第5章 集成运算放大器
电子技术基础课后习题答案五章
第五章集成运算放大器5-1 什么是直接耦合放大器？它试用于那些场合？与阻容耦合放大器相比有哪些优点？答：用来放大缓慢变化的信号或某个直流量的变化（统称为直流信号）的放大电路，称为直流放大器。
适用于放大缓慢变化的低频信号和交流信号，与阻容耦合放大器相比能够放大缓慢的低频信号，不紧能够放大直流信号，也可以放大交流信号。
5-2 直接耦合放大器有什么特殊问题？在电路上采取什么办法来解决？答：直接耦合放大器采用直接耦合方式，因而带来了前后级的静态工作点相互影响，相互牵制的特殊问题。
因此在电路的V2的射级上加接了R e2 ，抬高了V2管的射级电位，或者将R e2换成稳压二极管V Z ，采用NPN和PNP管组成的互补耦合电路。
5-3 解释：共模信号、差模信号、共模放大倍数、差模放大倍数、共模抑制比。
答：共模信号：在差分放大电路中，把大小相等，极性相同的输入信号称为共模信号；差模信号：在差分放大电路中，把大小相等，极性相反的输入信号称为差模信号；共模放大倍数：在差分放大电路中，共模放大倍数为双输出端的差值，为零，这样更好的抑制了零点漂移现象。
差模放大倍数：在差分放大电路中，差模放大倍数为双输出端的差值，放大倍数为A vd = -βvOvI = -βRcrbe，该电路多用一只三极管以换取对零点漂移的抑制共模抑制比：差模放大倍数与共模放大倍数的比值称为共模抑制比K CMR =AvdAvc当电路完全对称时A vc为零，则共模抑制比K CMR 无穷大。
5-4 集成运放由哪几部分组成？试分析其作用。
答：集成运放主要由以下部分组成输入级：由差分电路组成，应用该电路的目的是力求较低的“零飘”和较高的共模抑制比；中间级：高增益的电压放大电路组成；输出级：三极管射极输出器互补电路组成；偏置电路：为集成运放各级电路提供合适而稳定的静态工作点。
5-5 集成运放有哪些常用参数？解释这些参数的含义。
答：（1）开环差模电压放大倍数 A VO无反馈时集成运放的放大倍数。
集成运放电路习题答案
第五章集成运放电路习题答案(总13页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--集成运算放大器1．集成运算放大器的的特点（1）内部电路采用直接耦合，没有电感和电容，需要时可外接。
（2）用于差动放大电路的对管在同一芯片上制成，对称性好，温度漂移小。
（3）大电阻用晶体管恒流源代替，动态电阻大，静态压降小。
（4）二极管由晶体管构成，把发射极、基极、集电极三者适当组配使用。
2．集成运算放大器的组成（1）输入级：是双端输入、单端输出的差动放大电路，两个输入端分别为同相输入端和反相输入端，作用是减小零点漂移、提高输入电阻。
（2）中间级：是带有源负载的共发射极放大电路，作用是进行电压放大。
（3）输出级：是互补对称射极输出电路，作用是为了提高电路的带负载能力。
（4）偏置电路：由各种恒流源电路构成，作用是决定各级的静态工作点。
3．集成运放的理想模型集成运放的主要参数有：差模开环电压放大倍数A do ，共模开环电压放大倍数A co ，共模抑制比K CMR ，差模输入电阻r id ，输入失调电压U io ，失调电压温度系数 ΔU io /ΔT ，转换速率S R 等。
在分析计算集成运放的应用电路时，通常将运放的各项参数都理想化。
集成运放的理想参数主要有：（1）开环电压放大倍数∞=do A （2）差模输入电阻∞=id r （3）输出电阻0o =r（4）共模抑制比∞=CMR K理想运放的符号以及运放的电压传输特性)(do i do o -+-==u u A u A u 如图所示。
u ou －u +（a ）理想运放的符号 （b ）运放的电压传输特性图 理想运放的符号和电压传输特性4．运放工作在线性区的分析依据引入深度负反馈时运放工作在线性区。
工作在线性区的理想运放的分析依据为： （1）两个输入端的输入电流为零，即0==-+i i ，称为“虚断”。
（2）两个输入端的电位相等，即-+=u u ，称为“虚短”。
电工电子学_集成运算放大器
24
9.3 集成运放在信号运算方面的应用
由于开环电压放大倍数Auo很高，集成运放开环工作时线性区很 窄。因此，为了保证运放处于线性工作区，通常都要引入深度负反馈。 集成运放引入适当的负反馈，可以使输出和输入之间满足某种特定的 函数关系，实现特定的模拟运算。当反馈电路为线性电路时，可以实 现比例、加法、减法、积分、微分等运算。
图9.2.1 反馈放大电路框图
