第16章集成运算放大器精品PPT课件
01运算放大器16个基本运算电路设计
运算放大器16个基本运算电路设计
一、集成运算放大器放大电路概述
集成电路是一种将“管”和“路”紧密结合的器件，它以半导体单晶硅为芯片，采用专门的制造工艺，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容等元件及它们之间的连线所组成的完整电路制作在一起，使之具有特定的功能。集成放大电路最初多用于各种模拟信号的运算（如比例、求和、求差、积分、微分„„）上，故被称为运算放大电路，简称集成运放。集成运放广泛用于模拟信号的处理和产生电路之中，因其高性价能地价位，在大多数情况下，已经取代了分立元件放大电路。
1.1反向比例电路
第1题：电路如下，推导输入与输出的关系，计算电路的理论值，并与仿真值比较，说明电路功能。
输入输出关系 理论输出值 仿真输出值 电路功能
iu10u0 -5v -5v 反向比例运算电路
vuuRRuiif51010根据虚断虚短得
R110kΩV1500mV U1ATL082CD32481R29.1kΩRF100kΩV212 V V312 V
XMM1
1.2反向求和加法电路
第2题：电路如下，推导输入与输出的关系，计算电路的理论值，并与仿真值比较，说明电
路功能。
输入输出关系
理论输出值 仿真输出值 电路功能
)(10210iiuuu -3v
-2.999v 反向加法求和运算
vuuuRRuRRuiiifif3(10)2123110—根据虚断虚短得
R110kΩUi2200mV U1ATL082CD32481R24.7kΩRF100kΩV212 V V312 V
XMM1Ui1100mV R310kΩ
1.3电压跟随电路
第4题 电路如下，推导输入与输出的关系，计算电路的理论值，并与仿真值比较，说明电路功能。
输入输出关系 理论输出值 仿真输出值 电路功能
iuu0 100mv 100.008mv 同相比例运算
这是一个电压跟随器：
mvuuRRuiif100)1(1110
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第16章 16章 集成运算放大器
复习： 复习：运算放大器在信号运算方面的运用
一、比例运算
1. 反相比例运算 + ui – 2. 同相比例运算 R1 R2 RF R1 R2 – +
RF – +
+ uo –
u R o F A f = =1+ u u R + i 1
ui –
+ uo –
二、加法运算电路
1. 反相加法运算电路
ui2 ui1
Ri2 Ri1 R2 R1
RF – +
RF RF uo = ?( ui1 + ui 2 ) Ri1 Ri 2
2. 同相加法运算电路 ui1 ui2
RF – + +
+ uo –
Ri1 Ri2 第 2 页 + uo –
R R2 R1 F i i uo =(1+ )( ui1 + ui2) R R1 + R2 R1 + R2 1 i i i
i
三、减法运算电路
RF + ui1 + ui2 R2 – – R1 – + + R3
+ uo –
R R R F 3 uo =(1+ ) ui2 ? F ui1 R R +R R 1 2 3 1
分析方法： 分析方法：利用叠加原理 减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相 比例运算电路的叠加。 比例运算电路的叠加。
16.2.4 积分运算电路
if + ui – i1 R1 R2 uC C + – F – +
1 uo = ? ∫uidt RCF 1
+ uo –
在分析积分电路注意的问题： 在分析积分电路注意的问题：
集成运放及其理想特性(1)
- 50 -
课 题 第一节 集成运放及其理想特性
第二节 反馈放大器
课 型 新课
授课班级 授课时数 2
教学目标 1．了解集成运放的电路组成和图形符号。
2．掌握集成运放的性能指标和理想特性。
3．掌握反馈的基本概念及反馈性质的判别，了解反馈的类型。
4．了解负反馈对放大器性能的影响。
教学重点 1．集成运放的性能指标和理想特性。
2．反馈的概念及反馈性质的判别方法。
教学难点 反馈类型的判别。
学情分析
教学效果
教后记
- 51 -
新课 A．引入
集成运算放大器是一种高输入阻抗、低输出阻抗、高电压增益的直接耦合放大器。它不仅能放大交流信号，而且还能放大频率接近于零的缓慢变化信号，或极性固定不变的直流变化量，这是阻容耦合和变压器耦合放大器力所不及的。
B．新授课
第一节 集成运放及其理想特性
一、集成运放的电路组成
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响，提高带负载能力。
4．偏置电路
偏置电路由各种恒流源、微电流源组成。任务是为集成运放各级提供合适的偏置电流。
二、集成运放的外形和图形符号
1．外形
（引入集成运放的概念）
（引导学生参考教材资料）
- 52 - 集成运放的外形封装有圆壳式、扁平式和双列直插式三种。
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。
2．图形符号
第十六讲集成运算放大器
第十六讲集成运算放大器
第18章直流稳压电源小功率直流稳压电源的组成18.2滤波器18.2.1电容滤波器1.电路结构例：18.
