2022-2023学年高二物理竞赛课件：理想运算放大器及其分析依据

理想运算放大器及其分析依据 理想运算放大器及其分析依据 1. 理想运算放大器 Auo   ， rid   ， ro 0 ， KCMR  2. 电压传输特性 uo= f (ui) 线性区： uo = Auo(u+– u–) 非线性区： u+> u– 时， uo = +Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat) +Uo(sat) u+– u– uo –Uo(sat) 线性区 理想特性 实际特性 uo + +  u+ u– +UCC –UEE –  饱和区 O Auo 高: 80dB~140dB rid 高: 105 ~ 1011 ro 低: 几十 ~ 几百 KCMR高: 70dB~130dB 下一页 总目录 章目录 返回 上一页 3. 理想运放工作在线性区的特点 因为 uo = Auo(u+– u– ) 所以(1) 差模输入电压约等于 0 即 u+= u– ,称“虚短” (2) 输入电流约等于 0 即 i+= i–  0 ,称“虚断” 电压传输特性 Auo越大，运放的 线性范围越小，必 须加负反馈才能使 其工作于线性区。 + + ∞ uo u– u+ i+ i– –  u+– u– uo 线性区 –Uo(sat) +Uo(sat) O 下一页 总目录 章目录 返回 上一页 4. 理想运放工作在饱和区的特点 (1) 输出只有两种可能, +Uo(sat) 或–Uo(sat) (2) i+= i–  0,仍存在“虚断”现象 电压传输特性 当 u+> u– 时， uo = + Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat) 不存在 “虚短”现象 u+– u– uo –Uo(sat) +Uo(sat) O 饱和区 下一页 总目录 章目录 返回 上一页 1.线性应用 电路结构上存在从输出端到反向输入端的负反馈支路输入信号幅度足够小，以保证集成运算放大器的输出处于最大输出电压的范围内。 集成运算放大器的应用 2.非线性应用 电路结构上，集成运算放大器处于开环（无反馈）或存在从输出端到同相输入端的正反馈支路，输出总是处于饱和状态，即输出在正、负最大值之间变化。 集成运算放大器电路分析的方法 首先判断应用类型，然后利用理想运算放大器的特征对电路进行分析。 下一页 总目录 章目录 返回 上一页 16.2 运算放大器在信号运算方面的运用 集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、乘法和除法等运算。 运算放大器工作在线性区时，通常要引入深度负反馈。所以，它的输出电压和输入电压的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构和参数，而与运算放大器本身的参数关系不大。改变输入电路和反馈电路的结构形式，就可以实现不同的运算。 下一页 总目录 章目录 返回 上一页 16.2.1 比例运算 1. 反相比例运算 （1）电路组成 以后如不加说明，输入、输出的另一端均为地()。 （2）电压放大倍数 因虚短, 所以u–=u+= 0， 称反相输入端“虚地”— 反相输入的重要特点 因虚断，i+= i– = 0 ， if i1 i– i+ uo RF ui R2 R1 + + – – + +  –  所以 i1  if 因要求静态时u+、 u– 对地电阻相同， 所以平衡电阻 R2 = R1 // RF 动画 下一页 总目录 章目录 返回 上一页 16.2.1 比例运算 1. 反相比例运算 电压放大倍数 uo RF ui R2 R1 + + – – + +  –  － － 反馈电路直接从输 出端引出—电压反馈 输入信号和反馈信号加在 同一输入端—并联反馈 反馈信号使净输入 信号减小—负反馈 电压并联负反馈 输入电阻低， 共模电压  0 下一页 总目录 章目录 返回 上一页 2. 同相比例运算 输入电阻高 共模电压 = ui 电压放大倍数 电压串联负反馈 输入信号和反馈信号分别 加两个输入端—串联反馈 反馈电路直接从输 出端引出—电压反馈 因虚短，所以 u– = ui ， 反相输入端不“虚地” 反馈信号使净输入 信号减小—负反馈 uo RF ui R2 R1 + + – – + +  –  动画 下一页 总目录 章目录 返回 上一页 ⑤ 电压并联负反馈，输入、输出电阻低， ri = R1。共模输入电压低。 结论： ① Auf为负值，