电路中的反馈是指将电路的输出信号（电压或电流）的一部分或全部 通过一定的电路（反馈电路）送回到输入回路，与输入信号一同控制 电路的输出。可用图9.2.1所示的方框图来表示。
16
2. 反馈的分类
（1）正反馈和负反馈 根据反馈极性的不同，可以分为正反馈和负反馈。 （2）直流反馈和交流反馈 根据反馈信号的交直流性质，可以将反馈分为直流反馈和交流反馈。 （3）电压反馈和电流反馈 根据输出端反馈采样信息的不同，可以将反馈分为电压反馈和电流反 馈。 （4）串联反馈和并联反馈 根据反馈信号与输入信号在放大电路输入端联结方式的不同，可以将 反馈分为串联反馈和并联反馈。
9
3. 输入和输出方式
差放电路有双端输入和单端输入两种输入方式。同样也有双端 输出和单端输出两种输出方式。因此，差动放大电路共有四种输入输 出方式。 （1）双端输入双端输出 （2）双端输入单端输出 （3）单端输入双端输出 （4）单端输入单端输出
10
4. 共模抑制比
差动放大电路对差模信号和共模信号都有放大作用，但对差动 放大电路来说，差模信号是有用信号，共模信号则是需要抑制的。因 此要求差放电路的差模放大倍数尽可能大，而共模放大倍数尽可能小。 为了衡量差放电路放大差模信号和抑制共模干扰的能力，引入共模抑 制比作为技术指标，用KCMR表示。其定义为差模电压放大倍数与共 模电压放大倍数之比，即 A （9.1.11） K ud
讲义第5章集成运算放大电路
第5章集成运算放大电路（上一章介绍的用三极管、场效应管等组成的放大电路称为分立元件电子电路。
）集成电路：如果在一块微小的半导体基片上，将用晶体管（或场效应管）组成的实现特定功能的电子电路制造出来，这样的电子电路称为集成电路。
（集成电路是一个不可分割的整体，具有其自身的参数及技术指标。
模拟集成电路种类较多，本章主要介绍集成运算放大电路。
）本章要求：（1）了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。
（2）理解运算放大器的电压传输特性，理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法。
（3）理解用集成运放组成的比例、加减、微分和积分运算电路的工作原理。
（4）理解电压比较器的工作原理和应用。
5.1集成运算放大器简介5.1.1集成运算放大器芯片集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。
是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。
集成运算放大器简称运放，是一种多端集成电路。
集成运放是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。
早期，运放主要用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算，故称为运算放大器。
现在，运放的应用已远远超过运算的范围。
它在通信、控制和测量等设备中得到广泛应用。
1、集成电路的概念（1）集成电路：禾U用半导体的制造工艺，把晶体管、电阻、电容及电路连线等做在一个半导体基片上，形成不可分割的固体块。
集成电路优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。
（2）集成电路分类：模拟、数字集成电路；单极型、双极型集成电路，小、中、大、超大规模集成电路。
①模拟集成电路：以电压或电流为变量，对模拟量进行放大、转换、调制的集成电路。
（可分为线性集成电路和非线性集成电路。
）②线性集成电路：输入信号和输出信号的变化成线性关系的电路，如集成运算放大器。
③非线性集成电路：输入信号和输出信号的变化成非线性关系的电路，如集成稳压器。
（3）线性集成电路的特点①电路一般采用直接耦合的电路结构，而不采用阻容耦合结构。
②输入级采用差动放大电路，目的是克服直接耦合电路的零漂。
集成运算放大器-复习ppt
R4
当 Rf =R1 =R2 =R3 时
Uo Uo = -（Ui1 + Ui2 +Ui3 ）
反相求和
反相加法运算电路
平衡电阻 R4＝R1//R2//R3//Rf
Uo(R R1 f Ui1R R2 f Ui2R R3 f Ui3)
(R R 1 f U i1)(R R 2 f U i2)(R R 3 f U i3)
反相比例运算电路
要求掌握： 1、UO的计算 2、平衡电阻的计算
同相比例运算电路
反相加法运算电路
减法运算电路
-
同相加法运算电路
R1
Ui
Rf
_ A
+
R2
反相比例运算电路
※
Uo