3直流稳压电源18.3.1稳压管稳压电路2.工作原理18.3.1稳压管稳压电路2.工作原理3.参数的
选择例1：有一稳压管稳压电路，负载电阻RL由开路变到3k?，交流电压经过整流滤波后得出UI＝30V。要求输出直流电压Uo＝12V
，试选择稳压二极管DZ。18.3.3串联型稳压电路1.电路结构18.3.3串联型稳压电路1.电
路结构18.3.3串联型稳压电路1.电路结构18.3.3串联型稳压电路1.电路结构18.3.
3串联型稳压电路1.电路结构2.稳压过程3.输出电压及调节范围18.3.4集成稳压电源1.
分类2.外形及引脚功能3.性能特点（7800、7900系列）输出电流超过1.5A（加散热器）不需要外接元件内
部有过热保护内部有过流保护调整管设有安全工作区保护输出电压容差为4%4.主要参数(2)同时输出正、负电压的电路作业
习题18.3.118.3.6UXX:为W78XX固定输出电压UO=UXX+UZ（3）提高输出电压的电路CO
W78XXCiUI+_+_UO123UXXUZRDZ+_+_IO=I2+IC（
4）提高输出电流的电路当IO较小时，UR较小，T截止，IC=0。COW78XXCiUI+_+_
UO123RURICI2IOT+–当IO>IOM时，UR较大，T导通，IO=IOM
+ICR可由功率管T的UBE和稳压器的IOM确定,即R?UBE/IOM。6.三端可调输出集成稳
压器的应用调节R1和R2的比值，便可调节输出电压Uo的大小。COW78××CiUi+_+
_UO123R1R2R3U××R4?–+++_1．整流电路（利用二极管的单向导电性）
半波整流：Uo=0.45U桥式整流：Uo=0.9U2．滤波电路 电容滤波（半波整流）：Uo=U
电容滤波（桥式整流）：Uo=1.2U3．稳压电路稳压管稳压电路：UO=UZ串联式稳压电路：
模电16(运算放大器)
模电16(运算放大器)
模拟电子技术课件,康华光第五版,北京化工大学模拟电子技术课程
2.1 集成电路运算放大器
2.2 理想运算放大器2.3 基本线性运放电路
2.4 同相输入和反相输入放大电 路的其他应用
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2.1 集成电路运算放大器1. 集成电路运算放大器的内部组成单元
图2.1.1 集成运算放大器的内部结构框图
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2.1 集成电路运算放大器1. 集成电路运算放大器的内部组成单元
图2.1.2 运算放大器的代表符号 (a)国家标准规定的符号 (b)国内外常用符号
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2. 运算放大器的电路模型通常： 开环电压增益 Avo的≥105 (很高) 输入电阻
ri ≥ 106Ω (很大) 输出电阻
ro ≤100Ω (很小)
图2.1.3 运算放大器的电路模型
vO=Avo(vP-vN)
( V- vO V+ )
注意输入输出的相位关系
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2. 运算放大器的电路模型当Avo(vP-vN) ≥V+ 时 vO= V+
当Avo(vP-vN) ≤ V-时 vO= V-
电压传输特性 vO= f (vP-vN)线性范围内 vO=Avo(vP-vN)
Avo――斜率
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2.2 理想运算放大器1. vO的饱和极限值等于运放 的电源电压V+和V-
2. 运放的开环电压增益很高 若(vP-vN)0 则 vO=
+Vom=V+ 若(vP-vN)0 则 vO= CVom=V-3. 若V- vO V+ 则
集成运算放大电路
电子线路原理－集成运算放大电路 汪振中 编
1 IC0IBUCER1R2ICR3－UEEICRo(a)(b)(c) 单管电流源电路
(a)晶体管的恒流特性； (b)恒流源电路； (c)等效电流源表示法 3、集成运算放大电路
3.1 集成运算放大器的结构与特点
3.1.1集成运放电路结构
集成运放电路形式多样，各具特色。但从电路的组成结构看，一般是由输入级、中间放大级、输出级和电流源四部分组成。（如图）
输入级采用差分放大电路要求有低温漂，高共模抑制比和高输入电阻，中间级采用CE(CS)电路要求有高电压增益，输出级采用互补对称式射极跟随器结构要求有低输出电阻，较强带负载能力。
3.1.2集成运放电路特点
集成运放是一种多级放大电路， 性能理想的运放应该具有电压增益高、 输入电阻大、 输出电阻小、
工作点漂移小等特点。与此同时， 在电路的选择及构成形式上又要受到集成工艺条件的严格制约。 因此，
