电工与电子技术第三章 集成运算放大器及其应用
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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
电工 单元九 集成运放
实际特性
饱和区
（l）开环电压放大倍数为无穷大，A0→∞ （2）运算放大器差模输入电阻，rid→∞ （3）输出电阻为零，r0几乎为零
（1） 线性区的特点
理想运放工作在线性区时有两个重要的特点：“虚短”
和“虚断”。即 u+≈u－ i+= i－≈0 “虚短”表示集成运放的同相输入端与反相输入端的电 压近似相等，如同将该两点虚假短路一样。若运放其中一个 输入端接“地”，则有u+≈u－=0，这时称“虚地”。 “虚断”表示没有电流流入运放（因为理想运放的差模
集成运放开环时输出级的输出电阻，称为开环输出电阻。r0愈小， 集成运放带负载的能力就愈强。由于集成运放采用互补对称式 射极输出电路，其r0较低，一般为几十到几百欧。
（4）最大输出电压UOM
在标称电源电压和额定负载电阻的情况下，能使集成运放 输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输出电压，称 为集成运放的最大输出电压。一般为电源电压的70%左右
对于单级运放电路，反馈元件（例如Rf)接到同相输入端是正反馈，接到 反相输入端是负反馈。
反馈的其他分类
1.直流反馈和交流反馈——反馈的信号 直流反馈：反馈信号是直流分量的称为直流反馈，直流反馈 用于稳定静态工作点。 交流反馈：反馈信号是交流分量的称为交流反馈。 有时反馈信号中既含有直流分量又含有交流分量。
一、开环、闭环、反馈ห้องสมุดไป่ตู้概念
1、定义
集成运放有两个输入端，一个输出端。当输出端和输入端之间 不外接电路，即两者之间在外部是断开的，这称为开环状态 当用一定形式的网络（如R、C等）在外部将它们连接起来，这称 为闭环状态，又称为反馈状态。
反馈在电和非电领域都得到了广泛的应用。通常自动控制和自动调节 系统都是基于反馈原理构成的；在放大电路中适当引入反馈、可以改善放 大电路的性能
集成运算放大器全篇
要求。
习题判16
七、 微分器
iF R
i1 C ui
R2
– +
+
u–= u+= 0
uo
若输入： ui sin t
ui
则：uo RC cost RC sin(t 90 ) 0 uo
0
iF
uo R
i1
C
dui dt
i1 iF
uo
RC
dui dt
t t 习题判19
微分是积分的逆运算。因此，只要将积分运算电路 中R和C的位置互换，就能形成微分器基本电路。如果 说，积分电路能够延缓信号的传输，那么微分电路则能 加快信号的传输过程，微分器又称D调节器。
(2)无调零引出端的运放调零。有些运放是不设调零引出端 的，特别是四运放或双运放等因引脚有限，一般都省掉调零端。 用作电压比较器的运放，无需调零；用作弱信号处理的线性电 路，需要通过一个附加电路，引入一个补偿电压，抵消失调参 数的影响，几种附加的调零电路如图1-14所示。 调零电路的接人对信号的传输关系应无影响，故图l-14a和图l14b加入了限流电阻R3，R3的阻值要求比R1大数十倍，若R1 =10 kΩ， R3可取200 kΩ。图l-14c和图l-14d为不用调零电源 (+U和-U)的调零电路，通过调节电位器RP，可以改变输入偏置 电流的大小，以调整电消振措施 1)区分内外补偿。从产品手册或产品说明书上可查到补偿方法， 如F007型运放往往把消振用的RC元件制作在运放内部。大部分 没有外接相位补偿（校正）端子的运放，均列出补偿用RC元件 的参考数值，按厂家提供的参数，一般均能消除自激。 2)补偿电容与带宽的关系。有时按厂家提供的RC参数不能完全 消除自激。此时若加大补偿电容的容量，可以消除自激。对于 交流放大器，则必须注意补偿元件对频带的影响，不应取过大 的电容值，要选取适当的电容值，使之既能消除振荡，又能保 持一定的频带宽度。此外，对应不同的闭环增益，所需的补偿 电容和补偿电阻也不同。在选取补偿元件时，可以按以下原则 掌握：在消除自激的前提下，尽可能使用容量小的补偿电容和 阻值大的补偿电阻。
