第二章-运算放大器(第五版)
最新大二电工学运算放大器课件ppt课件
13
运放工作在线性区的条件是必须引入负反馈：
这是由于，当 |uo |<Uopp时，运放工作在线性区，输 入电压和输出电压有线性关系：
uo = Aod（u+– u–)
由于Aod→∞，在无负反馈（开环）情况下，只要 u+-u- 有一点点输入，uo就会达到正饱和+UOPP 或负饱 和-UOPP 。由于干扰的影响，很难使运放在开环时工作 在线性区。引入负反馈，可减少净输入电压 u+-u- , 使 uo<± Uopp ,运放才可以工作在线性区。
29
分析方法2：利用叠加原理
减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相
比例运算电路的叠加。
uo
RF R1
ui1
uo
(1
RF R1
)u
(1RF) R1
R3 R2 R3
ui2
RF
+ ui1
–
+ ui2 –
R1 R2
u+
– +
R3
+
uo+ –
uo uo uo
(1R RF 1)R2R 3R3ui2R RF 1ui1 30
RF
R1 +
ui1
+ ui2
R2
––
– +
+
R3
①一般：
② 如果取 R1 = R2 ，R3 = RF
+ uo
则： uo R RF 1 (ui2ui1)
–
输出与两个输入信号
的差值成正比。
uo(1R R F 1)R 2R 3R 3ui2R R F 1ui1
动画
③ 如 R1 = R2 = R3 = RF 则u： oui2ui1
电子线路(非线性部分)第五版第二章
Qe
Xs Rs
Rp Xp
T 型网络分析
2.3.3 谐振功率放大器电路
双极型管谐振功率放大电路
50MHz
场效应管谐振功率放大器
400MHz
2.4 高频功率放大器
在通信等应用领域中，谐振功率放大器的工作频 率往往在几十MHz以上，高到几百MHz，通常将 这种谐振功率放大器统称为介于功率管T和外接负载RL之间：
交流通路：
主要要求 阻抗转换；滤波；高效率地功率传输。 要求网络的传输效率=PL/Po尽可能接近于1。
串并联阻抗转换
Rs2 X s2 2 Rp Rs (1 Qe ) Rs 2 2 R R Rs X s p s Xp Xs Xs
基于静态特性曲线的近似分析法虽然有助于了解 谐振功率放大器的性能变化特性，并指导功率放 大器的调试，但这种方法不适合分析和设计高频 功率放大器。工程上一般借助功率管的大信号输 入和输出阻抗来分析和设计高频功率放大器。
2.4.1 高频功率管及其大信号输入和输出阻抗
一、高频功率管结构
高频功率管的内部结构
称为倍频器 (Frequency Multiplier) 。
由于输出功率和滤波特性的限制，这种倍频
器的倍频次数不能太高，一般为2或3。
2.1.2 丁类和戊类谐振功率放大器
丁类(Class D)谐振功率放大器： 功率管开关工作，导通时 管子电流很大，管压降很 小；截止时管压降较大， 但几乎没电流。因此管耗 很小，籍此放大器的效率 得以提高 。 提高效率的措施是减小管 子导通期间的瞬时管耗。
实例： 设计一高频功率放大器，用于调频发射机， 输入和输出负载均为50Ω，输入信号频率为 80MHz，输出信号频率为160MHz，要求输 入功率为4mW时，输出负载上的功率 PL≥700mW，二次谐波抑制度小于-30dB，放 大器总效率大于50%，电源电压为15V。
《模拟电子技术基础(第五版 康华光主编)》 复习提纲
模拟电子技术基础复习提纲第一章绪论）信号、模拟信号、放大电路、三大指标。
（放大倍数、输入电阻、输出电阻）第三章二极管及其基本电路）本征半导体：纯净结构完整的半导体晶体。
在本征半导体内，电子和空穴总是成对出现的。
N型半导体和P型半导体。
在N型半导体内，电子是多数载流子；在P型半导体内，空穴是多数载流子。
载流子在电场作用下的运动称为漂移；载流子由高浓度区向低浓度区的运动称为扩散。
P型半导体和N型半导体的接触区形成PN结，在该区域中，多数载流子扩散到对方区域，被对方的多数载流子复合，形成空间电荷区，也称耗尽区或高阻区。
空间电荷区内电场产生的漂移最终与扩散达到平衡。
PN结最重要的电特性是单向导电性，PN结加正向电压时，电阻值很小，PN结导通；PN结加反向电压时，电阻值很大，PN结截止。
