wǎng)絡(luò)代替Rf 。,本頁完,工作原理自行參考教材P314 。,一、反相比例放大器,A,反相放大器結(jié)束頁,運算放大器的基本電路,繼續(xù),2、反相放大器的輸入電阻,Rif = R1,3、反相放大器的輸出電阻,Rof 1,1、反相放大器的Auf,= - ,Auf = ,uI,Rf,R1,uO,在本放大電路中，要使 Auf 增大，一般通過加大Rf而不是減少R1 ( 如果R1 太小，會使電路的輸入電阻Rif 太小) ，但Rf 太大，電路就不是深度負反饋且會令電路噪聲增大，一般Rf 在1M 以下。,若要有較大的Auf，又不想Rf 太大，可采用T形反饋網(wǎng)絡(luò)代替Rf 。,本頁完,工作原理自行參考教材P314 。,一、反相比例放大器,A,返回,繼續(xù),二、同相比例放大器 1.同相放大器的電壓放大倍數(shù) 推導(dǎo)出AVF,二、同相比例放大器,運算放大器的基本電路,繼續(xù),本頁完,iF = ,利用“虛斷” 概念得,iI = 0,及 uP = uI,uI - 0,R,利用“虛短” 概念得,uN = uP = uI,畫出等效電路,由等效反饋回路得,把上式整理后并利用閉環(huán)電壓放大倍數(shù)的定義得,Auf = ,= 1+ ,uO,uI,Rf,R,本電路是電壓串聯(lián)負反饋組態(tài)，輸入信號從同相端輸入。,= ,uO - uN,Rf,以下推導(dǎo)本電路的閉環(huán)放大倍數(shù)Auf 。,A,過度,運算放大器的基本電路,繼續(xù),本電路是電壓串聯(lián)負反饋組態(tài)，輸入信號從同相端輸入。,二、同相比例放大器,Auf = ,= 1+ ,uO,uI,Rf,R,A,2.同相放大器的輸入電阻Rif,運算放大器的基本電路,繼續(xù),本頁完,本電路是電壓串聯(lián)負反饋組態(tài)，輸入信號從同相端輸入。,1、同相放大器的Auf,上式表明同相放大電路的輸出與輸入是同相的并且其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)總大于1。,2、同相放大電路的輸入電阻Rif,Rif = ,輸入電阻的定義,uI,iI,因為 iI 0,所以 Rif ,并且反饋電路屬串聯(lián)負反饋，輸入電阻會進一步增大，可高達100M以上。,二、同相比例放大器,Auf = ,= 1+ ,uO,uI,Rf,R,A,3.同相放大器的輸出電阻Rof,運算放大器的基本電路,繼續(xù),本頁完,本電路是電壓串聯(lián)負反饋組態(tài)，輸入信號從同相端輸入。,上式表明同相放大電路的輸出與輸入是同相的并且其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)總大于1。,2、同相放大電路的輸入電阻Rif,Rif 100M,3、同相放大電路的輸出電阻Rof,本同相放大器亦引入了電壓負反饋，所以輸出電阻可減至1以下。,二、同相比例放大器,1、同相放大器的Auf,Auf = ,= 1+ ,uO,uI,Rf,R,A,4.同相放大器的特例射隨器,運算放大器的基本電路,繼續(xù),本頁完,3、同相放大電路的特例射隨器,利用“虛斷” 概念得,iI = iF = 0,及 uP = uI,利用“虛短” 概念得,uN = uP,聯(lián)立以上三式得,由結(jié)果可知本電路符合射隨器的特點。,uO = uN,uO = uI,二、同相比例放大器,由運放組成的射隨器有專門的集成電路( IC ) ，如型號AD9620就是一塊射隨器的芯片，電壓增益為0.994，輸入電阻為0.8M，輸出電阻為40 ，轉(zhuǎn)換速率為2000V/s。,A,同相放大器結(jié)束頁,運算放大器的基本電路,繼續(xù),本頁完,3、同相放大電路的特例射隨器,利用“虛斷” 概念得,iI = iF = 0,及 uP = uI,利用“虛短” 概念得,uN = uP,聯(lián)立以上三式得,由結(jié)果可知本電路符合射隨器的特點。,uO = uN,uO = uI,二、同相比例放大器,由運放組成的射隨器有專門的集成電路( IC ) ，如型號AD9620就是一塊射隨器的芯片，電壓增益為0.994，輸入電阻為0.8M，輸出電阻為40 ，轉(zhuǎn)換速率為2000V/s。,返回,繼續(xù),A,三、差分輸入放大器 1.差分輸入放大器的電壓放大倍數(shù) 推導(dǎo)出AVF,三、差分輸入放大器,運算放大器的基本電路,uP = ,繼續(xù),利用“虛斷” 概念得,i1 = iF,及 i2 = iR,uI2,RF,聯(lián)立三式并根據(jù)閉環(huán)放大電路電壓放大倍數(shù)的定義得,本頁完,由等效電路得兩個方程,Auf = ,= ,uO,uI2 uI1,RF,R1,差分輸入放大器,畫出等效電路,以下推導(dǎo)本電路的閉環(huán)放大倍數(shù)Auf 。,RF +R1,分壓原理,uI1 uN,R1,= ,RF,uN uO,利用“虛短” 概念得,uN = uP,A,過度,三、差分輸入放大器,運算放大器的基本電路,繼續(xù),差分輸入放大器,Auf = ,= ,uO,uI2 uI1,RF,R1,A,結(jié)束,三、差分輸入放大器,運算放大器的基本電路,繼續(xù),差分輸入放大器,本頁完,1、差分輸入放大器的Auf,2、差分輸入放大器的Rif,Rif = 2R1,3、差分輸入放大器的Rof,Rof 0,返回,結(jié)束,Auf = ,= ,uO,uI2 uI1,RF,R1,差分輸入放大器,可參考第三章差分放大電路中有關(guān)輸入電阻內(nèi)容。,本電路亦是電壓負反饋，所以輸出電阻很小。,A,再見,再見,Auf 的推導(dǎo)過程,差分輸入放大器Auf 的推導(dǎo),運算放大器的基本電路,uP = ,繼續(xù),uI2,RF,(1),本頁完,Auf = ,= ,uO,uI2 uI1,RF,R1,差分輸入放大器,RF +R1,uI1 uN,R1,= ,RF,uN uO,uN = uP,(2),(3),由(2)得,R1 +RF,R1,= + ,uN,R1 RF,uI1,RF,uO,(4),把(1) (4)代入(3)并整理得,uO,RF,= ,uI2 uI1,R1,由差動輸入的定義得,單擊此立刻返回鏈入處,Auf 的推導(dǎo)過程結(jié)束頁,差分輸入放大器Auf 的推導(dǎo),運算放大器的基本電路,uP = ,繼續(xù),uI2,RF,(1),本頁完,Auf = ,= ,uO,uI2 uI1,RF,R1,差分輸入放大器,RF +R1,uI1 uN,R1,= ,RF,uN uO,uN = uP,(2),(3),由(2)得,R1 +RF,R1,= + ,uN,R1 RF,uI1,RF,uO,(4),把(1) (4)代入(3)并整理得,uO,RF,= ,uI2 uI1,R1,由差動輸入的定義得,返回,