习题判16
七、 微分器
iF R
i1 C ui
R2
– +
+
u–= u+= 0
uo
若输入： ui sin t
ui
则：uo RC cost RC sin(t 90 ) 0 uo
0
iF
uo R
i1
C
dui dt
i1 iF
uo
RC
dui dt
t t 习题判19
微分是积分的逆运算。因此，只要将积分运算电路 中R和C的位置互换，就能形成微分器基本电路。如果 说，积分电路能够延缓信号的传输，那么微分电路则能 加快信号的传输过程，微分器又称D调节器。
(2)无调零引出端的运放调零。有些运放是不设调零引出端 的，特别是四运放或双运放等因引脚有限，一般都省掉调零端。 用作电压比较器的运放，无需调零；用作弱信号处理的线性电 路，需要通过一个附加电路，引入一个补偿电压，抵消失调参 数的影响，几种附加的调零电路如图1-14所示。 调零电路的接人对信号的传输关系应无影响，故图l-14a和图l14b加入了限流电阻R3，R3的阻值要求比R1大数十倍，若R1 =10 kΩ， R3可取200 kΩ。图l-14c和图l-14d为不用调零电源 (+U和-U)的调零电路，通过调节电位器RP，可以改变输入偏置 电流的大小，以调整电消振措施 1)区分内外补偿。从产品手册或产品说明书上可查到补偿方法， 如F007型运放往往把消振用的RC元件制作在运放内部。大部分 没有外接相位补偿（校正）端子的运放，均列出补偿用RC元件 的参考数值，按厂家提供的参数，一般均能消除自激。 2)补偿电容与带宽的关系。有时按厂家提供的RC参数不能完全 消除自激。此时若加大补偿电容的容量，可以消除自激。对于 交流放大器，则必须注意补偿元件对频带的影响，不应取过大 的电容值，要选取适当的电容值，使之既能消除振荡，又能保 持一定的频带宽度。此外，对应不同的闭环增益，所需的补偿 电容和补偿电阻也不同。在选取补偿元件时，可以按以下原则 掌握：在消除自激的前提下，尽可能使用容量小的补偿电容和 阻值大的补偿电阻。
电工与电子技术第三章-集成运算放大器及其应用精选全文完整版
例：已知RF＝4R1，求u0与ui1、 ui2的关系式。 RF
ui1
－+ A1＋
uo′ R1 R2
ui2
－ ＋A2
＋
uo
解: A1为跟随器；A2为差放。
uo′= ui1
uo (1 RF ) ui2 R1
RF uo' R1
uo＝5 ui2－4 ui1
(1 RF ) ui2 RF ui1
R1
第二节 差动放大电路
基本差动放大电路 典型差动放大电路 具有恒流源的差动放大电路 差动放大电路的输入输出方式
一、基本差动放大电路
RB2 RC
uo
RB1 V1
ui1
ui
RC V2
＋UCC RB2
电路由两
RB1 个特性完全
相同的基本
放大电路组
ui2
成。
1. 抑制零点漂移的原理 静态时，Ui1=Ui2=0，由于电路对称
R1
例：如图，求uo 与 ui1、ui2的关系式。
ui1 6KΩ 30KΩ
10KΩ
ui2 10KΩ
－+ A1＋
10KΩ uo′
－ ＋A2
＋
uo
解: A1为反向加法器；A2为反相比例电路。
u u u 30
30
' (
)
o
6 i1 10 i2
(5 ui1 3 ui2)
uo
10 10
uo
'
5
ui1
3
积分电路 C iC
R
ui
ui
i1
－ ＋∞
＋
RP
t
i1 iC （虚断）
uO
i1
《电工电子技术》课件——课6-集成运算放大器的线性应用
i1 = if
i1
ui R1
iF
CF
duc dt
ui C duc
R1
F dt
du
CF
o
dt
1
uo R1CF uidt
积分电路的波形变换作用
6. 微分运算电路
RF
+
ui –
C1 R2
– ++
+ u–o
由虚短及虚断性质可得
i1 = if
C dui uo
1 dt
R
F
uo
RF C1
dui dt
三、集成运算放大器的线性应用
1. 反相比例运算 （1）电路结构
① ui加至反相输入端u② Rf构成电压并联负反馈 ③ R2=R1//Rf
if RF
+ i1 R1 i– –
ui
++
– R2 i+
+ uo –
（2）电压放大倍数
∵ 虚断，i+= i– = 0
∴ i1 if
i1
ui u R1
