集成运放及其理想特性(1)
电工电子学_集成运算放大器
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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。
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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。
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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
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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
简述理想化集成运放的参数要求及特点
简述理想化集成运放的参数要求及特点理想化集成运放是一种高度理想化的运放模型，它具有一系列特定的参数要求和特点。
在中心扩展下，我将详细阐述这些要求和特点。
理想化集成运放的参数要求包括：1. 增益（Gain）：理想化集成运放的增益应当趋近于无穷大，即具有无穷大的放大能力。
这意味着它可以将微小的输入信号放大到较大的幅度，以便于后续的处理和分析。
2. 带宽（Bandwidth）：理想化集成运放应具有无限的带宽，即可以传输任何频率的信号，而不会出现失真或衰减。
这使得它可以处理宽带信号，并适用于各种应用领域。
3. 输入阻抗（Input Impedance）：理想化集成运放的输入阻抗应当趋近于无穷大，以确保输入信号的准确性和稳定性。
它应该能够接受来自各种输入源的信号，而不会对它们产生影响。
4. 输出阻抗（Output Impedance）：理想化集成运放的输出阻抗应当趋近于零，以确保输出信号的准确性和稳定性。
它应该能够驱动各种负载，并提供与输入信号相匹配的输出电压。
5. 共模抑制比（Common Mode Rejection Ratio，CMRR）：理想化集成运放的CMRR应当趋近于无穷大，以消除来自共模信号的干扰。
它应该能够有效地抑制共模干扰，使得输出信号只包含差模信号。
6. 温漂（Temperature Drift）：理想化集成运放的温漂应当趋近于零，以确保其参数在不同温度下的稳定性。
它应该能够在不同的工作环境中保持一致的性能。
理想化集成运放具有以下特点：1. 理想化集成运放具有高增益和高输入阻抗，可以将输入信号放大到足够的幅度，并准确地接收输入信号，从而实现对信号的精确处理。
2. 理想化集成运放具有宽带宽和低输出阻抗，可以传输和驱动各种频率和负载，适用于不同的应用场景。
3. 理想化集成运放具有良好的共模抑制比，可以有效地抑制共模干扰，提供纯净的差模输出。
4. 理想化集成运放具有稳定的温漂特性，可以在不同的工作温度下保持一致的性能，确保信号的准确性和稳定性。
集成运放的理想特性
余姚市职成教中心学校
陈雅萍
集成运放的理想特性 在分析集成运放的各种实用电路时，为了简化分析，通常将集成运放的性能指标理想化，即将集成运放看成理想运放。
当集成运放参数具有以下特征时，称为理想运放。
开环差模放大倍数A od
∞输入电阻R id
∞输出电阻R o
0共模抑制比K CMR
∞（零漂为0）通频带∞
——什么是理想运放？
理想运放特征：
集成运放的工作状态
——线性区和非线性区1.线性区：2.非线性区：
集成运放处于开环（没有引入反馈）或引入正反馈（反馈到同相输入端）。
集成运放引入负反馈反馈支路是从输出端反馈到反相输入端)
(-+-=I I od O u u A u
理想运放等效电路
工作在线性区集成运放有两个特点——1.虚短同相输入端反相输入端输出端
虚短)
(-+-=I I od O u u A u 虚短：两输入端电位相等，即。
-+=I I u u 相当于两输入端短路，但又不是真正的短路，故称为虚短。
理想运放等效电路——2.虚断虚断同相输入端反相输入端输出端
工作在线性区集成运放有两个特点两输入端电流为零，即。
0===-+I I I i i i 虚断：相当于两输入端断开，但又不是真正的断开，故称为虚断。
集成运放的理想特性
1.什么是理想运放
3.工作在线性区理想运放的两个特点
2.理想运放的两种工作状态
线性区：集成运放引入负反馈；
非线性区：集成运放处于开环或引入正反馈。
虚短：两输入端电位相等，即-+=I I u u 两输入端电流为零，即0==-+I I i i 虚断：。
理想运算放大器特点
理想运算放大器特点
集成运算放大器，简称运放。
三端元件（双端输入、单端输出的电路结构），抱负三极管，高增益直流放大器。
抱负运算放大器（有时简称运放）的特点如下：
