清华大学电路原理课件——运算放大器

清华大学电路原理经典课件—运算放大器—课课编写内本件是清华大学电路原理程的经典教材，由多位知名教授共同，容涵应图盖了运算放大器的基本原理、特性分析、典型用电路等，并配有丰富的示和示例课程介绍清华大学电路原理运算放大器誉顶础课习清华大学是一所享有盛的尖学府，在电电路原理是电子工程的基程，是学更运算放大器是一种重要的模拟电路元件，广领术积级课础应子工程域拥有深厚的学淀高程的必备基泛用于各种电子系统运算放大器的基本概念应运算放大器是一种高增益、低输出阻抗的电子放大器，广泛用计于模拟电路设中对进积运算放大器可以输入信号行放大、加减、微分、分等运算现杂，实各种复的功能理想运算放大器的特性无限大增益无限大输入阻抗12理想运算放大器具有无限大的理想运算放大器具有无限大的开环这增益，任何微小的输入信输入阻抗，意味着它不会从论号都会被放大到无限大输入端吸收任何电流，无输入信号的大小零输出阻抗无限带宽34带理想运算放大器具有零输出阻理想运算放大器具有无限的这宽这抗，意味着它可以提供无限，意味着它可以放大所有负载论负载频的电流到，无阻抗率的信号的大小理想运算放大器的等效电路压压来理想运算放大器的等效电路可以用一个电控制电源表示，其中输入端之间压压压的电差被放大成输出电，而输出电流由输入端之间的电差控制该们应等效电路可以帮助我更好地理解运算放大器的特性和工作原理，并在实际进计用中行电路设和分析基本运算放大电路基本运算放大电路电压跟随器杂础过结压压构成更复电路的基通合运算放大器输出电等于输入电，用于阻抗匹配和信号馈络现缓和反网，可以实各种运算功能冲反相放大器非反相放大器压压压压输出电与输入电相位相反，用于信号放大输出电与输入电相位相同，用于信号放大转调节和相位反和增益加法运算放大电路电路原理1将进现加法运算放大电路利用运放的特性，多个输入信号行叠加，实信号的加法运算电路结构2该将别过络将电路通常采用多个电阻，输入信号分接入到运放的非反相输入端，并通电阻网信号叠加到输出端应用场景3应频数领应加法运算放大电路用广泛，例如在音信号处理、信号合成、据采集等域都有重要用减法运算放大电路电路结构组别减法运算放大电路主要由两个反相放大器成，分用于处理两个输入信号工作原理将电路利用两个反相放大器的特性，两个输入信号的差值放大，输出到输出端应用场景应滤减法运算放大电路广泛用于差动信号处理、信号波、以及模拟信号的增益控制领等域反相放大电路输入信号1过输入信号经电阻R1接入运算放大器反相输入端2过输入信号通R1接入运算放大器的反相输入端输出端3输出信号从运算放大器的输出端输出反馈电阻4馈将馈反电阻R2用于一部分输出信号反到反相输入端压压压为压为负现对反相放大电路的输出电与输入电成反比，即输入电正，输出电，反之亦然反相放大电路可以实信号的放大和反相非反相放大电路输入信号接入非反相输入端1过信号通电阻R1接入反馈电阻R22连接输出端与非反相输入端虚拟短路原理3压非反相输入端和反相输入端电相等输出电压4由输入信号和电阻比值决定压压数该应频压应非反相放大电路的输出电与输入电同相，放大倍大于1电路广泛用于音放大、电跟随器等用中差动放大电路差模输入信号1差动放大电路可放大两个输入信号之间的差异对较电路两输入信号的共同变化（共模信号）具有高的抑制能力共模抑制比2共模抑制比（CMRR）反映了电路抑制共模信号的能力对CMRR越高，电路共模信号的抑制能力越强，放大效果越好应用场景3应频传数领差动放大电路广泛用于音系统、感器接口和据采集等域例如，差动放大电路可用于放大微弱信号，并抑制噪声干扰共模抑制比定义意义较对共模抑制比CMRR描述了运算高的CMRR表示运算放大器对放大器抑制共模信号的能力它差模信号敏感，共模信号不敏这对表示差模增益与共模增益的比值感，于放大微弱的差模信号关，通常以分贝dB表示至重要影响因素实际应用内结应CMRR受运算放大器部构和在实际用中，CMRR是衡量运计标制造工艺影响，良好的设和制算放大器性能的重要指，它直稳造工艺有助于提高CMRR接影响着信号处理的精度和定性开环增益没馈时压定义运算放大器有反，输出电压与输入电之比特征通常非常高，典型值可达100,000甚至更高开环影响增益决定了运算放大器放大信带宽号的能力，但会降低电压跟随器电路电路结构压馈组馈连电跟随器电路由一个运算放大器和一个反电阻成，其中反电阻直接接到运算放大器的输出端和输入端工作原理馈压将压该称为压缓由于反电阻的存在，运算放大器输出电等于输入电，因此电路又电冲器特点压缓电跟随器电路具有高输入阻抗和低输出阻抗，因此可以用于信号冲和阻抗匹配应用压应频传领质电跟随器电路广泛用于音放大器、感器接口、模拟信号处理等域，用于提升信号量和改善电路性能反馈放大电路简介反馈的概念馈将馈反是指放大器的输出信号的一部分反到输入端馈来稳频应反可以用控制放大器的增益、定性以及率响放大器的应用应频线放大器广泛用于电子系统中，例如音设备、无电接收器和计算机负反馈放大电路的特性增益稳定性带宽增大12负馈稳数负馈将带宽扩应反可以使电路增益定，不受元器件参变化影响反可以展，提高电路的响速度减小失真提高