if
u u0 R
F
∵ 虚短 ∴ u– = u+ = 0
RF
&+ u–o
∵要求静态时u+、 u- 对地电阻相 同
∴平衡电阻 R2 = R1 // RF
反相比例运算电压放大倍数
结论： ① Auf为负值，即 uo与 ui 极性相反。∵ ui 加在反相输入端。
② Auf 只与外部电阻 R1、RF 有关，与运放本身参数无关。 ③| Auf | 可大于 1，也可等于 1 或小于 1 。 R1=RF 时Auf =-1，称为反向器。
–
集成运算放大器的线性应用
湖南 工厂
集成运算放大器的线性应用
一、加法运算电路
根据式（9-5）和式（9-6）有u1≈u2（或u+≈u－），ii≈0，因此
即
式（9-9）表明，输出电压等于各个输入电压按不同比例运算之和。 若令R1=R2=R3=RF，则有
式（9-10）表明，输出电压等于各输入电压之和；式中的负号表示 输出电压与输入电压相位相反。
所以
集成运算放大器的线性应用
四、微分电路
由式（9-14）可知，输出电压uo与输入电压ui之间呈微分关系，－RFC1为微 分常数，负号表明两者在相位上是相反的。
若ui为正阶跃电压，因阶跃的瞬间C1相当于短路，故输出电压uo为负的最 大值。随着C1的充电，iF逐渐减小，输出电压随之衰减，其波形如图9-18所示。 所以，微分电路除用来实现微分运算外，还可以用于波形发生器和自动控制中 的调节器。
集成运算放大器的线性应用
二、减法运算电路
利用运放电路的双端输入可以进行减法运算，如图9-13所示。减数输入信号 ui1经R1加在反相输入端，被减数输入信号ui2经R2加在同相输入端，构成典型的差 动输入放大电路。
根据式（9-5）和式（9-6）可知
由此可得
u+≈u－ ii≈0
二、减法运算电路
பைடு நூலகம்因u1≈u2，于是
由式（9-12）可知，当ui1=ui2时，输出电压uo为零，电路对共模信号无放大作用。
集成运算放大器的线性应用
三、积分运算电路
在反相输入运算电路中，用电容CF代替电阻RF作为反馈元件，就成为积 分运算电路，如图9-15所示。
由式（9-5）和式（9-6）可知
u+≈u－（或u2≈u1）
因u2=0，所以
集成运算放大器的线性应用
一、加法运算电路
根据式（9-5）和式（9-6）有u1≈u2（或u+≈u－），ii≈0，因此
即
式（9-9）表明，输出电压等于各个输入电压按不同比例运算之和。 若令R1=R2=R3=RF，则有
式（9-10）表明，输出电压等于各输入电压之和；式中的负号表示 输出电压与输入电压相位相反。
所以
集成运算放大器的线性应用
四、微分电路
由式（9-14）可知，输出电压uo与输入电压ui之间呈微分关系，－RFC1为微 分常数，负号表明两者在相位上是相反的。
若ui为正阶跃电压，因阶跃的瞬间C1相当于短路，故输出电压uo为负的最 大值。随着C1的充电，iF逐渐减小，输出电压随之衰减，其波形如图9-18所示。 所以，微分电路除用来实现微分运算外，还可以用于波形发生器和自动控制中 的调节器。
集成运算放大器的线性应用
二、减法运算电路
利用运放电路的双端输入可以进行减法运算，如图9-13所示。减数输入信号 ui1经R1加在反相输入端，被减数输入信号ui2经R2加在同相输入端，构成典型的差 动输入放大电路。
根据式（9-5）和式（9-6）可知
由此可得
u+≈u－ ii≈0
二、减法运算电路
பைடு நூலகம்因u1≈u2，于是
由式（9-12）可知，当ui1=ui2时，输出电压uo为零，电路对共模信号无放大作用。
集成运算放大器的线性应用
三、积分运算电路
在反相输入运算电路中，用电容CF代替电阻RF作为反馈元件，就成为积 分运算电路，如图9-15所示。
由式（9-5）和式（9-6）可知
u+≈u－（或u2≈u1）
因u2=0，所以
电子技术试题及答案
电子技术试题及答案-(《电子技术基础》题库适用班级：2012级电钳3、4、5、6班备注：本学期进行到第七章；第一、二、三章是重点内容，要求掌握；第四、八章没有涉及。
一、填空题：第一章半导体二极管○1、根据导电能力来衡量，自然界的物质可以分为导体，半导体和绝缘体三类。
Δ2、导电性能介于导体和绝缘体之间物质是半导体。