Rf R1
Ui
Uo
当 Rf =R1时， Uo = - Ui
反相器
问题：R2=？ ∵ 集成运放的输入端是差动放大电路
∴ 要求两个输入端完全对称
被比较电压 门限电压UR
① ui > 0 U+> U- Uo= +Uom
U+
+
-VCC
集成运算放大器
Uo
+VCC
理想运放的特点： Uo 1、 rid→∞ ro→0
※ I+ = I- = 0 2、开环电压放大倍数 Auo→∞
Ui = U+-U① U+> U- Ui > 0 Uo= +Uom=+VCC ② U+< U- Ui < 0 Uo= -Uom=-VCC
-VCC
Ui =U+-U-
※
Uo
(1
Rf R0
电子技术基础第五章集成运算放大器
2.差模交流信号分析 :
2.差模交流信号分析 : 画出对差模交流信号的交流通路
理想的直流电压源短路 关键是此处对Ree的处理。 在以前画交流通路时，线性电阻在交流通路中保留，阻值 为线性电阻的交流电阻，因为是线性的，所以交流电阻与 直流电阻相等。
A u c(单 u u o ic ） c 1 1 (b R rb )e 2 R c ()1 e R e2 -R R e ce
4 对任意信号的分析方法
ui1=uic+uid/2 ui2=uic-uid/2 uic = (ui1+ui2)/2 uid=ui1-ui2 uid1= -uid2= uid /2
差模信号和共模信号
• 差模信号：有用的信号，包含着信息，要进行 放大的。
• 共模信号：人为引入的一个信号，不是要放大 的，而是用来描述零漂的大小。直接描述、测 量零漂很麻烦，要先后测量两种不同的环境温 度下的静态工作点，求取它们的差值。从另外 一个角度：在同样的环境温度下，在输入端施 加共模信号，测量输出端的信号，求取共模放 大倍数。
2.1差模输入双端输出
某瞬间的真实方向
uid = uid1-uid2 uid1= -uid2
Ree上交流压降为0。 因此，画差模交流信号交流通路时，Ree可视为短路，
即两管的发射极直接接地。
由uc1= -uc2可知RL两端电位一端为正，一端为负，RL的中点应 是地电位，即每管对地的负载电阻为RL/2.
（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。
（6）一般无二极管，用三极管代替(B、C 极接在一起)。
集成运放的组成：输入级
集成运算放大器及应用
由此可得：
uo
RC
dui dt
输 出电压与 输入电 压对时 间的微分 成正
比。
若 ui 为恒定电压 U，则在 ui 作用于电路 的 瞬间，微 分电路 输出一个 尖脉冲 电压，波
形如图所示。
2021/4/8
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2．积分运算电路
由于反相输入端虚地，且 i i ， 由图可得：
iR iC
iR
ui R
电路实现了中权减法运算。若取R1=R2=R3=RF时，则 u0=uI2-uI1
2021/4/8
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例5.2.1 某理想集成运算放大器电路如图所
示。求输出电压u0。
解：由于集成运算放大器A1构成电压跟随器，所以
u01=2 V。集成运算放大器A2构成同相比例运算，由 式（5.2.2）可得
u02
1
2R 2R
， iC
C duC dt
C
duo dt
由此可得：
uo
(t)
1 RC
t
0 u1(t)dt
输 出电压 与输入 电压对 时间的 积分
成正比。
2021/4/8
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例5.2.2 分析如图所示集成运算放大器应用电路中，
输出电压与输入电压的关系。
解：集成运算放大器A1实现了减法运算，由式
（5.2.8）可得
1．开环电压放大倍数Au0 , 104～107
2．最大A输u0 出 2电0 l压g UUUoiopp
dB
在一定电源电压下，集成运算放大器输出电压和输入
电压保持不失真关系的输出电压的峰-峰值。
3．最大差模输入电压Uid max 反向输入端和同相输入端之间所能承受的最大电压值。
4．最大共模输入电压Uic max 集成运算放大器所能承受的最大共模输入电压
第五章-集成运算放大器的线性应用全篇
ui1
R
ui2
R
-Δ ∞
R3 i3
+
+
uO1
-Δ ∞
+
u0
+
加/减运算电路
实现将若干个输入信号之和或之差按比例 放大的电路，称为加/减运算电路。