PN 结反向击穿包括雪崩击穿和齐纳击穿；PN结的电容效应包括扩散电容和势垒电容，前者是正向偏置电容，后者是反向偏置电容。
）二极管的V-I 特性（理论表达式和特性曲线））二极管的三种模型表示方法。
（理想模型、恒压降模型、折线模型）。
（V BE=）第四章双极结型三极管及放大电路基础）BJT的结构、电路符号、输入输出特性曲线。
（由三端的直流电压值判断各端的名称。
由三端的流入电流判断三端名称电流放大倍数））什么是直流负载线什么是直流工作点）共射极电路中直流工作点的分析与计算。
有关公式。
(工作点过高，输出信号顶部失真，饱和失真，工作点过低，输出信号底部被截，截止失真)。
）小信号模型中h ie和h fe含义。
）用h参数分析共射极放大电路。
（画小信号等效电路，求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻）。
）常用的BJT放大电路有哪些组态（共射极、共基极、共集电极）。
各种组态的特点及用途。
P147。
（共射极：兼有电压和电流放大，输入输出电阻适中，多做信号中间放大；共集电极（也称射极输出器），电压增益略小于1，输入电阻大，输出电阻小，有较大的电流放大倍数，多做输入级，中间缓冲级和输出级；共基极：只有电压放大，没有电流放大，有电流跟随作用，高频特性较好。
电子技术基础(模拟部分)第五版课件(全部)
end
2.1 集成电路运算放大器
2.2 理想运算放大器
2.3 基本线性运放电路
2.4 同相输入和反相输入放大电 路的其他应用
§引 言
➢在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中元器 件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路， 称为集成电路。简单来说，集成电路是把元器件和 连接导线全部制作在一小块硅片上而成的电路。
• 电容利用PN结结电容，一般不超过几十pF。需要大 电容时，通常在集成电路外部连接。不能制电感，级 与级之间用直接耦合；
• 二极管用三极管的发射结代。比如由NPN型三极管 短路其中一个PN结构成。
运算放大器外形图
2.1 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
集成运算放大器是一种高电压增益，高输入电阻和 低输出电阻的多级直接耦合放大电路。
(+60μV,+12V)
Avo=2×105
解：取a点（+60μV,+12V）， b点（60μV,-12V），连接a、b两点得ab线 段，其斜率Avo=2×105, ∣vP-vN∣<60 μV时，电路工作在线性区； ∣vPvN∣>60 μV，则运放进入非线性区。 运放的电压传输特性如图所示。
(-60μV,-12V)
输入输出回路没有公共端
1.5 放大电路的主要性能指标
1. 输入电阻
Ri
vt it
1.5 放大电路的主要性能指标
2. 输出电阻
vt
R o
vs 0,RL
it
注意：输入、输出电阻为交流电阻
1.5 放大电路的主要性能指标
3. 增益
反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量
自动控制原理课后答案(第五版)
第 一 章1-1 图1-2是液位自动控制系统原理示意图。
在任意情况下，希望液面高度c 维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。
图1-2 液位自动控制系统解：被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位；给定量电位器设定水位r u （表征液位的希望值r c ）；比较元件：电位器；执行元件：电动机；控制任务：保持水箱液位高度不变。
工作原理：当电位电刷位于中点（对应r u ）时，电动机静止不动，控制阀门有一定的开度，流入水量与流出水量相等，从而使液面保持给定高度r c ，一旦流入水量或流出水量发生变化时，液面高度就会偏离给定高度r c。