（1）极大的输入电阻
高输入阻抗，输入端流入电流近于0，几乎不取用信号源电流，近于电压掌握特性，从而导出“虚断”概念；
（2）微小的输出电阻
具有（在负载力量以内）不挑负载，适应任意负载的特性。
后级负载电路的阻抗大小不会影响到输出电压。
（3）无穷大的电压放大倍数（可达百万或千万倍）。
这就打算了：在肯定供电电压条件下，放大器仅能工作闭环（负反馈）模式下，且实际的放大倍数是有限的；开环模式即为比较器状态，输出为高、低电平二态。
在闭环（有限放大倍数）状态下，放大器的脾性是随机比较两输入端的电位凹凸，不等时输出级即时做出调整动作，放大的最终目的，是使两输入端电位相等（其差为0V），从而导出“虚短”概念。
其实，在放大过程中，是在进行着“放大不离比较，比较不离放大”动态平衡的调整。
整个模拟电路教程，在高校或高职高专的正统教学规程上，其内容相当浩大，而学习难度尤高，尤其牵涉太多的高等数字运算，因而学习
运算电路，被相当多的学子视为畏途，更有人将模拟电路称之为“魔电”，越学越晕，导致不能学以致用。
以我本人几十年来对电子电路的原理把握和实践应用阅历为据，写就该章。
就我看来，整个运放电路的应用，假如用3个课时来解决掉，把握原理和检修方法，一步到位修运放电路，是完全可以实现的。
8.1 理想集成运放的分析方法
电路特点：
由
和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
可得
虚短
由
可知，运放输入端几乎不取电流，即
虚断
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理想集成运放的分析方法
（2）非线性应用及其特点 电路特征：
电路特点： 由于
当
时，
当
时，
运放输出发生跳变的临界条件
由
可知，运放输入端几乎不取电流，即
虚断
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理想集成运放的分析方法
3. 集成运放线性和非线性应用的规律
线性特点
非线性特点
应用（3个方程）
“虚断” 运放输入电流为零，即“虚断”
，，
“虚短” 运放输出电压发生跳变的临界条件
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模拟电子技术基础
8.1 理想集成运放的分析方法
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理想集成运放的分析方法
1. 集成运放的电压传输特性
（1）线性区
在
与
之间变化
（2）非线性区
正饱和电压
输出电压只有两种可能
负饱和电压
扩展线性放大范围 — 负反馈
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理想集成运放的分析方法
2. 理想集成运放的应用及其特点 （1）线性应用及其特点
第七章运算放大器7.1运算放大器特性同相比例放大电路反相比例放大
7.1 运算放大器特性 同相比例放大电路 反相比例放大电路
7.2 基本运算电路应用 加法电路 减法电路
7.1 集成运放的特性---两种工作状态
1. 理想运放主要具有如下特性： ① 差模开环电压增益无穷大：A od→∞； ② 差模输入电阻无穷大：rid→∞； ③ 输出电阻为零：ro→0。
• 是信并 号联 的负 负反 载馈 能，力有Ri一f→定0，的R要i≈求R1。，所以对输入
二. 同相比例运算电路
i1
i f Rf
R1
u- _
ui u+ + A +
uo
反馈方式：
电压串联负反馈 因为有负反馈， 利用虚短和虚断
u-= u+= ui
i1=if （虚断）
电压放大倍数:
A
v
uo ui
1 Rf R1
【例7.2】分析图7-2-9所示的电路功能
vo1
Rf
v3 R3
v4 R4
vo
Rf
v1 R1
v2 R2
vo1 Rf
Rf
v3 R3
v4 R4
v1 R1
v2 R2
例如
设：电源电压±VCC=±10V。 运放的Aod=104
V
ui
+∞
A －
+
uo
V
uuo o
++1100VV
++UUoomm
-1mV 00 +1mV
uui i
│Ui│≤1mV时，运放处于线性区。
集成运算放大器
A/D转换方法
– 计数法 速度慢 – 双积分式A/D转换器 精度高、干扰小 速度慢 – 逐次逼近式A/D转换器 原理同计数式相似，只是从最高位开始，通过试探值来计数。
例1：ADC0804 （8位,100us,转换精度 ±1LSB,内带可控三态门）。
例2：ADC570 (输入电压：0~10V 或 -5V~+5V）
例3. 8位以上A/D转换器和系统连接。 ADC1210：12位，100us，启动端SC，结束转换CC。
例4. ADC0809: 逐次逼近式8通道8位ADC。
同时有模拟电路和数字电路的系统中地 线的连接
模拟电路 ADC DAC 数字电路