○3、半导体具有热敏特性、光敏特性、参杂的特性。
Δ4、PN结正偏时，P区接电源的正极，N极接电源的负极。
○5、PN结具有单向导电特性。
○6、二极管的P区引出端叫正极或阳极，N区的引出端叫负极或阴极。
Δ7、按二极管所用的材料不同，可分为硅二极管和锗二极管两类；○8、按二极管用途不同，可分为普通二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管、光电二极管和变容二极管。
★9、二极管的正向接法是二极管正极接电源的正极，负极接电源的负极；反响接法相反。
○10、硅二极管导通时的正向管压降约0.7V ，锗二极管导通时的管压降约0.3V。
Δ11、使用二极管时，应考虑的主要参数是最大整流电流，最高反向电压和反向电流。
★12、发光二极管将电信号转换为光信号。
★13、变容二极管在高频收音机的自动频率控制电路中，通过改变其反向偏置电压来自动调节本机震荡频率。
★14、所谓理想二极管，就是当其正偏时，结电阻为零。
第二章半导体三极管及其放大电路○15、三极管是电流控制元件。
○16、三极管具有放大作用外部电压条件是发射结正偏，集电结反偏。
★17、当温度升高时，晶体三极管集电极电流Ic变大，发射结压降变小。
Δ18、三极管处在放大区时，其集电结电压小于零，发射结电压大于零。
★19、三极管的发射区杂质浓度很高，而基区很薄。
Δ20、三极管实现放大作用的内部条件是：发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，同时基区厚度要很小.Δ21、工作在放大区的某三极管，如果当I B从12μA增大到22μA时，I C从1mA变为2mA，那么它的β约为100 。
《电子技术基础》第三章集成运算放大器及其应用试卷
《电子技术基础》第三章集成运算放大器及其应用试卷一、单项选择题1.集成运算反相器应是( )。
(2 分)A.A uf=lB.A uf=∞C.A uf=-1D.A uf=02.差动放大器是利用( )抑制零漂的。
(2 分)A.电路的对称性B.共模负反馈C.电路的对称性和共模负反馈D.差模负反馈3.输入失调电压是( )。
(2 分)A.两个输入端电压之差B.输入端都为零时的输出电压C.输出端为零时输入端的等效补偿电压。
4.同相比例运算电路在分析时不用( )概念。
(2 分)A.虚短B.虚断C.虚地5.集成运算放大器若输入电压过高,会对输入级( )。
(2 分)A.造成损坏B.造成输入管的不平稳,使运放的各项性能变差C.影响很小6.集成反相器的条件是( )(2 分)A.A uf=-1B.A uf=1C.R f=0D.R f=∞E.R f=R7.抑制零点漂移最有效的方法是( )。
(2 分)A.采用差动放大器B.采用温度补偿电路C.尽量减小电源电压波动8.所谓差模输入信号是指两输入信号为( )。
(2 分)A.大小和相位都相同B.相位相反C.大小相同,相位相反9.电压比较器中,集成运放工作在( )状态。
(2 分)A.非线性B.开环放大C.闭环放大10.克服零点漂移最有效且最常用的是( )(2 分)A.放大电路B.振荡电路C.差动放大电路D.滤波电路二、判断题11.( )开环差模电压增益越高,构成的电路运算精度越高,工作也越稳定。
(2 分)12.( )直接耦合放大电路能够放大缓慢变化的信号和直流信号,但不能放大漂移信号。
(2 分)13.( )变压器耦合能使零点漂移信号传递到后级。
(2 分)14.( )差动放大电路的共模放大倍数实际上为零。
(2 分)15.( )集成运放工作在线性状态下,要实现信号运算时,两个输入端对地的直流电阻必须相等,才能防止偏置电流带来的运算误差。
(2 分)16.( )为防止自激,集成运放的补偿电容若制作在内部,无需外部补偿。
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Ad:差模放大倍数；AC:共模放大倍数
Ad K CMR AC KCMR 越大，抑制共模信号越强。
第三节 集成放大器简介
集成运算放大器的特点 集成运算放大器的简单介绍
集成运算放大器的主要技术指标
集成运算放大器的理想化模型
集成运算放大器的电压传输特性及其分 析特点
一、集成运算放大器的特点