当液面升高时，浮子也相应升高，通过杠杆作用，使电位器电刷由中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机，通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动，从而减少流入的水量，使液面逐渐降低，浮子位置也相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，电动机的控制电压为零，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度r c。
反之，若液面降低，则通过自动控制作用，增大进水阀门开度，加大流入水量，使液面升高到给定高度r c。
系统方块图如图所示：1-10 下列各式是描述系统的微分方程，其中c(t)为输出量，r (t)为输入量，试判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统?（１）222)()(5)(dt t r d tt r t c ++=；（２）)()(8)(6)(3)(2233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++；（３）dt t dr t r t c dt t dc t )(3)()()(+=+； （４）5cos )()(+=t t r t c ω；（５）⎰∞-++=t d r dt t dr t r t c ττ)(5)(6)(3)(；（６）)()(2t r t c =；（７）⎪⎩⎪⎨⎧≥<=.6),(6,0)(t t r t t c解：（1）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2()r t ，所以该系统为非线性系统。
电子技术基础(第五版)康华光02 运算放大器
vS2 vS1
R2 iI R1
N P
Rf
– +
vO
v ( v v ) o S 1 S 2
输出再接一级反相电路
v S 2 v S 1 R 1 R 2 i I
N P – +
R f v O 1 R
R
– +
v O
可得 v v v o S 1 S 2
27
2.4.4 积分电路和微分电路
一、积分电路
根据虚短、虚断，并列 N点的KCL方程，得：
vI1
vO
vn vp 0 v i1 - v n v i2 - v n v n - v o R2 Rf R1
若 R R R 1 2 f
R R f f -v v v o i1 i2 R R 1 2
( v v ) 则有 v o i 1 i 2
（3）输出电阻Ro Ro→0
20
2.4 同相输入和反相输入 放大电路的其他应用
2.4.1 求差电路 2.4.2 仪用放大器
2.4.3 求和电路
2.4.4 积分电路和微分电路
21
2.4.1 求差电路
利用差分式电路以实现求差运算 利用叠加原理： 当 vi1 单独作用时, 可看作是反相放大电路 R4 ' vo vi1 R1
当 vi2 单独作用时, 可看作是同相放大电路
R4 R R 3 4 v (1 )vp ( 1 ) v i2 R1 R R R 1 2 3
'' o
R R R R 3 1 4 4 v ( )( ) v v O i2 i1 R R R R 1 2 3 1
22
R R R R 3 1 4 4 v ( )( ) v v O i2 i1 R R R R 1 2 3 1 R R R 当 4 3 , 则 vo 4 (vi2 vi1) R R1 R 2 1
大二电工学运算放大器ppt课件
特例：当RF=R1时，uo= -ui ，称为反号器， 或反相器。
〔3〕反向比例运算电路的反响分析
反响信号使净输入
信号减小—负反响RF
反响电路直接从输 出端引出—电压反响
+ R1－
ui
– +
+
－+ uo
– R2
–
分析阐明该电路为电 压并联负反响电路
输入信号和反响信号加在 同一输入端—并联反响
结论：
集成电路的分类：
按功能集成电路可分为数字集成电路和模拟集成 电路两大类，本章所讲集成运算放大器是模拟集成电 路的一种。在第5章数字电路中，将引见几种数字集 成电路。
集成运算放大器特点：
