运算放大器的应用原理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2,.2,运算放大器的应用原理,本节主要介绍了理想放大器的特性,反相放大器的闭环特性,同相放大器的闭环特性,实际运算放大器的误差分析,2026/5/6 周三,1,2,.2.,1 理想运算放大器,是运算放大器的理想模型，它的各项指标都是,理想,的。,理想运算放大器的主要条件是：,开环电压增益；输入阻抗；输出阻抗0；输入失调电压0；共模抑制比；,带宽。,2026/5/6 周三,2,理想运放两个重要特性（一）：,“,虚短,”：,A,o,因为,即理想运算放大器在,负反馈,时，两输入端之间的电压差为零,“,虚短,”的实质,A,o,2026/5/6 周三,3,理想运放两个重要特性（二）,“,虚断,”,由于其,输入阻抗无穷大,，所以输入偏置电流,I,i,及信号电流均为零。,“,虚断,”实质,2026/5/6 周三,4,虚短、虚断的实质,注意“,虚断,”、“,虚短,”的实质。,理想运放的这两个特性是进行运放电路分析的重要工具，应灵活掌握。,2026/5/6 周三,5,2.2.2 理想运算放大器的闭环特性,运算放大器通常工作在闭环状态下,一、反相输入,图,2-5,反相输入放大器,2026/5/6 周三,6,反相输入放大器,图,2-5,反相输入放大器,2026/5/6 周三,7,反相输入放大器的特点,闭环增益：,输入阻抗：,图,2-5,反相输入放大器,2026/5/6 周三,8,二、同相输入,同向输入放大器电路如图所示：,图,2-6,同相输入放大器,2026/5/6 周三,9,同相输入,由虚短：,或,由虚断：,图,2-6,同相输入放大器,2026/5/6 周三,10,理想运算放大器在同相输入时的特性,闭环增益,输入阻抗:,Z,in,=,输出阻抗:,Z,out,=0,图,2-6,同相输入放大器,2026/5/6 周三,11,表,2-1,理想运放的闭环特性,元件是,Z,r,和,Z,F,同相输入和反相输入的区别（各自的特点）,电压增益,共模输入电压,输入阻抗,输出阻抗,2026/5/6 周三,12,2.2.3,实际运放的误差分析,由于实际运放各参数的,非理想性,造成运算误差,分析方法：,把,某项指标作为实际参数,，其余指标作为理想参数逐项分析,分,A,o,，,V,os,，,I,os,，,CMRR,以及频率的影响进行误差分析,2026/5/6 周三,13,一、开环电压增益的影响,此时可假设，,除开环电压增益,，运算放大器的其它指标是理想的。,可分成反相输入和同相输入等电路形式。,2026/5/6 周三,14,1反相输入放大器,当放大器的开环增益有限时：,0,2026/5/6 周三,15,开环电压增益的影响反相输入,假设放大器的输入阻抗无穷大，即流过,R,r,与,R,F,上的电流相等，则,2026/5/6 周三,16,反向输入闭环增益,令,得,环增益,化简,2026/5/6 周三,17,闭环增益的另一种形式,2026/5/6 周三,18,2,.,同相输入放大器,放大器的开环增益有限，则,即：,2026/5/6 周三,19,设放大器的输入阻抗无穷大，即流过,Rr,与,R,F,的电流相等，则,整理得到同相输入时,的闭环增益为：,2026/5/6 周三,20,整理得：,令实际增益与理想增益的相对误差为,，,则：,2026/5/6 周三,21,(1),由开环增益有限引进的误差对同相输入与反相输入放大器都等于,环增益的倒数,。,(2),环增益不但与放大器的开环增益有关，还与外接反馈电阻有关。,(3),开环增益越大，越小，误差也越小,。,例如，当开环增益为,A,o,=100 dB，,闭环增益,A,f,=,40,dB,时，增益误差为0.1%。,小结,2026/5/6 周三,22,二、输入失调电压的影响,仅考虑输入失调电压时，实际运算放大器可用上图来等效。