集成电路：将整个电路中的元器件制作在
反馈电路
ud
闭环系统：加上反馈网络时 的电路系统，此时的放大倍 数叫闭环放大倍数。 uO 理想运放的电压传输特性
－ ＋ ＋∞
开环系统：不加反馈网络时 的电路系统，此时的放大倍 数叫开环放大倍数。 uo
ui ≠0， |uO|＝±UOM
即u+ ≠ u－时，运放处 于非线性区。
+UOM －UOM
ui
u－ 运算放大器的分析特点 ui AOUi uo u+ 1. 线性区 uO＝AO（u＋－u－） 虚短 AO≈∞ 集成运放两个输入端 之间的电压通常非常接 u＋－u－≈uo／AO≈0 近于零，但不是短路， u＋≈u－ 故简称为“虚短”。
四、集成运算放大器的理想化模型
实际运放 u－ ui u+ ri ro uo
AO很高，> 104
ri很高，几十~几百KΩ rO很低，几十~几百Ω KCMR 很高 AO＝∞ ri=∞ rO=0 KCMR＝∞
AOUi
理想运放 u－ ui u+
AOUi
uo
五、集成运算放大器的电压传输特性 及其分析特点
运算放大器的电压传输特性 集成运放的输出电压uO与输入电压ui (u+－u－) 之间的关系uO＝f (ui) 称为集成运放的电压传输特 性。 u ＝A u uO 非线性区 O O i 引入深度负反馈， ) = AO(u+－u－ +UOM 可以使运放工作 ui < ，运放饱和， ui > |UiM||UiM| ， 在线性区。 ui 运放工作在线性区 工作在非线性区 －UOM 线性区
第四节 集成运放在信号运算 电路中的应用
分析线性区理想运放的两的两个概念
虚短
u＋≈u－
虚断
u－ u+
I－
AOUi
uo
I+
I－≈I+ ≈0
二、基本运算电路
比例电路 1. 反相比例电路 Rf if ui
R1
i1
－ ＋ ＋∞
R2
A uf
Rf uo ui R1
ui 1 ui 2 ui 3 ) uo R f ( R1 R2 R3
若 R1 R2 R3 R f
u
o
(ui1 ui 2 ui 3)
平衡电阻 RP R1 // R2 // R3 // R f
在调节某一路信号的输入电阻的阻值时， 不影响其它输入电压与输出电压的比例关系， 调节方便。 求和电路也可从同相端输入，但同相求和 电路的共模输入电压较高，且不如反相求和电 路调节方便。
当u＋＝0 （接地） u － ≈ u ＋≈ 0 称此时的反相输入端为“虚地点”。反之， 也成立。
虚断
I+ 流入集成运放两个 输入端的电流通常为零， ∵ ri≈∞ 但又不是断路故简称为 I－≈I+ ≈0 “虚断”。
u－ u+
I－
AOUi
uo
2. 非线性区 在非线性区，虚短概念不成立，但虚断 概念成立。
ui uo ui Rf R1
i1=（0－u i）／R1 if = (u－－uo )／Rf =( u i－uo)／Rf ∵ i －≈ i +＝0 ∴ i 1＝ i f
R2－－平衡电阻 R2＝R1//Rf 当Rf＝有限值时，R1＝∞ Auf =1 → 电路成为电压 跟随器。 uo＝ui 此电路输入电阻大，输出 电阻小。 －＋ +∞ uo
减法运算电路（差动运算电路） Rf if 利用叠加原理 R1 i1 ui 1 0 (ui 1 接地) u ui1 i1 － ＋ uo 同相端输入 ui2 ＋∞ R2 R Rf R3 3 ) ui 2 uO1 (1 )( R1 R2 R3 ui 2 0 (ui 2 接地） u0 u01 u02 Rf Rf R3 反相端输入 (1 )( ) ui 2 ui 1 Rf R1 R2 R3 R1 u02 ui 1 R1
共模输入（干扰信号）
ui ui1 ui 2 0
I IC 2 U差动放大电路对差模信号有放大作用， uO UCE1 UCE 2 0 CE 1 UCE 2
C1
对共模信号有抑制作用。
AC 0
共模抑制比（KCMR）
KCMR是衡量放大信号的能力的技术指标。
温度上升，引起两边电流变化
C1
UCE 1 UCE 2 I IC 2 UO UCE 1 UCE 2 0
由于电路对称，零漂被抑制。 2. 动态工作原理 差模信号－－极性相反，幅值相同的信号。 u i1=－u i2 共模信号－－极性相同，幅值相同的信号。 u i1= u i2
哈，very good!