集成运算放大器是一种采用多级直接耦合的高放 大倍数的放大电路，它既能放大缓慢变化的直流信号， 又能放大交流信号。用运算放大器及其反响网络，可 以组成多种运算电路，模拟数学运算，还广泛用于信 号处置、波形发生等电路中。
称电压跟随器或同号器。
– +
+
++
uo
ui
–
–
由运放构成的电压跟 随器输入电阻高、输出
电阻低，其跟随性能比 射极输出器更好。
〔3〕同相输入电路的的反响分析
反响信号使净输入 信号减小—负反响
RF
R1 –
+
+
+
ui R2
–
输入信号和反响信号分别 加两个输入端—串联反响
反响电路直接从输 出端引出—电压反响
取
R2 = R1 // RF
由后述计算可知，R2 与运算公式无关 。
〔2〕电压放大倍数
if RF
+ ui
自动控制原理课后答案(第五版)
第 一 章1-1 图1-2是液位自动控制系统原理示意图。
在任意情况下，希望液面高度c 维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。
图1-2 液位自动控制系统解：被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位；给定量电位器设定水位ru （表征液位的希望值rc ）；比较元件：电位器；执行元件：电动机；控制任务：保持水箱液位高度不变。
工作原理：当电位电刷位于中点（对应ru ）时，电动机静止不动，控制阀门有一定的开度，流入水量与流出水量相等，从而使液面保持给定高度rc ，一旦流入水量或流出水量发生变化时，液面高度就会偏离给定高度r c。
当液面升高时，浮子也相应升高，通过杠杆作用，使电位器电刷由中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机，通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动，从而减少流入的水量，使液面逐渐降低，浮子位置也相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，电动机的控制电压为零，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度r c。
反之，若液面降低，则通过自动控制作用，增大进水阀门开度，加大流入水量，使液面升高到给定高度r c。
系统方块图如图所示：1-10 下列各式是描述系统的微分方程，其中c(t)为输出量，r (t)为输入量，试判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统?（１）222)()(5)(dt t r d tt r t c ++=； （２）)()(8)(6)(3)(2233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++；（３）dt t dr t r t c dt t dc t )(3)()()(+=+； （４）5cos )()(+=t t r t c ω；（５）⎰∞-++=t d r dt t dr t r t c ττ)(5)(6)(3)(；（６）)()(2t r t c =；（７）⎪⎩⎪⎨⎧≥<=.6),(6,0)(t t r t t c解：（1）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2()r t ，所以该系统为非线性系统。
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vid v p vn
引入反馈后 vo
使输出减小了，增益Av＝vo/vi下降了，这时的反馈称为负反馈。
2.3.1 同相放大电路
3. 虚假短路
图中输出通过负反馈的作用，
使vn自动地跟踪vp， 即vp≈vn，或vid＝vp－vn≈0。 这种现象称为虚假短路，简称 虚短
由于运放的输入电阻ri很大，所以，运放两输入端之间的
2.4.1 求差电路
从结构上看， 它是反相 输入和同相输入相结合的放 大电路。 根据虚短、虚断和N 、 P 点的KCL得：
vn vp vi1 v n v n vo R1 R4 vi2 v p v p 0 R2 R3
若继续有 R4 R1 ,