其中虚线右边是理想运算放大器。因为,V,os,的极性是随机的，图中的极性是任意规定的。,图,2-9,输入失调电压的等效电路,2026/5/6 周三,23,当接成闭环形式时,图,2-10,闭环放大器的失调,2026/5/6 周三,24,设放大器的开环增益与输入阻抗都是无穷大。则：,即,2026/5/6 周三,25,说明,上式的推导过程并未涉及输入方式问题，所以它对同相输入及反相输入都适用。,2026/5/6 周三,26,三、输入失调电流的影响,设运算放大器二输入端的偏置电流分别为,I,B1,和,I,B2,，,接成闭环之后的电路如图所示。在分析输入失调电流的影响时，假设放大器的其它参数都是理想的。,2026/5/6 周三,27,根据叠加原理，图2,-11,的输出电压应由两部分叠加而成：一部分是,I,B1,引起的，一部分是,I,B2,引起的。而且在分析其中的任一个时，都可把另一个视为零。,I,B1,I,B2,2026/5/6 周三,28,首先看,I,B2,的影响。,I,B1,=0,I,B2,2026/5/6 周三,29,再看,I,B1,的影响。,I,B1,I,B2,=0,I,r,I,F,2026/5/6 周三,30,取,则,2026/5/6 周三,31,结论：失调电流的影响,当：,失调电流引起的误差为,：,2026/5/6 周三,32,开环增益不理想,失调电压,失调电压,失调电流,2026/5/6 周三,33,由输入失调电压和输入失调电流引起的输出失调为,将其等效到输入端：,2026/5/6 周三,34,1.,反相端输入,2026/5/6 周三,35,2.,同相端输入,2026/5/6 周三,36,3.,失调误差的温度漂移,2026/5/6 周三,37,失调误差的温度漂移,2026/5/6 周三,38,说明,V,os,、I,os,可正可负，因具体的放大器而异。,R,r,和,R,p,既包括外接电阻也包括信号源内阻。当信号源内阻很大时，由输入失调电流引进的误差是主要的；反之，输入失调电压引进的误差是主要的。,输入失调电压及输入失调电流均随温度、时间和电源电压而变。存在漂移。,2026/5/6 周三,39,四、由共模抑制比引进的误差,在许多应用中，运算放大器二输入端的信号是,同向,的，即都是正或都是负的。此时将二信号的,平均值,定义为共模信号，以,V,c,表示：,二信号的差叫差模信号，以,V,d,表示。即：,2026/5/6 周三,40,共模抑制比有限带来的误差,放大器的输出电压,图,2-14,共模误差模型,2026/5/6 周三,41,电压跟随器的共模抑制比,2026/5/6 周三,42,放大器的共模输入电压,输出电压为,2026/5/6 周三,43,解得,说明,：,在作电压跟随器时，开环增益与共模抑制比是同等重要的。,2026/5/6 周三,44,五、频率的影响,在直流和低频下，运算放大器的开环增益是常数。随着频率的升高，开环增益下降。,开环增益在零分贝以上，运算放大器的幅频特性往往有一个、两个甚至三个极点,。,相位补偿是要运放在零分贝以上,只有一个极点,2026/5/6 周三,45,单极点放大器的频率特性,2026/5/6 周三,46,闭环放大器的方块图,2026/5/6 周三,47,由闭环放大器的方块图可得：,闭环增益,2026/5/6 周三,48,由（,2-60,、,61,）两式求解，得到：,2026/5/6 周三,49,令,得,A,f,是直流和低频下的闭环增益，而,f,FC,是闭环频率特性的极点频率，或闭环,3dB,带宽。,2026/5/6 周三,50,说明,闭环拓宽了放大器的频率特性；,本节的其它内容可一般了解。,对于,V,os,、,I,os,、,A,o,、,CMRR,造成的误差要会熟练分析计算。,2026/5/6 周三,51,