模电第6讲 集成放大器的应用
第06章 模拟集成电路及其应用【精选】
vO
( RF R2
vI1
RF R3
vI2 )
6.5.2 减法运算电路
差分输入减法电路
vO vO1 vO2
R3 R2 R3
(1
RF R1
)vI1
RF R1
vI2
R1//RF=R2//R3
若 R1 R2, R3 RF
vO
RF R1
(vI1 vI2)
当
vI1
=0
i1
iF
vI
R1 vO vI
RF
Avf
vO vI
1
RF R1
vO
(1
RF R1
)vI
6.4.2 集成运放的基本输入方式
同相输入
电压串联负反馈， Rif ， Rof 0
Avf与运放的内部参数项无关，保证 了运算的精度和稳定性
vO
(1
RF R1
6.4 集成运放的同相和反相放大电路
6.4.1 运放的线性与非线性应用
运放的线性应用
工作在传输特性的线性区 构成深度负反馈电路
线性放大电路：实现信号的放大。 运算电路：实现信号的运算。 利用虚短、虚断的概念解题。
运放的非线性应用
工作在传输特性的限幅区 处于开环或者正反馈工作状态
电流源
6.1 集成运放的组成及基本特性
集成运放的符号
同相输入端 vP : 输出与输入信号同相 反相输入端 vN : 输出与输入信号反相 输出端 vo : 输出电压信号
vP
vo
vP
vo
vN
(模电)集成运放的功能及应用研究
研究报告——集成运放的功能及应用研究现行应用广泛的通用型集成运放的种类一、通用型运算放大器通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。
这类器件的主要特点是价格低廉、产品量大面广，其性能指标能适合于一般性使用。
例uA741（单运放）、LM358（双运放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。
它们是目前应用最为广泛的集成运算放大器。
根据增益的高低可分为低增益（开环电压增益在60～80dB）的通用I型，主要产品有F001，4E314，X50，BG301，5G922，FC1，FC31，μA702等。
中增益（开环电压增益在80～100dB）的通用Ⅱ型，主要产品有F709，F004，F005，4E304，4E320，X52，8FC2，8FC3，56006，BC305，FC52，μA7093等。
高增益（开环电压增益大于100dB）的通用Ⅲ型，主要产晶有F741，F748，F101，F301，F1456，F108，XFC77，XFC81，XFC82，F006，F007，F008，4E322，8FC4，7XC141，5624，XFC51，4E322，μA741等。
二、特殊型（高性能型）集成运算放大器习惯上认为，在不要求具有特殊的特性参数的情况下所采用的集成运放为通用型。
相对而言，在特性参数中具有某些优良特性的集成运放称之为特殊型或高性能型。
从集成运算放大器参数的角度，集成运放可以分为以下几种主要类型。
1.高阻型这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般rid＞1G Ω~1TΩ,I B为几皮安到几十皮安。
实现这些指标的主要措施是利用场效应管高输入阻抗的特点,用场效应管组成运算放大器的差分输入级。
用FET作输入级,不仅输入阻抗高,输入偏置电流低,而且具有高速、宽带和低噪声等优点,但输入失调电压较大。
常见的集成器件有LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140等。
第6章集成运放与其典型应用
U+
差放
U- 输入级
中间 放大级
恒流源 偏置
运放组成
低阻 Uo 输出级
运放旧符号
运放国标符号
8/92
1.输入级:高性能的差动放大电 路。运放有两个输入端，一个 U称为同相输入端，即输出与该 U+ 端输入信号相位相同，用符号
U＋ 表示；另一个称为反相输 入端，即输出与该端输入信号
相位相反，用符号U－表示。
差放
中间
低阻
输入级 放大级 输出级
恒流源 偏置
运放组成
2.中间放大级：提供高的电压增益，以保证运放的运算精度 。多为差动电路和带有源负载的高增益放大器。
3.低阻输出级：由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组 成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅 功率放大器。
4.恒流源偏置：可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电 流，以稳定工作点。
运放分析内容
传输特性(输入与输出信号关系特性)
频域特性 时域特性 温度特性 噪声特性
主要分析 内容
……
16/92
一、 线性应用和非线性应用
1. 线性应用：运放输入输出 成线性关系的应用。闭环应 用，如“运算电路”、“有 源滤波电路”等。
输出
输入 电压放大器
2. 非线性应用：运放输入输 出成非线性关系的应用。开 环应用，如比较器。
1. 理想运放的同相和反相输入端电流近似为零 I+=I-≈0 ，称虚断。
2. 理想运放的同相和反相输入端电位近似相等 U+=U- ，称虚短。
U+-U-=Uo/AU≈0 虚断 由于理想运放的输入电阻非常高，输入端电流近似为
0，在分析处于线性状态运放时，可以把两输入端视 为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。 虚短 在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端 视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。