R3 R1 R4 R4 vo ( )( )vi2 vi1 R1 R2 R3 R1
2.3 基本线性运放电路
2.3.1 同相放大电路
2.3.2 反相放大电路
2.3.1 同相放大电路
1. 基本电路
（a）电路图
（b）小信号电路模型 图2.3.1 同相放大电路
2.3.1 同相放大电路
2. 负反馈的基本概念
反馈：将放大电路输出量，
通过某种方式送回到输入回路 的过程。
电路有 vo ＝ Avo (vp－vn) vn 0，vn=R2vo/(R1+R2) vn → (vp－vn)↓ → vo↓
P N O vo
当vo=±Vom=±12V时
vP vN
12V /(2 105 ) 60 A
ii (vP vN ) / ri
图2.1.3 运算放大器的电路模型
60 A /(0.6 106 ) 100 pA
例2.2.1 电路如图2.1.3所示，运放的开环电压增益Avo=2×105,输入 电阻ri=0.6MΩ，电源电压V+=+12V,V-=-12V。 (2)画出传输特性曲线vo=f(vP-vN)。说明运放的两个区域。
图2.2.1 运放的简化电路模型
理想：ri≈∞ ro≈0 Avo→∞ vo＝Avo(vp－vn)
三、理想运放的非线性工作区
uO +UOM
理想特性
O
u+u
UOM
图 7.1.3 集成运放的电压传输特性
工程上理想运放的参数
1.差模电压放大倍数Avd=，实际上Avd≥80dB即可。
2.差模输入电阻Rid=，实际上Rid比输入端外电路的 电阻大2～3个量级即可。 3.输出电阻Ro= 0，实际上Ro比输入端外电路的电阻 小1～2个量级即可。
1 vO v I dt RC
2.4.4 积分电路和微分电路
1. 积分电路
当vI为阶跃电压时，有
R1 vi vp vn vo R1 R2 vo R1 R2 R2 （可作为公式直接使用） Av 1 vi R1 R1
2.Байду номын сангаас.1 同相放大电路
4. 几项技术指标的近似计算 （2）输入电阻Ri
输入电阻定义 v Ri i ii 根据虚短和虚断有
vi＝vp，ii ＝ ip≈0 所以 Ri v i ii （3）输出电阻Ro Ro→0
电压跟随器的作用
无电压跟随器时 负载上得到的电压 RL vo vs Rs RL
1 vs 0.01vs 100 1
电压跟随器时
ip≈0，vp＝vs 根据虚短和虚断有 vo＝vn≈ vp＝ vs
2.3.2 反相放大电路
1. 基本电路
（a）电路图
（b）由虚短引出虚地vn≈0 图2.3.5 反相放大电路
运算放大器外形图
2.1 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
集成运算放大器是一种高电压增益，高输入电阻和 低输出电阻的多级直接耦合放大电路。
图2.1.1 集成运算放大器的内部结构框图
V ,V , vP , vN , vO
运算放大器方框图 1. 输入级差分放大：均采用差动放大电路组成，可减 小温度漂移的影响，提高整个电路共模抑制比。
解，该电路为求和电路 1. 反相求和电路 虚短、虚断
2.4.4 积分电路和微分电路
1. 积分电路
根据“虚短”， vP vN 0 得据 “ 虚 断 ” ， i 0 根 i 得 因此
即
又
i1 i2 vI v N ic R
ic C dVC dt
dVC dVO vI 即 C C R dt dt
（可作为公式直接使用）
特点： • 反相端为虚地，所以共模输入可视为0， 对运放共模抑制比要求低 • 输出电阻小，带负载能力强 • 要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值 高，稳定性差。 如果要求放大倍数100，R1=100K， Rf=10M
2.3.2 反相放大电路
2. 几项技术指标的近似计算 （2）输入电阻Ri
图2.1.2 运算放大器的代表符号 （a）国家标准规定的符号 （b）国内外常用符号
▷表示信号从左(输入端)向右(输出端)传输的方向。
2. 运算放大器的电路模型
通常： 开环电压增益 Avo的105 （很高）
输入电阻
ri 106Ω （很大）
输出电阻
ro 100Ω （很小）
图2.1.3 运算放大器的电路模型
