第二章集成运算放大器、电压比较器、乘法器
集成运算放大器课件演示文稿
5.2.2 集成运算放大器的放大倍数和参数
一、两种放大倍数
1. 开环放大倍数AVO
开环放大倍数AVO：无反馈时集成运放的放大倍数。
AVOvBv-OvA
vO vI
2. 闭环放大倍数AVF
（5.2.1）
闭环放闭大环倍放数大。倍其数数AV值F 根：据有具反体馈电时路集的成反运馈放情的况放来大计倍算数。称为
故反相输入比例运放的闭环放大倍数
AVFvvO I -R R1fi1iF
-Rf R1
（5.2.3）
输出电压
vO
-
Rf R1
vI
（5.2.4）
结论，反相输入比例运算电路的闭环放大倍数AVF只取决 于 R f 与 R 1 之比，与开环放大倍数 AVO无关；输出电压与输入 电压成反相比例关系。
由于 vA 0 ，即A端的电位接近于零电位，但实际并没 有接地，所以通常把A端称为“虚地”。
发光。这样，随着音频信号强弱的变化，电路中发光二极管的
个数和亮度也随之变化。其中，改变RP1的阻值，可调整发光 二极管的亮度。
第二十四页，共26页。
5.2.5 集成运放使用常识
一、零点调整
方法：将输入端短路接地，调整调零电位器，使输出电 压为零。
二、消除自激振荡 方法：加阻容补偿网络。具体参数和接法可查阅使用说明 书。目前，由于大部分集成运放内部电路的改进，已不需要外 加补偿网络。
。所以只要按减法 Rf 且 Rf 20R1 即符
合要求。
（2）同理，用加法比例电路接线，使 Rf 10R1 ， 且R1 R2 R3 R 4，R 1/R /2/R /3/R /f ，即满足 vO- 1(v 0 I1 vI2 vI)3
的要求。
第二章集成运算放大器
KC20M19R/1R0/越30 大，说明运算放大器抑制共模信号的性能越好。 7
7. 最大共模输入电压Uicmax
表示集成运放输入端所能承受的最大共模电压。
8. 最大差模输入电压Uidmax
表示集成运放输入端所能承受的最大差模电压。
9.输入偏置电流Iib
表示集成运算放大器输出电压为零时，两个输入端静态电流
2019/10/30
6
2.1集成运算放大器结构特点和理想
运算放大器
4. 开环输出电阻ro 它指的是没有外接反馈电路时，输出级的输出电阻。表征了
集成运放带负载的能力，其阻值越小越好。理想运算放大器 的ro 常认为是零。
5. 输入失调电压ui0
理想的集成运放，当输入信号为零时，一般输出电压也为零，
u－= u + = ui
Rf
if = i1
u－－ uo Rf
=-
u－ R1
uo=
(1 +
Rf R1
) ui
i1 ui
R1 Rp
if u－ － u+ �
闭环电压放大倍数 Auf
当 R1
Auf uo/ui 1
2019/10/30
电压跟随器
ui
－
∞ +
+
uo
平衡电阻:
二、 减法运算电路
1．应用集成运放“虚短”和“虚断”特点求解
Rf
uui1i1R1 ui1uRi11RuoF R1
u
ui2 R2 R3
R3
由“虚短”的特点，u u
ui1 R1 ui2 R2
△
－∞ +
uo
+
运算放大器介绍54页PPT
vI
R1
vN -
vP
A +
vO
AV= -（Rf / R1）= -20/10= -2
R2
Vo= AV Vi=(-2)(-1)=2V
2.3 基本线性运放电路
2.同相比例运算电路
Rf
虚断 v P = v I
0vN = vN vO
R1
Rf
R1
vN
-
vI
vP
A +
vO
虚短
vN = vP
vO
=
(1
Rf R1
= 2R6m'LVIEvX
IE
=
IC3 2
1 2
vy Re
vO =KvXvY
2.5 模拟乘法器电路
2、模拟乘法器符号 vO =KvXvY
K为比例因子，一般为正。
3、乘法运算
2.5 模拟乘法器电路
4、乘方和立方运算
2.5 模拟乘法器电路
5、除法运算
根据虚端虚断有：
-
v2 =Kvx2vO
+
Vo与vx1、vx2之商成比例，实现了除法运算 只有当vx2为正极性时，才能保证运放处于负反馈状态 vx1则可正可负
iCiEIESe VT
vO=VTlnvR S VTlnIES
其中，IES 是发射结反向饱和电流，vO是vS的对数运算。
2.4 基本运算电路
4. 反对数运算电路
利用虚短和虚断，电路有
iF
R
vS =vBE
vB E
iFiEIESe VT
vS
iE T
–
+
vO
vO =iFR
vS
vO =IESe VT
集成运算放大器全篇
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。