输入阻抗34负馈线质负馈负载反可以减少非性失真，提高信号量反可以增加电路的输入阻抗，减少信号源的正反馈放大电路的特性振荡馈导导荡荡频数正反会致信号放大，并可能致电路振振率由电路参决定不稳定性馈导稳正反会致电路变得不定，容易受到噪声和干扰的影响高增益馈现稳正反可以实更高的增益，但会降低电路的定性稳定性分析闭环增益1馈稳分析反系统定性频率响应2断现荡判是否出振相位裕度3稳衡量系统定程度增益裕度4断稳判系统定性为馈稳对关运算放大器作一种重要的反放大电路，其定性于电路正常工作至重要稳过闭环频应标来断稳定性分析主要是通分析增益、率响、相位裕度和增益裕度等指判电路是否定过稳频现现荡稳通定性分析，可以了解电路在不同率下的性能表，避免出振或失的情况补偿网络设计频率响应补偿1频稳改善运算放大器在高下的定性频率补偿技术2频应引入极点或零点，塑造理想率响补偿网络类型3偿络偿级偿电容补、RC网补、多补偿络计稳关键过计偿络频荡现稳补网设是提高运算放大器定性的通合理设补网，可以降低运算放大器在高下的增益，减小振风险，实定状态的工作频率补偿技术频率补偿技术补偿网络改善稳定性提高稳定性内过频偿频频偿频应运放部电路存在寄生电容，通在运放输出端并联电容，率补使运放的率特性平率补使运放的率响曲导频时数负馈频荡频荡线稳致高放大倍下降引入反，抑制高振滑，避免高振，提高电路更平滑，确保系统定运行稳定性运算放大器的频率特性类比运算放大器应用应运算放大器是一种重要的模拟电路元件，广泛用于各种模拟电计进数路的设运算放大器可以行多种学运算，如加法、减法、积乘法、除法、分、微分等来现滤类比运算放大器可以用实各种模拟电路的功能，例如波器积较这应、分器、微分器、比器等些电路用广泛，在信号处理数领挥、控制系统、据采集等域发着重要作用模拟滤波器的设计滤波器类型选择选择滤滤滤带滤带滤根据需求合适的波器类型，例如低通波器、高通波器、通波器或阻波器电路设计选择滤频计应根据的波器类型和率特性，设相的电路，通常使用运算放大器、电容和电阻等器件参数调整过调数来滤频通整电路参，例如电容和电阻的值，优化波器的率特性和性能测试与验证对计滤进测试验证满预进调设的波器电路行，其是否足期性能要求，并行必要整模拟积分电路输入信号1过通电容充电电容电压2时积随间累输出电压3积结分果积过现对积当压时应压时积模拟分电路通电容的充电特性实输入信号的分操作输入电改变，电容会相地充电或放电，电容电会随间累，终压最反映在输出电上模拟微分电路输入信号1为时微分电路的输入信号，通常变信号电容2电容充放电速度取决于输入信号的变化率输出电压3压输出电与输入信号的变化率成正比来现对压则模拟微分电路利用电容的充放电特性实输入信号微分运算电路中电容的充放电速度与输入信号的变化率成正比，输出电与电压应领缘检测频应容两端的电变化率成正比微分电路广泛用于模拟信号处理域，例如边、率响分析等模拟比较器电路基本原理1较将进较较结模拟比器两个输入信号行比，输出一个代表比果数的字信号工作模式2较开环闭环比器具有两种主要工作模式和应用场景3较应数转换模拟比器广泛用于各种用，例如模拟-字（ADC），过压压压荡/欠保护，电控制振器（VCO）模拟乘法器电路四象限乘法器1镜基于电流像原理双极型晶体管2现实乘法运算电压控制电流源3产生比例电流将产积模拟乘法器电路两个输入信号相乘，生一个与两个输入信号乘成比例的输出信号负四象限乘法器是最常用的类型，它能够处理正输入信号模拟除法器电路基本原理将数数利用运算放大器的反相放大特性，被除信号输入反相输入端，除信号输入非反相输入端，并结现合一个固定电阻，实模拟除法运算电路结构数过为馈数通常采用反相放大电路，其中除信号经一个固定电阻后作反信号，被除信号输入反相输压为数数入端，输出电即被除与除的比值应用场景应数领现对模拟除法器电路广泛用于模拟信号处理、自动控制、据采集等域，可实模拟信号的除法现运算，例如实信号幅度的比例控制注意事项虑带宽证稳选择需考运算放大器的特性，例如、共模抑制比等，以保电路的定性和精度合适的电满应阻值和运算放大器型号，以足实际用需求实际运算放大器的参数输入失调电压输入失调电流调压调输入失电是指理想情况下输输入失电流是指理想情况下输为压时为时入端零电，运算放大器输入端零电流，运算放大器输压过出端实际输出的电值入端实际流的电流值共模抑制比开环增益对开环没共模抑制比是指运算放大器差增益是指运算放大器有反数对馈压模信号的放大倍与共模信号的情况下，输出电与输入电数压的放大倍之比之比实验演示对进利用搭建的电路板，运算放大器行实际操作过观验证论结通示波器察输出波形，理分析果验问题实中可能遇到的一些和解决方法验结对验结进结实束后，实果行总分析总结运算放大器课程内容课绍运算放大器是模拟电路的核心元件之一，本程介了运算放大器的基本概念、理具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗等想特性、等效电路、基本运算放大电路、馈内特点反放大电路等容应滤时还绍频它在模拟电路中广泛用于信号放大、同，介了运算放大器的率特性、数领应数波、信号处理、据采集等域用电路、实际参等。