模拟电路 AGND
数字电路 DGND
模拟地
公共接地点
if RF
R1 R2
R3 RP
－ ＋
u0
ui 1 ui 2 ui 3 uo R1 R2 R3 Rf 可得： uo R f ( ui 1 ui 2 ui 3 ) R1 R2 R3 若R1=R2=R3=R，则 u R f ( u u u ) o i1 i2 i3 R
集成运算放大器
1．集成运算放大器概述
集成运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出 电阻的多级直接耦合放大电路，一般由四部分组成：
输入级：一般是差动放大 器，利用其对称特性可以 提高整个电路的共模抑制 比和电路性能，输入级有 反相输入端“-”、同相 输入端“+”两个输入端； 中间级：的主要作用是
3、差动比例运算电路
R1=R2，R’=RF Uo=-RF/R1(Ui1-Ui2)
差动比例运算电路 又称减法运算电路
电子技术基础与技能-()
1 ui=0时，IB=0，由于两管特性对称， A点的静态电位UA= VCC，则CL上充 2 1 1 有左正右负的静态电压 U CL VCC ，由于CL容量很大，相当于一个电压为 VCC 2 2 的直流电源。此外，在输出端耦合电容CL的隔直作用下，流过RL的静态电流为
二、功率放大电路的分类 (1)功放管的静态工作点介于甲类和乙类之间的称为甲乙类功放电路 (2) 功放管静态工作点选择在放大区内的称为甲类功放电路 功放管静态工作点设置在截止区边缘的称为乙类功放电路 (3) 在工作过程中功放管仅在输入信号的正半周导通，负半周时功放管截 在工作过程中功放管处于导通状态，输出波形无失真。由于设置的静 它的波形失真情况和效率介于上述两类之间。是实用功放电路经常采 态电流大，放大器的效率较低，最高只能达到 止，只有半波输出。由于几乎无 50%。如图所示。 用的方式。 如图所示。 静态电流，电路的功率损耗减到 最少，使效率大大提高。在实际 使用中，乙类功放电路采用两个
流过 RL 的静态电流为零。 2. 动态分析 设输入信号 u i 为正弦信号。在 u i 正半周内，VT1导通，VT2截止，VT1的 集电极电流 I c1 电极电流 Ic2 流经方向如图，在 ui 负半周内，VT2导通，VT1截止，VT2的集 整个 流经方向如图。由于VT1和VT2管型相反，特性对称，在 ui
了解集成运放的使用常识，会根据要求正确选用元器件；
会安装和使用集成运放组成的应用电路。
3.1.1放大器中的负反馈
一、反馈放大器的组成 反馈放大器的一般形式如图所示。 反馈系数
F
Xf Xo
Xo X i'
Xo A X i 1 AF
开环放大倍数
A
闭环放大倍数
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新课
1．输入级
输入级是接受微弱电信号、抑制零漂的关键一级，决定整个电路性能指标的优劣。
输入级均采用带恒流源的差分放大器。
能有效抑制零漂、具有较高的输入阻抗及可观的电压增益。
2．中间级
主要任务是提供足够的电压增益，又称放大级。
采用恒流源负载共发射极放大电路。
往往还附有射极跟随器，用以隔离中间级与输出级的相互影响，兼作电位移动。
3．输出级
采用射极（源极）输出器或互补对称电压跟随器组成。
要求：输入阻抗高，输出阻抗低，电压跟随性好。
以减小或隔离与中间级的相互影
双列直插式引脚排列规则：将半圆凹口标记置于左方，自下而上逆时针转向可读出各引脚的递增序号。
．图形符号
”表示开环增益极高。
具有较宽的工作电压范围，并且既可采用双电源工作，三、集成运放的性能指标 d v
无反馈时集成运放差模电压增益，称为开环差模增益，记作它等于开环情况下，输出电压与输入差模电压之比。
d A v 越大，集成运放性能越好。
IO
当输入电压为零时，为了使放大器输出电压也为零，在输入端外加的补偿电压，IO V 越小，运放性能越好。
”表示开环电压放大倍数为无穷大的理想化条件。
输出特性分为线性区和非线性区（饱和区）。
当运放工作在线性区时，输出电压O V 与输入电压ID V （+-V ）
虚短：理想运放两输入端电位相等，好似短接但不是实际的短接，称为“虚短接”虚断：理想运放两输入端无电流，好似断开但不是实际的断开，称为“虚断开”“虚短”或“虚断”是集成运放特有的极限状态或理想特性。
第二节 反馈放大器 一、反馈放大器及其分类
反馈：把放大器输出信号，按一定路径馈送到输入端的过程称为反馈。
反馈放大器：施加反馈的放大器称为反馈放大器。
反馈放大器组成：基本放大器（主网络）A 和反馈网络F 构成的闭合环路，．正反馈和负反馈
正反馈：反馈信号f x 的加入使净输入信号i i x x '
>，这种反馈称为正反馈。
负反馈：反馈信号f x 的加入使净输入信号i i x x '
<，这种反馈称为负反馈。
采用瞬时极性法判断是正反馈还是负反馈。