集成运算放大器的基本应用
第7章集成运算放大器的基本应用7.1集成运算放大器的线性应用7.1.1比例运算电路7.1.2加法运算电路7.1.3减法运算电路7.1.4积分运算电路7.1.5微分运算电路7.1.6电压一电流转换电路7.1.7电流一电压转换电路7.1.8有源滤波器♦7. L 9精密整流电路7.2集成运放的非线性应用7. 2.1单门限电压比较器7. 2.2滞回电压比较器7.3集成运放的使用常识7. 3.1合理选用集成运放型号7. 3.2集成运放的引脚功能1. 3.3消振和调零7. 3.4保护本章重点：1.集成运算放大器的线性应用：比例运算电路、加减法运算电路、积分微分运算电路、一阶有源滤波器、二阶有源滤波器2.集成运算放大器的非线性应用：单门限电压比较器、滞回比较器本章难点：1.虚断和虚短概念的灵活应用2.集成运算放大器的非线性应用3.集成运算放大器的组成与调试集成运算放大器（简称集成运放）在科技领域得到广泛的应用，形成了各种各样的应用电路。
从其功能上来分，可分为信号运算电路、信号处理电路和信号产生电路。
从本章开始和以后的相关章节分别介绍它们的应用。
7.1集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用加法运算电路电流超转7. L 1比例运算电路1.同相比例运算电路反馈方式：电压串联负反馈因为有负反馈，利用虚短和虚断比例运算电路同相比例运算电路（点击查看大图〉集成运算旗大器的线性应用虚短: a 二a 二Ui虚断:O ZZi电压放大倍数：辰—1+鱼吗只\平衡电阻后尼必2.反相比例运算（点击査看大图）反馈方式：电压并联负反馈因为有负反馈，利用虚短和虚断0 （虚断）U-二0, u-=u-=0（虚地）a电压放大倍数：例题：凡二10k ,斥二20k , 口二TV。
求：u°、Rx说明凡的作用，&应为多大？21更相比例运算（点击査看大图）A=-^ = -^ = -2 解： 召1°兔二&珀二二2F凡为平衡电阻（使输入端对地的静态电阻相等）:R F RE 特点：共模输入电压二0, （u-=L^=0）缺点：输入电阻小（氏二丘）7.1. 2 加法运算电路反相加法器（点击査看大图）1-=2^= 0 （虚断） U-二 0, u-=u-=0 （虚地）+ iz=ifRr”(吗］+叱)平衡电阻:胎Rd/ RJ/R,【例】在上图电路中，设R ：=220k Q ,运放的最大输出电压U OPP 二12V , 电路的输出电压为确定&、R ：和卍的阻值;若Ui2=0. 5V ,求U"的允许变化范围。
电压比较器和运算放大器的基本知识
电压比较器和运算放大器的基本知识一、电压比较器的基本知识电压比较器已经广泛的应用在各种的控制电路和保护电路中；特别是在现代的液晶、等离子平板电视中，更是普片应用。
在平板电视中特别是故障率较高的开关电源、驱动电路、背光板电路中的保护电路比比皆是；对电路的安全、保护起到极大的作用，同样给我们的维修也带来一个提升；必须了解、掌握电压比较器的原理、工作方式才能顺利的、成功的完成故障的维修，下面简单的介绍一些电压比较器的必备知识。
电压比较器是对两个模拟电压比较其大小，并判断出其中哪一个电压高，哪一个电压低；并在输出端以高电平或低电平表示比较的结果来。
既然是把两个电压进行比较；并且有一个比较结果的输出端，那么这个比较器就必须有3个端子（除了供电及接地）；两个进行比较模拟电压的输入端；一个显示比较结果的输出端，图1所示就是一个在电路图上常用的电压比较器的符号。
图1图1的符号中；左边是两个输入端；其中一个有“+”号标志的称为同相输入端；有“—”号标志的称为反相输入端；这两个端子输入需要进行比较的模拟电压。
右边是一个输出端，输出比较的结果。
两个输入端之间电位的高低和输出端电平的高低关系如下：当同相输入端电压高于反相输入端电压时：输出端为高电平。
当同相输入端电压低于反相输入端电压时：输出端为低电平。
一般常用的比较器的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体管，在使用时输出端到正电源一般需接一只上拉电阻（选 3-15K）。
这种输出称为OC输出(Open-Collector)即集电极开路输出；图2虚线框内所示是BA10393内部电路原理图；图中显示；输出端的晶体管Q6的集电极在内部是开路状态；没有和任何地方连接；在具体应用时需要如图3所示在电源和集电极之间，连接一只上拉电阻；或者如图4所示连接一个分压电路（电源可以直接是本电压比较器的VCC,也可以是另外的单独电源+B；+B电压可以根据需要选取不同的电压值）。