反相加法器
同相加法器
减法器
加减器
加法与减法运算电路（1）
i3
ui3
if Rf
➢反相加法器(Summing Amplifer)
R3
电路结 构特点
Rf引入深度负反馈 输入信号均加入反向端
(1
Rf R1
)ui
比例运算电路（5）
输入电阻
rif
ui I
ui 0
因为电路引入电压负反馈， 输出电阻 ro=0
if Rf
i1 R1 I- -Δ ∞
+
+
+
+
ui
R’
u0 -
-
ui R’
当Auf=1时，称为电压跟随器。
此电路是电压并联
Rf
负反馈，输入电阻大，
输出电阻小，在电路
-Δ ∞ +
+
u0 ui
_
uo1= ui1=-1V
+
ui1
+
R1
R2
R1
R1
_
+
ui2
+
RP uo2= ui2(1+R2/R1)=3V
R2
_
uo
+
+
R2
uo=
R2 R1
(uo2- uo1)
=(20/10)[3-(-1) ]
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uo
RL 2
－ ＋
RC
T2
uo1
－
uo2
－
ui1 RB ui
－ － － ＋
＋
RB
ui2
（2）动态分析 单管差模电压放大倍数为： RL RL RC // u01 ib RC // 2 2 Ad 1 ui 2 ib ( RB rbe ) RB rbe RL RC // R u02 2 A iB Ad 2 d1 + ui 2 RB rbe u
RE 足够大时，两管取得的信号认为是一对差模信号. 同相输出
u01 u01 RC 1 Ad ui 2ui1 2 RB rbe u 02 u 02 RC 1 Ad ui 2u i 2 2 R B rbe
反相输出
单端输出的电压放大倍数为双端输出的一半. 共模抑制比 K CMRR
理想运放： ri KCMR ro 0 Ao
运算放大器的传输特性
uo f (ui )
uo Auo(u u )
uo
+UO(sat)
ui u u
-UO(sat)
饱和区 线性区 饱和区
返回目录
运算放大器线性应用时的分析依据
1. 差模输入电阻 rid ,两个输入端的输入电流 可认为是零，即虚断。 2. 开环电压放大倍数 Au 0 ，输出电压是 uo 一个有限值， u u 0 Au 0 u u 即虚短。 如果信号从反向端输入，同相端接地
ui
uo u uo ui io RL RL
RL uo (1 )ui R
反馈信号与输入信号在输入端串联
ui io R
串联反馈
反馈电压 uf Rio取自输出电流
电流反馈
返回目录
4. 并联电流负反馈
if i1
ui R1 R2
RF
id i1 if
净输入电流被削弱
id
Ad AC
或
K CMR
Ad 20I g (dB) AC
返回
单入单出电路
单入双出电路
对Ad而言，双端输入与单端输入效果是一样的。
双端输入： vi1 = -vi2 =0.5vi
单端输入： vi1 =vi ，vi2 = 0
双端输出：Ad = Ad1
1 单端输出：Ad Ad 1 （负载开路时） 2
返回目录
2.串联电压负反馈 反馈电压
if
RF
i1
R1 ui
uf ud R2 uo
ud ui uf
反馈电压削弱 了净输入电压
差值电压
负反馈
反馈电压
R1 uf uo RF R1
取自输出电压
反馈信号与输入信号在输入端串联
串联反馈
返回目录
3.
串联电流负反馈
输出电压
ud R2
io
RL R uo uf
集成运算放大器：是一种高放大倍数、高输入 电阻、低输出电阻的直接耦 合放大电路 电路方框图
输入级 中间级 输出级
偏置电路
尽量减小零点漂移,尽量提 中间级应有足够大的电压放大 输出级主要提高带负载能力，给出高 KCMRR , 输入阻抗 ri尽可能大，常 倍数，常由一级或几级电压放 足够的输出电流io ，输出阻抗 ro小 偏臵电路为各级电路提供偏臵电流 采用差分放大电路 大电路构成 ，常采用互补对称电路
通常差模电压放大倍数Ad与共模信号放大倍
数AC的比定义为共模抑制比，用KCMR表示。 此值越大，电路抑制零点漂移的能力越强。
5.1.3 互补对称功率放大电路 一. 结构
互补对称： 电路中采用两个晶体
＋ VCC
Ｔ １ ui Ｔ２
－
管：NPN、PNP各一
支；
uo
RL
两管特性一致。组
成互补对称式射极输 出器。
凡是将放大电路输出端的信号（电压或 电流）的一部分或全部引回到输入端，与输 入信号进行叠加，就称为反馈。 若引回的信号削弱了输入信号，称为负 反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称 为正反馈。