与i x 同极性，则为正反馈；f x 与i x 反极性，则为负反馈。
．直流反馈和交流反馈
．串联反馈与反馈
串联反馈：反馈信号串接于输入回路的方式称为串联反馈。
并联反馈：反馈信号并接于输入回路的方式称为并联反馈。
判断方法：若反馈信号与输入信号一并送到放大管的输入极，则为并联反馈，）。
否则，反馈信号送到放大管的非信号输入极，则为串联反馈。
如图（
3-1]试判别图示两电路中，前后两级放大器之间是否有反馈。
若有反馈，试判别反馈类型。
1）判别级间有无反馈
3-2] 试判别图示各电路的反馈类型。
图（a ）中，反馈信号f v 取自输出电压O v ，净输入电压i f i d v v v v <-=路为电压串联负反馈放大电路。
）中，反馈电压f v 取自输出电流O i ，净输入电压i f i d v v v v <-=，故电路为
二、闭环增益的一般表达式
反馈系数：接入负反馈后，将反馈信号f x 与输出信号o x 之比，定义为反馈系数o f /x x F =
'i i o i f i AFx x Fx x x x -=-=-
)(1i AF /x +
o i o i )(i AFx Ax Fx x A Ax '
-=-== 则负反馈放大器增益的一般表达式： )/(1i o f AF A x /x A +== 引入负反馈后，放大器的闭环放大倍数降低了，且降低开环增益的AF 。
反馈深度：（1+AF ）反映了反馈的强弱程度，被称为反馈放大器的反馈深度。
）>> 1时， F AF /A AF A A 1/)/(1f =≈+=
说明闭环深度反馈时，增益仅与反馈系数有关，与开环增益无关，由于反馈环节一
新课
送到集成运放的反相输入端，输出信号I I f F I O ))/((/R R i R i v v A v -=-==与I v 反相，故称为反相放大器。
有关，选取阻值稳定、精度高的电阻
馈送到集成运放的同相输入端，输出信号1f I O /1/R R v v A v +==
])()[(I22f I11f O v R /R v R /R v +-=可见，输出电压与输入电压反相，且O v 是两输入信号加权后的负值相加，故称反))(I2I11f v v R /R + )(I2I1v v +-=
I13231f )]/()[v R R R R /R ++
I23221f )]/()[(1v R R R R /R ++ 共同作用时，
})]/([)]I2323I132v R R R v R R +++，则I2I1O v v v +=。
利用虚短和虚断特性可得I I 1R /V i i C ==
⎰⎰-=-=/v C /t i C /C ()1(d )1(I 输出电压正比于输入电压对时间的积分，负号表示输出电压与输入电压反相。
直流输入时，输出电压将随时间线性增长。
设电容上的初始电压等于零（即t = 0时，0=C v ），且输入电压为恒定直流信号
在自动控制系统中，积分电路常用来实现延时、定时和产生各种波形。
时间常数
取值越大，延时和定时时间越长，电路的抗干扰性能越强。
根据理想运放的虚短和虚断特性可得F C 1i i i ==，=+v v )d (d f f f f C R t /v C R R i C C -=-=-=输出电压与输入电压的微分成正比，负号表示输出电压与输入电压反相。
比例用于常规（主）调节、并作用于调节过程的始终；积分用于抑制干扰；微分用于快速反应变化趋势并加以抑制。
二、集成运放的非线性应用
：参考电压或基准电压，加在集成运放的同相输入端。
：被比较的对象，送到集成运放的反相输入端。
：输出电压反映比较的结果，或为高电平电压、或为低电平电压，以满足后面
和0两种逻辑电平的要求。
集成运放工作于开环状态。
其开环增益很高，两个输入电压有微小的差别，0-R I ID <-=-=+v v V v v ，集成运放输出正向饱和电压0-R I ID >-=-=+v v V v v ，集成运放输出负向饱和电压
0，则输入电压
v每次过零时，输出电压v
I
这种比较器称为过零比较器，又称过零检测器。
正向导通，VZ2反向击穿，输出电压
v
O
反向击穿，VZ2正向导通，输出电压
v
O
传输特性如图所示。
此外，还有抗干扰能力很强的迟滞比较器和检测给定范围电压的双限比较器。
将输出信号幅度限制在一定界限内。
当信号在限幅界限内，
输入成正比，而信号超过限幅界限时，则其输出等于界限值。
集成运放的开环增益很大，其内部存在寄生电容，使用时，如果引入深度负反馈，使电路无法正常工作。
目前大多数集成运放内部已接入相位补偿网络，使用时不必外接补偿电路。
集成运放大多需要正、负双电源供电才能正常工作，但有些场合希望采用单电源，这时可选用允许单电源工作的集成运放，如F324，如果选用双电源运放而必须单电源供电，可采用图示电路。
新课
图（a）是基本互补对称电路图。
．甲乙类双电源互补对称电路）电路特点
另一种互补对称电路如图所示。
．甲乙类单电源互补对称电路。