vO＝Avo(vP－vN)
（ V－＜ vO ＜V＋ ）
注意输入输出的相位关系
2. 运算放大器的电路模型
当Avo(vP－vN) V＋ 时 vO＝ V＋ 当Avo(vP－vN) V-时 vO＝ V-
电压传输特性 vO＝ f (vP－vN)
线性范围内 vO＝Avo(vP－vN) Avo——斜率
电路模型中的输出电压不可能超越正负电源的电压值
图2.1.3 运算放大器的电路模型
例2.2.1 电路如图2.1.3所示，运放的开环电压增益Avo=2×105,输入 电阻ri=0.6MΩ，电源电压V+=+12V,V-=-12V。 (1)试求当vo=±Vom=±12V时输入电压的最小幅值vP-vN=? 输入电流ii=? 解：由 v v v / A
特点： • 输入电阻高，输出电阻小，带 负载能力强 • V-=V+=Vi，所以共模输入等于 输入信号，对运放的共模 抑制比 要求高
2.3.1 同相放大电路
5. 电压跟随器 根据虚短和虚断有 vo＝vn≈ vp＝ vi
Av vo 1 vi
（可作为公式直接使用）
输入电阻大输出电阻小，能真实地将输入信号 传给负载而从信号源取流很小
集成运放的工作区域
uO
线性区域：
输出电压与其两个输入端的电压 之间存在线性放大关系，即
+UOM
uP-uN
-UOM
u Aod (u P u N )
O
Aod为差模开环放大倍数
非线性区域：
输出电压只有两种可能的情况： +UOM或-UOM
UOM为输出电压的饱和电压。
例2.2.1 电路如图2.1.3所示，运放的开环电压增益 Avo=2×105,输入电阻ri=0.6MΩ，电源电压V+=+12V,V-=12V。 (1)试求当vo=±Vom=±12V时输入电压的最小幅值vP-vN=? 输入电流ii=? (2)画出传输特性曲线vo=f(vP-vN)。说明运放的两个区域。
Im ( R2 R3 Vs ) R3 R1
R2和R3相当于并联，所以 –I2R2 = R3 (I2 - Im ) 当R2>> R3时，Vs＝( R3R1/R2 ) Im
（2）代入数据计算即可
2.4 同相输入和反相输入 放大电路的其他应用
2.4.1 求差电路
2.4.2 仪用放大器
2.4.3 求和电路 2.4.4 积分电路和微分电路
2. 中间级电压放大：多采用有源负载的共射极放大电 路，有源负载及复合管可提高电压增益。 3. 输出级功率放大：互补对称功放。
4. 偏置电路：用以供给各级直流偏置电流，由各种电 流源电路组成。
集成运算放大器的符号
vN或v–：反相输入端，信号从此端输入(vP=0)，输出信 号和输入信号反相。
vP或v+：同相输入端，信号从此端输入(vN=0) ，输出信 号和输入信号同相。 vO：输出端。 vN vN vO vO vP vP
R4 R3 R4 当 (vi2 vi1 ) , 则 vo R1 R1 R 2
则 vo vi2 vi1
2.4.1 求差电路
R4 R3 时， R1 R2 R4 vo (vi2 vi1 ) R1
从放大器角度看 增益为 Avd
vo R4 vi2 vi1 R1
（该电路也称为差分电路或减法电路）
vO
求差电路
2.4.3 求和电路
根据虚短、虚断和N点 的KCL得： vn vp 0
vi1 - vn v i2 - v n v n - v o R2 R3 R1 R3 R3 - vo vi1 vi 2 R1 R2
（该电路也称为加法电路）
若 R1 R2 R3 则有 - vo vi1 vi 2
2.2 理想运算放大器
1. vo的饱和极限值等于运放 的电源电压V＋和V－
2. 运放的开环电压增益很高 若（vP－vN）＞0 则 vO= +Vom=V＋ 若（vP－vN）＜0 则 vO= –Vom=V－
3. 若V－< vO <V＋ 则 （vP－vN）0 4. 输入电阻ri的阻值很高 使 iP≈ 0、iN≈ 0 5. 输出电阻很小， ro ≈ 0
(+60μV,+12V)
Avo=2×105
解：取a点（+60μV,+12V）， b点（60μV,-12V），连接a、b两点得ab线 段，其斜率Avo=2×105, ∣vP-vN∣<60 μV时，电路工作在线性区； ∣vPvN∣>60 μV，则运放进入非线性区。 运放的电压传输特性如图所示。