i f i1 i 2 i 3 u u 0 ui 2 ui 1 i2 i1 R2 R1
加法运算电路 i i 0
ui1 ui2 ui3
R1 i1
Rf － ＋∞
if ＋ uo
R2 i2
R3 i3
RP
u0 u0 ui 1 ui 2 ui 3 ui 3 if i3 Rf R1 R2 R3 Rf R3
差模输入（信号） ui 2 ui IC1 IC 2 ui1 2 UCE 1 UCE 2 u0 UCE1 Δ UCE 2 2 UCE1
A d 2 UCE 1 / u i 2 UCE 1 / 2u i1 UCE 1 / u i1
－ ＋ +
12K
uo2 50K A2 100K 60K
30K
i1 i C （虚断） ui R i1 ui uO R － ＋ i1 uo ui t 1 ∞ ＋ uC i C dt RP C －UOM uO uC t 1 u0 uo正比于ui的积分 ui dt RC 平衡电阻 RP R
例：如图，求uo 。
－0.3V
20K 11K
80K 100K － A3 ＋ ＋
50K － ＋ A1 uo1 +
uo
0.4V
12K
解： A1：反相比例 A2：同相比例 A3：差动输入
80 12 60 100 ) ( 0.3)0.412V6V . 0. u01 ( ( u02 1 ( u)02 u01)1.2V u0 30 5020 12 12
F
uo
三、集成运算放大器的主要技术指标
1. 输入失调电压UiO 3. 开环差模放大倍数Auo 当无输入信号时，为使输出的电压值为零， 运放在开环时的差模放大倍数 在输入端加入的补偿电压。 其值越高越好 （104～107） 其值越小越好 （0.5～5mV） 2. 最大输出电压U 5. 输入失调电流IiO opp 输入电压为零时，流入放大器两个输入端 输出不失真的最大输出电压值 的静态基极电流之差。 IiO＝IB1－IB2 6. 共模抑制比KCMR 其值越小越好 （1nA~10nA）
R2－－平衡电阻 同相端与地的等效电阻 。其作用是保持输入 级电路的对称性，以保持电路的静态平衡。 R2＝R1//Rf
2. 同相比例电路 Rf if R1 i1 － ＋ ＋∞ ui R2
∵ i+≈0 （虚断） ∴ u +＝ ui u +≈ u －≈ ui （虚短）
uo
Auf
Rf uo 1 ＋ ui R1
一块硅基片上，构成完整的能完成特定功能的
电子电路。
运算放大器：具有高放大倍数、高输入电阻、 低输出电阻的直接耦合放大器。
二、集成运算放大器的简单介绍
1. 集成运放的组成 抑制零漂，共 模抑制比高 差动输 输入 入级 提供各级 静态电流 中间级 偏置电路 低输出电阻， 多采用射随器 输出级 输出 放大作用的 主要单元
第二节 差动放大电路
基本差动放大电路 典型差动放大电路 具有恒流源的差动放大电路
差动放大电路的输入输出方式
一、基本差动放大电路
RB2 RC RB1 V1 ui uo V2 RC RB2 RB1 ＋UCC
ui1
ui2
电路由两 个特性完全 相同的基本 放大电路组 成。
1. 抑制零点漂移的原理 静态时，Ui1=Ui2=0，由于电路对称 UCE 1 UCE 2 UO UCE 1 UCE 2 0 IC1 IC 2
uo＝5 ui2－4 ui1
RF RF (1 ) ui 2 ui 1 R1 R1
例：如图，求uo 与 ui1、ui2的关系式。 30KΩ ui1 6KΩ 10KΩ ui2 10KΩ － ＋ 10KΩ － A1 uo′ + ＋ ＋A2
uo
解: A1为反向加法器；A2为反相比例电路。
30 30 uo ' ( 6 ui1 10 ui 2) (5 ui1 3 ui 2) 10 uo 10 uo ' 5 ui 1 3 ui 2
ui
例：应用运放来测量电阻的电路如图，U＝10V， R1=1MΩ，输出端接电压表，被测电阻为Rx ，试 找出Rx与电压表读数uo之间的关系。 Rx 解: R1 此电路为反相比例电路 － ＋ U － A uo －R x ＋∞ V uf ＋ ui R1
－ ＋
R1 10 5 Rx uo uo 10 uO ui 10
6
例：理想化运放组成的电路如图，试推算输出 电压uo的表达式。 R2 解: 此电路为同相比例电路 R1 u0 1 R 2 － ＋ uo u+ u ui R1 ＋∞ ui R3 R R4 4 判断这个等式 √ ui × 、 u
Ad K CMR AC KCMR 越大，抑制共模信号越强。