集成运放在电路设计上具有许多特点，主要有：
1、级间采用直接耦合方式。
2、尽可能用有源器件代替无源元件。
3、利用对称结构改善电路性能。
3.1.2集成运放符号与模型
3.2 集成运放中的电流源电路
电流源对提高集成运放的性能起着极为重要的作用。一方面它为各级电路提供稳定的直流偏置电流，另一方面可作为有源负载，提高单级放大器的增益。
3.2.1 单管电流源电路
图 (a)画出了晶体管基极电流为IB的一条输出特性曲线。由图可见，当IB一定时，只要晶体管不饱和也不击穿，IC就基本恒定。因此，固定偏流的晶体管，从集电极看进去相当于一个恒流源。由交流等效电路知，它的动态内阻为rce，是集成运算放大器组成框图
（a）集成运放符号
（b）集成运放电路模型 Rid→∞ Rod→0 Aod→∞ 电子线路原理－集成运算放大电路 汪振中 编
06.集成运算放大器讲解
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第六章 集成运算放大器
运算放大器是一种高放大倍数的多级直接耦合放大电路。由于该电路最初是用于数的运算，所以称为运算放大器。虽然运算放大器的用途早已不限于运算，但仍沿用此名称。
把整个运算放大电路集成起来，成为集成运算放大器，简称集成运放。
目前，集成运放的放大倍数可高达107倍(140dB)，集成运放工作在放大区时，输入与输出成线性关系，又称线性集成电路。
模拟集成电路按其特点可分为：运算放大电路、集成稳压电路、集成功率放大电路以及其它种类的集成电路。也可将几个集成电路和一些元件组合成具有一定功能的模块电路。
集成运放和分立元件组成的具有相同功能的电路相比具有以下特点：
⑴由于集成工艺不能制作大容量的电容，所以电路结构均采用直接耦合方式。
⑵为了提高集成度和集成电路的性能，一般集成电路的功耗要小，这样集成运放各级的偏置电流通常较小。
⑶集成运放中的电阻元件是利用硅半导体材料的体电阻制成的，所以集成电路中的电阻阻值范围有一定的限制，一般是几十欧姆到几万欧姆，电阻阻值太大或太小都不易制造。
⑷在集成电路中，制造有源器件(晶体三极管、场效应管)比制造大电阻占用的面积小，且工艺上也不麻烦，因此在集成电路中大量使用有源器件来组成有源负载，从而获得大电阻。提高放大电路的放大倍数；还可以将有源器件组成恒流源，以获得稳定的偏置电流。二极管常用三极管代替。
⑸集成电路中各元件的绝对精度差，但相对精度高，故对称性好，特别适宜制作对称性要求高的电路。
⑹集成电路中，采用复合管的接法，以改变单管的性能。
集成运放的原理框图
如右下图所示，由4个主要部分组成
⑴输入级：
有两个输入端，一个输入端与输出端成同相关系，一个输入端同输出端成反相关系。温度漂移要小。
⑵中间级：
主要完成电压放大任务
⑶输出级
功率放大
⑷偏置电路
向各级提供稳定的静态的工作电流。
另外还有一些辅助电路：电平偏移电路 短路保护电路等
集成运算放大器
课题 项目:放大器 任务：集成运算放大器 课程名称 模拟电子电子技术
授课类型 新授 班级 12应用电子班 日期 2013.5.28 课时 6
教学目标 知识目标：掌握集成运算放大器的基础知识，电路分析，了解其参数
能力目标：培养学生的理解能力，分析能力，动手能力
情感目标：会用分析运算电路
教学重点 反相比例与正向比例放大器
教学难点 反相比例与正向比例放大器
教学方法 讲述法；演示法；案例教学法
课前准备 1.相关项目模块
2.参考教材
3.教案
教学后记及改进措施
课 堂 教 学 安 排
一．集成电器的分类
1.按照功能分
2.按照集成度分
3.按照器件分
二.集成运算放大器的基本知识
1.认识集成运算放大器
2.集成运算放大器的组成
集成运算放大器是模拟电子技术中最重要的器件之一，虽然不同的运放有着不同的功能和结构，但是其基本结构具有共同之处。集成运放内部电路一般由四个部分组成，如图3.2.8所示。
（1) 输入级
输入级是提高运算放大器质量的关键部分, 要求其输入电阻高, 为了能减小零点漂移和抑制共模干扰信号, 输入级都采用具有恒流源的差动放大电路, 也称差动输入级。
（2) 中间级
中间级的主要作用是提供足够大的电压放大倍数, 故而也称电压放大级。 要求中间级本身具有较高的电压增益。
（3) 输出级
输出级的主要作用是输出足够的电流以满足负载的需要, 同时还需要有较低的输出电阻和较高的输入电阻, 以起到将放大级和负载隔离的作用。
（4) 偏置电路
偏置电路的作用是为各级提供合适的工作电流, 一般由各种恒流源电路组成。
3.集成运算放大器符号
集成运放的电路符号如
常见的集成运放有两种封装形式：金属圆壳式封装及塑料双列直插式封装，其外形如图3.2.11所示。金属壳封装有8、10、12管脚等种类，双列直插式有8、l4、16管脚等种类。
第16章习题_集成运放-理想集成运放例题
.