图2图3 图4 电压比较器的工作特性：以图5、为例做一个实验以了解电压比较器的特性；图5图6在图5中电压比较器的同相输入端被由R1、R2组成的分压电路设定为3V（这就是比较器的基准电压），电压比较器的反相输入端连接在一个电位器的动臂上，电位器的两端连接于6V电压上面，下端为0V上端为6V。
电工学课件集成运算放大器演示文稿
线性区： uo=Auo(u+-u-)
分 析
两rid输→入∞端，的故输
入电流为零。
虚断
依 据
Auo→∞ ，uo为有限值，
故 u+-u-=uo/Auo≈0
即 u+ ≈ u-
饱和区
o -Uo(sat)
线性区
虚短
u+ - u-
当有信号输入时，如同相端 接地，即u+=0 则 u- ≈ 0
虚地
饱和区：
uo≠Auo(u+-u-) 当u+ >u- 时,uo=＋uo(sat) 当u+ <u- 时,uo=－uo(sat)
模拟集成电路：集成运算放大器、集成功率 放大器、集成稳压电源、集成数模转 换电路
16.1.1 集成运算放大器的特点
1. 尽量避免使用电容。 2. 输入级采用差动放大电路。 3. 电阻值大致为100Ω～ 30kΩ。 4. 二极管都采用三极管构成。
16.1.2 电路的简单说明
一、运放构成
输入端 输入级
下面的问题是从输出端将反
馈引到同相端还是反相端 ？
Z
答案是：引回到反相端
16.2.1 比例运算
i1
Ru1 -
if
-
∞Rf - ∞+
uo
1、反相输入
Rf —反馈电阻；
ui
u+ +
+
+
R2
uo
R2 —平衡电阻，用于消除
静态基极电流对输出电压的影
响。 R2= R1∥Rf 由KCL、KVL和运放工作在线性区的分析依据：
右图所示为运放输入和输 出电压的关系曲线，称为传输 特性。从图中看到，实际运放 的传输特性与理想运放比较接 近。
集成运放电路的运算
1111
集成运放电路是一种多功能的模拟电子器件，它可以执行各种数学运算，如加法、减法、乘法、除法等。
下面是一些常见的集成运放电路的运算：
1. 加法运算：集成运放可以用于实现加法运算。
将输入信号分别加到运放的正输入端和负输入端，然后通过反馈网络将输出信号反馈到负输入端，就可以实现加法运算。
2. 减法运算：集成运放也可以用于实现减法运算。
将被减数信号加到运放的正输入端，减数信号加到运放的负输入端，然后通过反馈网络将输出信号反馈到负输入端，就可以实现减法运算。
3. 乘法运算：集成运放可以通过使用模拟乘法器来实现乘法运算。
模拟乘法器是一种特殊的电路，可以将两个输入信号相乘，并输出相应的乘积信号。
4. 除法运算：集成运放可以通过使用倒数放大器来实现除法运算。
倒数放大器是一种特殊的电路，可以将输入信号的倒数放大，并输出相应的结果。
5. 积分运算：集成运放可以通过使用积分器来实现积分运算。
积分器是一种特殊的电路，可以将输入信号进行积分，并输出相应的积分结果。
6. 微分运算：集成运放可以通过使用微分器来实现微分运算。
微分器是一种特殊的电路，可以将输入信号进行微分，并输出相应的微分结果。
总之，集成运放电路可以实现各种数学运算，这些运算可以用于信号处理、控制系统、测量仪器等领域。
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4. 理解电压比较器的工作原理和应用。
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2.1.1 集成电路的内部结构框图
反相 输入端
+UCC
输出端
u– u+
同相 输入端
uo
–UEE
输入级 中间级 输出级 输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰 信号，都采用带恒流源的差放 。 中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的 共发射极放大电路构成。 输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能 力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。
=10 50 (10+50) = 8.3 k
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2.4 同相输入和反相输入放大电路的其它应用
1. 反相加法运算电路 ii2 Ri2 ii1 R i1 R2 if RF 因虚断，i– = 0 所以 ii1+ ii2 = if ui2