第三节 集成放大器简介
集成运算放大器的特点 集成运算放大器的简单介绍
集成运算放大器的主要技术指标
集成运算放大器的理想化模型
集成运算放大器的电压传输特性及其分 析特点
一、集成运算放大器的特点
集成电路：将整个电路中的元器件制作在
反馈电路
ud
闭环系统：加上反馈网络时 的电路系统，此时的放大倍 数叫闭环放大倍数。 uO 理想运放的电压传输特性
－ ＋ ＋∞
开环系统：不加反馈网络时 的电路系统，此时的放大倍 数叫开环放大倍数。 uo
ui ≠0， |uO|＝±UOM
即u+ ≠ u－时，运放处 于非线性区。
+UOM －UOM
ui
u－ 运算放大器的分析特点 ui AOUi uo u+ 1. 线性区 uO＝AO（u＋－u－） 虚短 AO≈∞ 集成运放两个输入端 之间的电压通常非常接 u＋－u－≈uo／AO≈0 近于零，但不是短路， u＋≈u－ 故简称为“虚短”。
四、集成运算放大器的理想化模型
实际运放 u－ ui u+ ri ro uo
AO很高，> 104
ri很高，几十~几百KΩ rO很低，几十~几百Ω KCMR 很高 AO＝∞ ri=∞ rO=0 KCMR＝∞
AOUi
理想运放 u－ ui u+
AOUi
uo
五、集成运算放大器的电压传输特性 及其分析特点
运算放大器的电压传输特性 集成运放的输出电压uO与输入电压ui (u+－u－) 之间的关系uO＝f (ui) 称为集成运放的电压传输特 性。 u ＝A u uO 非线性区 O O i 引入深度负反馈， ) = AO(u+－u－ +UOM 可以使运放工作 ui < ，运放饱和， ui > |UiM||UiM| ， 在线性区。 ui 运放工作在线性区 工作在非线性区 －UOM 线性区
第四节 集成运放在信号运算 电路中的应用
分析线性区理想运放的两的两个概念
虚短
u＋≈u－
虚断
u－ u+
I－
AOUi
uo
I+
I－≈I+ ≈0
二、基本运算电路
比例电路 1. 反相比例电路 Rf if ui
R1
i1
－ ＋ ＋∞
R2
A uf
Rf uo ui R1
ui 1 ui 2 ui 3 ) uo R f ( R1 R2 R3
若 R1 R2 R3 R f
u
o
(ui1 ui 2 ui 3)
平衡电阻 RP R1 // R2 // R3 // R f
在调节某一路信号的输入电阻的阻值时， 不影响其它输入电压与输出电压的比例关系， 调节方便。 求和电路也可从同相端输入，但同相求和 电路的共模输入电压较高，且不如反相求和电 路调节方便。
当u＋＝0 （接地） u － ≈ u ＋≈ 0 称此时的反相输入端为“虚地点”。反之， 也成立。
虚断
I+ 流入集成运放两个 输入端的电流通常为零， ∵ ri≈∞ 但又不是断路故简称为 I－≈I+ ≈0 “虚断”。
u－ u+
I－
AOUi
uo
2. 非线性区 在非线性区，虚短概念不成立，但虚断 概念成立。
ui uo ui Rf R1
i1=（0－u i）／R1 if = (u－－uo )／Rf =( u i－uo)／Rf ∵ i －≈ i +＝0 ∴ i 1＝ i f
R2－－平衡电阻 R2＝R1//Rf 当Rf＝有限值时，R1＝∞ Auf =1 → 电路成为电压 跟随器。 uo＝ui 此电路输入电阻大，输出 电阻小。 －＋ +∞ uo
减法运算电路（差动运算电路） Rf if 利用叠加原理 R1 i1 ui 1 0 (ui 1 接地) u ui1 i1 － ＋ uo 同相端输入 ui2 ＋∞ R2 R Rf R3 3 ) ui 2 uO1 (1 )( R1 R2 R3 ui 2 0 (ui 2 接地） u0 u01 u02 Rf Rf R3 反相端输入 (1 )( ) ui 2 ui 1 Rf R1 R2 R3 R1 u02 ui 1 R1
共模输入（干扰信号）
ui ui1 ui 2 0
I IC 2 U差动放大电路对差模信号有放大作用， uO UCE1 UCE 2 0 CE 1 UCE 2
C1
对共模信号有抑制作用。
AC 0
共模抑制比（KCMR）
KCMR是衡量放大信号的能力的技术指标。
温度上升，引起两边电流变化
C1
UCE 1 UCE 2 I IC 2 UO UCE 1 UCE 2 0
由于电路对称，零漂被抑制。 2. 动态工作原理 差模信号－－极性相反，幅值相同的信号。 u i1=－u i2 共模信号－－极性相同，幅值相同的信号。 u i1= u i2
哈，very good!