电子线路基础课件第6章模拟集成电路原理及其应用
号相反，即
ui
iB1
iB2
Rs
2 hie
输入电压的增量为
ui ui1ui22iB1(Rshie) uo uC1uC2 2hfeRCiB1
第6章 模拟集成电路原理及其应用
由于输出电压取自两管集电极之间，输出端任一端均不 接地，这种输出形式称作双端输出。于是差动放大器双端输出 电压放大倍数为
Auduuoi
图中REE为射极耦合电阻，假设电路完全对称，则两管的 静态工作电流为
IE1
IE2
EE UBE
Rs
1
2REE
通常，［Rs/(1+β)］<< 2REE， 故有
IE1
IE2
EE 0.7 2REE
第6章 模拟集成电路原理及其应用
1) REE
差模信号：输入信号为Δui1=-Δui2, 即两管输入信号大小相 等、相位相反，我们把这样一对信号称为差模输入信号，记 为Δuid。
ui1
ui＋ 2－ ＋
ui 2－
ui2
Rs iB1 hie
hfe iB1
Rs hie
hfe iB2
Rid
iB2
图 6-4 差动放大器增量等效电路
uC1 ＋ RC
uo
RC － uC2
Ro
第6章 模拟集成电路原理及其应用
1) 电压放大倍数Aud 由图6-4不难看出，两管的基极电流增量大小相等、符
第6章 模拟集成电路原理及其应用
6.2 直流信号的放大
1. 级与级之间的直流工作状态互相影响
RB1 RC1
Rs V1
RC2
V2 RE1
＋EC RC3
＋
V3 RE2
Uo －
第6章 集成运算放大电路及其应用
2. 长尾式差分放大电路
（1）电路组成 在图6-6的基础上，在两个放大管的发射极接入一个发射极电阻RE，如图6-9 所示。这个电阻像一条“长尾”，所以这种电路称为长尾式差分放大电路。
图6-9
工作原理分析： 长尾电阻RE 对共模信号具有抑制作用。假设在电路输入端加上正的共模信 号，则两个管子的集电极电流iC1、iC2同时增加，使流过发射极电阻RE 的电流 iE增加，于是发射极电位uE升高，从而两管的uBE1、uBE2降低，进而限制了 iC1、iC2的增加。 但是对于差模输入信号，由于两管的输入信号幅度相等而极性相反，所以 iC1增加多少，iC2就减少同样的数量，因而流过RE的电流总量保持不变，即 △uE = 0，所以RE对差模输入信号无影响。 由以上分析可知，长尾电阻RE 的接入使共模放大倍数减小，降低了每个管 子的零点漂移，但对差模放大倍数没有影响，因此提高了电路的共模抑制比。 RE愈大，抑制零漂的效果愈好。但是，随着RE的增大，RE上的直流压降将愈 来愈大。为此，在电路中引入一个负电源VEE来补偿RE上的直流压降，以免输 出电压变化范围太小。引入VEE后，静态基极电流可由VEE提供，因此可以不接 基极电阻Rb，如图6-9所示。
6.2 集成运放的基本组成及各部分的作用
从原理上说，集成运放的内部实质上是一个高放大倍数的直接耦合的多级放 大电路。它通常包含4个基本组成部分，即输入级、中间级、输出级和偏置电路， 如图6-3所示。输入级的作用是提供与输出端成同相和反相关系的两个输入端， 通常采用差动放大电路，对其要求是温漂要小，输入电阻要大。中间级主要是完 成电压放大任务，要求有较高的电压增益，一般采用带有源负载的共射电压放大 电路。输出级是向负载提供一定的功率，属于功率放大，一般采用互补对称的功 率放大器。偏置电路是向各级提供稳定的静态工作电流，一般采用电流源。下面 分别介绍。
模电设计性实验报告——集成运算放大器的运用之模拟运算电路
模电设计性实验报告——集成运算放大器的运用之模拟运算电路重庆科技学院设计性实验报告学院:_电气与信息工程学院_ 专业班级: 自动化1102学生姓名: 罗讯学号: 2011441657实验名称: 集成运算放大器的基本应用——模拟运算电路完成日期:2013年 6月 20 日重庆科技学院学生实验报告集成运算放大器的基本应用——课程名称模拟电子技术实验项目名称模拟运算电路开课学院及实验室实验日期学生姓名罗讯学号 2011441657 专业班级自动化1102 指导教师实验成绩实验六集成运算放大器的基本应用——模拟运算电路一、实验目的1、研究有集成运算放大器组成的比例、加法和减法等基本运算电路的功能2、了解运算放大器在实际应用时应考虑的有些问题二、实验仪器1、双踪示波器;2、数字万用表;3、信号发生器三、实验原理在线性应用方面，可组成比例、加法、减法的模拟运算电路。
1) 反相比例运算电路电路如图6-1所示。
对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为为减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻//。
RF 100k1 5 4 R1 10k2 Ui 6 Uo3 U1 R2 9.1k 7图6-1 反相比例运算电路2) 反相加法电路电路如图6-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为:////RF 100kR1 10k Ui1 4 1 5 R2 20k 2 Ui2 6 Uo 3 U1 R3 6.2k 7图6-2 反相加法运算电路3) 同相比例运算电路图6-3(a)是同相比例运算电路。
RF 100k1 5 4 R1 10k 26 Uo 3R2 9.1k U1 7RF10k4 1 526 R2 Uo 3 Ui 10k U1 7(a)同乡比例运算 (b)电压跟随器图6-3 同相比例运算电路它的输出电压与输入电压之间关系为://当即得到如图6-3所示的电压跟随器。