ui1
– +
ui 1 u ui 2 u u uo Ri 1 Ri 2 RF
+ uo –
Ri 2 Ri 1 u ui 1 ui 2 Ri 1 Ri 2 Ri 1 Ri 2
Ri2 平衡电阻： Ri1 // Ri2 = R1 // RF
RF Ri 2 Ri 1 uo (1 )( ui 1 ui 2 ) R1 Ri 1 Ri 2 Ri 1 Ri 2
线性区： uo = Auo(u+– u–)
实际特性
非线性区： u+> u– 时， uo = +Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat)
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3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+ i– ∞ – + i+ + 因为 uo = Auo(u+– u– ) uo 所以(1) 差模输入电压约等于 0 即 u+= u– ,称“虚短” (2) 输入电流约等于 0 即 i+= i– 0 ,称“虚断”
u ? ui 1
RF Ri 2 Ri 1 uo (1 )( ui 1 ui 2 ) R1 Ri 1 Ri 2 Ri 1 Ri 2
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方法2：
RF R1 – + u+ +
RF uo (1 )u R1
ui1
ui2 Ri1
u+=?
同相加法运算电路的特点：
1. 输入电阻高； ui1 2. 共模电压高； 3. 当改变某一路输入电阻时， ui2 对其它路有影响；
+ uo –
RF R1 Ri1 Ri2 – + +
+ uo –
RF Ri 2 Ri 1 uo (1 )( ui 1 ui 2 ) R1 Ri 1 Ri 2 Ri 1 Ri 2
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运放举例：LM741
2—反相输入端 3—同相输入端 6—输出端 4—正电源端 7—负电源端 1、5—接调零电位器
7 8 2 ∞ 6
8
7
6
5
741
3 1 4 5
LM741
1 2 3 4
8—闲置端（NC）
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2.1.1 集成运算放大器的特点
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2.4.2 减法运算电路
RF + ui1 + ui2 R2 – – R1 – + + R3
常用做测量 分析方法1： 放大电路 由虚断可得：
+ uo –
R3 u ui 2 R2 R3
R2 // R3 = R1 // RF 如果取 R1 = R2 ，R3 = RF RF 则：uo ( ui 2 ui 1 ) 由虚短可得： u u R1 如 R1 = R2 = R3 = RF R3 RF RF uo (1 ) ui 2 ui1 则：uo ui 2 ui 1 R1 R2 R3 R1 输出与两个输入信号的差值成正比。
⑤ 电压串联负反馈，输入电阻高、输出电阻低，
共模输入电压可能较高。
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当 R1= 且 RF = 0 时， uo = ui ， Auf = 1， 称电压跟随器。 RF 由运放构成的电压跟 R1 随器输入电阻高、输出 – – + + + + uo + 电阻低，其跟随性能比 + uo + + R2 ui射极输出器更好。 – – – ui – 例： 7.5k +15V 左图是一电压跟随器， 电源经两个电阻分压后加 – 15k + + 在电压跟随器的输入端， + RL uo 当负载RL变化时，其两端 15k 电压 uo不会随之变化。 –
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2.2 理想运算放大器及其分析依据 +U
1. 理想运算放大器 Auo ， rid ， ro 0 ， KCMR u– u+ – +
CC
+
–UEE
uo
2. 电压传输特性 uo= f (ui) uo +Uo(sat) 理想特性
O
线性区 u +– u – 录 返回 上一页 下一页
2.3.2 反相放大电路 （1）电路组成 if RF
+ ui – i1 R1 i– – +