精品
16-001、同相比例运算放大电路通常比反相运算放大电路输入阻抗 。
16-002、设图中A为理想运放，请求出各电路的输出电压值。(12分)
U016V U026V U03V
U0410V U052V U062V
16-003、在图示电路中，设A1、A2、A3均为理想运算放大器，其最大输出电压幅值为±12V。
1． 试说明A1、A2、A3各组成什么电路？
2． A1、A2、A3分别工作在线形区还是非线形区？
3． 若输入为1V的直流电压，则各输出端uO1、uO2、uO3的电压为多大？（10分）
Uo3 Uo1 Uo2 20k 10k
2V
(1) A + + 8
2V
(2) 10k 20k
A + + 8
2V 1V
(3) 20k
10 k A + + 8
(4) 2V
3V Uo4 20k
10k
10 k
20k A + + 8
(5) 2V
Uo5 20k
A + + 8
Uo6
(6) 2V 20k
A + + 8
A1 + + 8
A2 + + 8 A3 + + 8 R2
k
k R1
uI uO3
uO2 uO1 R3 k
R4 k
R’ ±6V .
精品
1．A1组成反相比例电路，A2组成过零比较器，A3组成电压跟随器；
2．A1和A3工作在线性区，A2工作在非线性区；
3．uO1 = -10V，uO2 = -12V，uO3 = -6V。
.
精品 16-301、试求图P7.8所示各电路输出电压与输入电压的运算关系式。
图P7.8
解：在图示各电路中，集成运放的同相输入端和反相输入端所接总电阻均相等。各电路的运算关系式分析如下：
（a）fffOI1I2I3I1I2131212(1)225//RRRuuuuuuuRRRR
（b）
3fff2OI1I2I3I1I2131123123(1)(1)1010RRRRRuuuuuuuRRRRRRR.
集成运算放大器 2
第六章 集成运算放大器
运算放大器是一种高放大倍数的多级直接耦合放大电路.由于该电路最初是用于书的运算,所以称为运算放大器.随着半导体技术的发展,我们将整个放大器的管子、电阻元件、和引线制作在面积仅为0.5平方毫米的硅片上，组成集成运算放大器，简称集成运放。集成运放工作在放大区时，输入与输出呈线性关系，所以又成集成运算放大器为线形继承电路。
6.1 零点漂移
运算放大器均采用直接耦合方式，在第二章已经对直接耦合方式的特点及问题做了介绍。这里主要讨论直接耦合放大电路的零点漂移问题。
输入交变信号为零时的输出电压值被成为放大器的零点。零点不一定为零，但希望它是零。
由于直接耦合使得各级Q点互相影响，如果前级Q点发生变化，则会影响到后面各级的Q点。由于各级的放大作用，第一级微弱变化将经过多级放大器放大，使输出端产生很大的变化。最常见的是由于环境温度的变化引起的工作点漂移（称为温漂），它是影响直接耦合放大电路性能的主要因素之一。当输入短路时，输出将随时间缓慢变化，这种输入电压为零，输出电压偏离零点的变化称为零点漂移，简称零漂。这种输出显然不反映输入信号的输出，这种假象将会造成测量误差，或使自动控制系统发生错误动作，严重时，将会淹没真正的信号。零漂不能一输出电压的大小来衡量。因为放大电路的放大倍数越高，输出漂移必然愈大，与此同时，输出信号也愈大，所以零漂一般将输出漂移电压折合到输入端来衡量。
产生零漂的原因，主要是因为晶体三极管的参数受温度的影响。为了解决零漂，人们采取了多种措施，但最有效的措施之一是采用差动放大电路。
6.2 差动放大电路
6.2.1 基本形式
图6-1
基本差动式放大器如图6-1所示。 图中 T1,T2 是特性相同的晶体管，电路对称,参数也对称。如：VBE1=VBE2,Rc1=Rc2=Rc, Rb1=Rb2= Rb,β1=β2=β。电路有两个输入端和两个输出端。差动电路对电路的基本要求是：两个电路的参数完全对成，两个管子的温度特性也完全对称。6.2.2 工作原理