運放基礎講解

1、集成運放的內部組成單元

??? 在了解運放之前，需要對集成運放的內部單元作一個簡單的講解。集成電路運算放大器

種類很多，功能也多，電路也不一致，但是其內部結構框圖基本上是一致的。由三部分組成：輸入級，中間級，輸出級。輸入級由差分放大電路組成，利用他的電路對稱性可提高整個電路的性能。中間電壓放大級的主要作用是提高電壓增益，它可以由一級或多級放大電路組成；輸出級的電壓增益為1，但能為負責提供一定的功率，電路由兩個電源V+和V-供電。整個電路設計成兩個輸入端P和N，一個輸出端O。三端的電壓分別用Vp，Vn，和Vo表示，P、N兩端分別稱為同相輸入端和反相輸入端，意即當P端加入電壓信號Vp（Vn = 0）時，在輸出端得到的電壓Vo與Vp同相；當在N端加入電壓信號Vn(Vp = 0)時，在輸出端得到的輸出電壓Vo與Vp反相。一個世紀的集成運放，P、N與O端的電壓信號的之間的關系是確定的。

?? 輸出電壓Vo與差分放大輸入級的兩個輸入端的關系：????? ?

Vo = Av（Vp - Vn）

2、運算放大器的電路模型

3、基本線性運放電路

3.1同相放大電路

1、基本放大電路及負反饋

?如下圖所示，輸入信號Vi（=Vp）加到運放的同相輸入端之間，從這里引入負反饋

基本概念來分析電路。

Vp（Vi） 變大

由Vo = AV（Vp-Vn）有 Vo變大

通過反饋電路R2和R1，Vo為正，則反饋電壓Vn亦為正，則凈輸入

Vid =Vi-Vf=Vp-Vn比無反饋時減少了，即Vn抵消了Vi的一部分，使放大電路的

輸出電壓減小了，即Vn抵消了Vi的一部分，使放大電路的輸出電壓Vo減小了，

放大電路的電壓增益Av =Vo/Vi 也減小了，因而這時引入的反饋是負反饋。

?????????? 圖3.3.1 同相放大電路

3）? 輸出電阻Ro

根據求輸出電阻的方法，將信號源Vi置0，則運放內的受控電壓源也為零。同時因為理想運放的輸出電阻 = 0，盡管輸出端還有其他并聯支路。但從輸出端口看進去的輸出電阻Ro =

????????? 故有? Ro—>0

3、電壓跟隨器

????? 將同相放大器中，R1 = ∞，R2 = 0，則得Vi = Vp =Vn

?????????????? Av =

?????????? 圖3.3.2? 電壓跟隨器

3.3 反相放大電路

1、基本電路

???? ?

????????????????? 圖3.3.3? 反相放大電路

??? 輸入電壓Vi通過R1作用于運放的反相端，由虛短的概念可知，Vn= Vp =0,因此反相輸入端的電位接近于地電位，故稱虛地，如圖2.3.3所示。

??? 虛地的存在是反相放大電路在閉環工作狀態下的重要特征

2、重要特征

1）閉環電壓增益

Av = Vo/Vi = -R2/R1

2）輸入輸出電阻電阻

???????? Ri = Vi/= R1

??? 同同相放大電路類似，Ro –>0.

?

由上面可知，輸入電阻是反相放大電路的一個小小缺點，當需要高輸入電阻時，就需要想其他辦法了。可以使用T型網絡反相輸入放大電路來提高輸入電阻，同時使系統保持穩定，同時可以高增益。

?
3.3 同相輸入和反相輸入放大電路的其它應用

3.2.1 求差電路

如圖3.3.4所示電路是用來實現兩個電壓Vi1、Vi2相減的求差電路，又稱差分放大電路。從電路的結構來看，它是反相輸入和同相輸入相結合的放大電路。

? 根據虛短和虛斷的概念，對節點n和p的電流方程然后推導得：

?????? ?
? 在上式中，如果選取阻值滿足R4/R1 =R3/R2 的關系，輸出電壓可簡化為

??????? ?
比例系數為
???? ?
??????????????????? 圖3.3.4 差分放大電路

1）? 輸入電阻Ri

輸入電阻Ri是從輸入端看進去的電阻，當電路中R1 = R2 =R3 =R4時，利用虛短 和虛斷（i = 0）的概念。在（Vi2-Vi1）作用下，可得輸入Vi2 端口的電流等于流出Vi1端口的電流，則輸入電壓

????????????????????????????? ?

? 2) 輸出電阻 Ro