i f i1 i 2 i 3 u u 0 ui 2 ui 1 i2 i1 R2 R1
加法运算电路 i i 0
ui1 ui2 ui3
R1 i1
Rf － ＋∞
if ＋ uo
R2 i2
R3 i3
RP
u0 u0 ui 1 ui 2 ui 3 ui 3 if i3 Rf R1 R2 R3 Rf R3
差模输入（信号） ui 2 ui IC1 IC 2 ui1 2 UCE 1 UCE 2 u0 UCE1 Δ UCE 2 2 UCE1
A d 2 UCE 1 / u i 2 UCE 1 / 2u i1 UCE 1 / u i1
－ ＋ +
12K
uo2 50K A2 100K 60K
30K
i1 i C （虚断） ui R i1 ui uO R － ＋ i1 uo ui t 1 ∞ ＋ uC i C dt RP C －UOM uO uC t 1 u0 uo正比于ui的积分 ui dt RC 平衡电阻 RP R
例：如图，求uo 。
－0.3V
20K 11K
80K 100K － A3 ＋ ＋
50K － ＋ A1 uo1 +
uo
0.4V
12K
解： A1：反相比例 A2：同相比例 A3：差动输入
80 12 60 100 ) ( 0.3)0.412V6V . 0. u01 ( ( u02 1 ( u)02 u01)1.2V u0 30 5020 12 12
F
uo
三、集成运算放大器的主要技术指标
1. 输入失调电压UiO 3. 开环差模放大倍数Auo 当无输入信号时，为使输出的电压值为零， 运放在开环时的差模放大倍数 在输入端加入的补偿电压。 其值越高越好 （104～107） 其值越小越好 （0.5～5mV） 2. 最大输出电压U 5. 输入失调电流IiO opp 输入电压为零时，流入放大器两个输入端 输出不失真的最大输出电压值 的静态基极电流之差。 IiO＝IB1－IB2 6. 共模抑制比KCMR 其值越小越好 （1nA~10nA）
R2－－平衡电阻 同相端与地的等效电阻 。其作用是保持输入 级电路的对称性，以保持电路的静态平衡。 R2＝R1//Rf
2. 同相比例电路 Rf if R1 i1 － ＋ ＋∞ ui R2
∵ i+≈0 （虚断） ∴ u +＝ ui u +≈ u －≈ ui （虚短）
uo
Auf
Rf uo 1 ＋ ui R1
一块硅基片上，构成完整的能完成特定功能的
电子电路。
运算放大器：具有高放大倍数、高输入电阻、 低输出电阻的直接耦合放大器。
二、集成运算放大器的简单介绍
1. 集成运放的组成 抑制零漂，共 模抑制比高 差动输 输入 入级 提供各级 静态电流 中间级 偏置电路 低输出电阻， 多采用射随器 输出级 输出 放大作用的 主要单元
第二节 差动放大电路
基本差动放大电路 典型差动放大电路 具有恒流源的差动放大电路
差动放大电路的输入输出方式
一、基本差动放大电路
RB2 RC RB1 V1 ui uo V2 RC RB2 RB1 ＋UCC
ui1
ui2
电路由两 个特性完全 相同的基本 放大电路组 成。
1. 抑制零点漂移的原理 静态时，Ui1=Ui2=0，由于电路对称 UCE 1 UCE 2 UO UCE 1 UCE 2 0 IC1 IC 2
uo＝5 ui2－4 ui1
RF RF (1 ) ui 2 ui 1 R1 R1
例：如图，求uo 与 ui1、ui2的关系式。 30KΩ ui1 6KΩ 10KΩ ui2 10KΩ － ＋ 10KΩ － A1 uo′ + ＋ ＋A2
uo
解: A1为反向加法器；A2为反相比例电路。
30 30 uo ' ( 6 ui1 10 ui 2) (5 ui1 3 ui 2) 10 uo 10 uo ' 5 ui 1 3 ui 2
ui
例：应用运放来测量电阻的电路如图，U＝10V， R1=1MΩ，输出端接电压表，被测电阻为Rx ，试 找出Rx与电压表读数uo之间的关系。 Rx 解: R1 此电路为反相比例电路 － ＋ U － A uo －R x ＋∞ V uf ＋ ui R1
－ ＋
R1 10 5 Rx uo uo 10 uO ui 10
6
例：理想化运放组成的电路如图，试推算输出 电压uo的表达式。 R2 解: 此电路为同相比例电路 R1 u0 1 R 2 － ＋ uo u+ u ui R1 ＋∞ ui R3 R R4 4 判断这个等式 √ ui × 、 u