返回
1. 反馈框图
xi +
–
xf
xd
基本放大 电路Ao
xo
反馈回电路F
2. 反馈环节
放大： A x o o
io
RL uR R uo
负反馈
反馈电流
iR
R if ( )io R RF
电流反馈
返回目录
输入信号与反馈信号的输入端相并联, 并联反馈
运放负反馈总结
1. 反馈电路直接从输出端引出的,是电压反馈
从负载电阻的靠近“地”端引出，是电流反馈
2.输入信号和反馈信号分别加在两个输入端上
的，是串联反馈
加在同一个输入端上的是并联反馈 3.反馈信号使净输入信号减小的是负反馈 反馈信号使净输入信号增大的是正反馈
xd
反馈： F x f
xo
返回
叠加： x d x i x f
xi xd x f xd Fxo xd FA0 xd xd (1 FA0 )
x0 A0 xd A0 反馈电路的放大倍数： Af xi xd (1 FA0 ) 1 FA0
引入负反馈后，放大倍数减小，︱Af︱< ︱A0︱， ︱1＋FA0︱称为反馈深度，它的值越大， ︱Af︱越 小，表明负反馈越强。 ︱1＋FA0︱>>1时，称为深度负反馈，此时 A0 A0 1 Af 1 FA0 FA0 F
例题1
反馈示例
+UCC
RB1 C1
RC1
RB21
RC2
C3
+
uo
+
ui
ud
T1
C2
RB22 RE2
T2 CE
uf
RE1
–
–
Rf
Rf、RE1组成反馈网 F U f RE1 络，反馈系数为： U o RE1 Rf
返回
5.3.2
运算放大器中的负反馈
根据反馈 所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流 反馈。
+
RB T1 T2
RC
+UCC
uo
RC RB
RE
-UEE
+
ui1
ui
-
ui2
+
_ 返回
（1）静态分析
IB1= IB2= IB IC1= IC2= IC
RB RC IB
T1 +
+UCC
IC
+
RB I B U BE 2RE I E EE
UCE
EE IC I E 2 RE
UBE -
R
1. 负反馈的类型 （1）电压反馈和电流反馈
①电压反馈。如果反馈信号取自电压信号，
叫电压反馈。电压负反馈具有稳定输出电压、减 小输出电阻的作用。
②电流反馈。如果反馈信号取自电流信号，
叫电流反馈。电流负反馈具有稳定输出电流、增 大输出电阻的作用。
返回
基本放大 电路A0
UO
-
+
基本放大 电路A0
UO
5.1.4 集成运放的原理和符号
R1 uc1
T1 ui D1 D2 IS uc2 T2 T3 uc3 T4
+UCC
R2
R3
+ uo
T5 R4
－
-UCC
运放符号：
u－ － ＋ u+ ＋
A0
uo
u－ － ＋ u+ ＋
uo
返回目录
5.1.4 运放的特点和符号
开环差模电压放大倍数A0，也称开环增益，通常 用分贝（dB）表示，即：
集成电路中元器件的特点 1. 单个的精度不是很高,但由于是在同一硅片 上、用相同工艺生产出来的，性能比较一致
2. 元器件相互离得很近,温度特性较一致 3.电阻一般在几十欧至几十千欧、太高或太低 都不易制造 4.电感难于制造,电容一般不超过200pF,大电容 不易制造
返回目录
5.1
集成运算放大器的基本组成
返回目录
F007（5G24）外引线图
+15V
VCC
IN
IN
反相
输入端
2 3 4 7
1
Ao
6
OUT
同相 输入端
15输ຫໍສະໝຸດ 端 VEE顶 视 图 接
-15V
线
图
返回目录
5.1.2
放大原理
典型差分放大电路
+UCC
RC RB
+
u0
-
RC RB
+
T1
RP
T2
+
ui1
RE EE
ui2
-
-
为了使左右平衡，可 设臵调零电位器R P 。
u 0反相端近于“地”电位，即虚地。
u 0,
返回目录
运算放大器在饱和区时的情况 当 当
u u 时， uo Uo(sat) u u 时， uo Uo(sat)
注意：此时输入端的输入电流也等于零
例题
返回目录
5.3
5.3.1
放大电路中的负反馈
负反馈的概念
返回目录
2. 负反馈的判别
(1) 负反馈判别步骤
① 找出反馈网络（电阻）。
第5章 集成运算放大器
集成电路:它是用一定的生产工艺把晶体管、场 效应管、二极管、电阻、电容、以及 它们之间的连线所组成的整个电路集 成在一块半导体基片上，封装在一个 管壳内，构成一个完整的、具有一定 功能的器件，也称为固体器件 优 点：工作稳定、使用方便、体积小、重量 轻、功耗小，实现了元件、电路和系 统的三结合