（2）电压放大倍数 因虚断，i+= i– = 0 ， 所以 i1 if ui u i u uo i1 f RF R1
+
R2 i+
+ uo –
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+ ui –
– u+ +
+
+ uo –
结论：
① Auf 为正值，即 uo与 ui 极性相同。因为 ui 加 在同相输入端。 ② Auf只与外部电阻 R1、RF 有关，与运放本 身参数无关。 ③ Auf ≥ 1 ，不能小于 1 。 ④ u– = u+ ≠ 0 ，反相输入端不存在“虚地”现象。
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2.3 基本线性运放电路
集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体 器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进 行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反 对数、乘法和除法等运算。 运算放大器工作在线性区时，通常要引入深 度负反馈。所以，它的输出电压和输入电压的 关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构和 参数，而与运算放大器本身的参数关系不大。 改变输入电路和反馈电路的结构形式，就可以 实现不同的运算。
uo uo uo
R3 RF RF (1 ) ui 2 ui 1 R1 R2 R3 R1
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2.4.4 积分和微分电路
电压传输特性 uo +Uo(sat) 线性区
O
u +– u – –Uo(sat)
Auo越大，运放的 线性范围越小，必 须加负反馈才能使 其工作于线性区。
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4. 理想运放工作在饱和区的特点 uo 电压传输特性 +Uo(sat) 饱和区 u +– u –
O
–Uo(sat) (1) 输出只有两种可能, +Uo(sat) 或–Uo(sat) 当 u+> u– 时， uo = + Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat) 不存在 “虚短”现象 (2) i+= i– 0,仍存在“虚断”现象
③ | Auf | 可大于 1，也可等于 1 或小于 1 。
④ 因u–= u+= 0 ， 所以反相输入端“虚地”。
⑤ 电压并联负反馈，输入、输出电阻低，
ri = R1。共模输入电压低。
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例：电路如下图所示，已知 R1= 10 k ，RF = 50 k 。 求：1. Auf 、R2 ； 2. 若 R1不变，要求Auf为 – 10，则RF 、 R2 应为 多少？ RF 解：1. Auf = – RF R1
+ uo – 因虚短, u–= u+= 0
平衡电阻： R2= Ri1 // Ri2 // RF
+
uo ui 1 ui 2 故得 Ri 1 Ri 2 RF
RF RF uo ( ui1 ui 2 ) Ri1 Ri 2
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2. 同相加法运算电路 RF R1 ui1 ui2 Ri1 – + +
特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸
Auo 高: 80dB~140dB rid 高: 105 ~ 1011 ro 低: 几十 ~ 几百 KCMR高: 70dB~130dB
+UCC
集成运放的符号：
+UCC
u– 。 u+ 。
– + +
–UEE
。 uo
u– u+
+ –UEE
uo
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方法1: 根据叠加原理 ui1单独作用(ui2＝0)时，
RF uo (1 )u Ri2 R1 同理，ui2单独作用时 RF Ri 2 RF Ri1 (1 ) ui 1 (1 uo ) ui 2 R1 Ri 1 Ri 2 R1 Ri 1 Ri 2