图中,用以减小漂移和起保护作用。
一般取10KΩ,太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。
模电(第6章 放大电路中的反馈)(通信,11-12-2)(1)
五、正反馈和负反馈的判断
反馈电压极性是指反馈网络（由无源元件组成） 在输出回路连接点的电压极性。
输入端 + 串联反馈
R1
电压反馈 ui
输出端
+ uo 电压串联负反馈
A
R2
RL
反馈网络
反馈电压极性和输入电压极性相同，故为负反馈。
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模拟电子技术基础
输入端
ui
+uo
+
R2 R3
+
输出端 电流反馈
串联反馈
反馈网络
电流串联负反馈
对于三极管，基-发极同相、基-集极反相、发-集 极同相。
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模拟电子技术基础
串联反馈
R1 T1
输入端
ui
T2
R2 R4
R3
VCC 电压反馈 T3
输出端
+
I
R5
+ RL uo
VCC
电压串联负反馈
反馈网络
返 回
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为什么在并联负反馈电路中不加恒压源信号？ 为什么在串联负反馈电路中不加恒流源信号？
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模拟电子技术基础
6.3.3 负反馈放大电路的一般表达式
Xo A X i
Xf F X
o
Xo Xo Xo Af X X FX Xi Xi f i o Xo A X i AFX i 1 AF
或看输出端，若反馈网络接到输出端，即为电压 反馈。 反馈网络 +VCC R4 C2 输出端 R1 ui R1 R2 uo uo A T2 C1 输出端 T1 ui R2 电压反馈 反馈网络 电流反馈
模电第六章 基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计
相频响应
arctg
1 0 /
0 / Q
2
第六章
基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计
三、二阶Sallen-Key带通滤波器
高通
反馈
设 Y 1 1/ R 1
Y2 1 R2 Y3 sC3 Y4 sC4 Y5 1 R5
得到二阶有源带通滤波电路
5、设计有源滤波器比设计LC滤波器更具灵活性，也可得到电 压增益。
第六章
基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计
4.滤波器的用途 滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分，例 如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率 成分的干扰。滤波过程如图所示。
第六章
基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计
第六章
基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计
稳态响应
H ( j ) H (0 ) 1 jQ 0 0
幅频响应
H ( j ) H (0 ) 1 Q2 0 0
2
相频响应
arctgQ
低通
第六章
基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计
A1 A0 通带 O 测评 通带 阻带 阻带
有源带通滤波电路可理解为
由低通和高通串联得到
1
1 低通特征角频率 1 R1C 1 1 高通特征角频率 2 R2 C 2
必须满足
A2 A0
阻 碍 阴
通带 阻 碍 测评 O 2 阴 阻 碍 A A0 阴 通带 阻带 O 阻 碍
低通（LPF） 高通（HPF） 带通（BPF） 带阻（BEF） 全通（APF）
第六章
基于集成运算放大器的有源 滤波器分析与设计
高中通用技术-电子技术模块课件：集成运算放大器应用(共85张PPT)
此电路对高频噪声敏感
噪声为高频谐波，设为vs=sint
voRd C d vts R C co t， s
vo正比于，频率越高，噪声越大， 严重时输出噪声会淹没有用信号
例5 由运放组成的晶体管测量电路如下图，假设
运放具有理想特性，晶体管的VBE=0.7V. (1) 求出晶体管c、b、e各极的电位；
(2) 若电压表读数为200mV，求被测量晶体
线性应用电路 Zf
组成：集成运放外加深度负反馈。
因负反馈作用，使运放小信号 vs1 Z1 i -
vo
工作，故运放处于线性状态。
vs2
A +
Z1或Zf采用线性器件(R、C)，则可构成加、减、积分、微 分等运算电路。
Z1或Zf采用非线性器件（如三极管），则可构成对数、反 对数、乘法、除法等运算电路。
理想运放在线性区
i4 i2i3 uoi2R 2i4R 4
uoR2R 1 R4(1R2R 3R4)ui
例2 下图中A 为理想运放，求 vi=0.3V时v0的值。
解： v+ = v– =0.2V
10K R1
R5
vi
0.3V
10k
R6
iR2
– +
20k
10k M 20k iR4
R2
R4
R3 10k
vo
vM(1R R1 2)v0.4V v o R 3 v M iR i 2 R 4 0 .4 1 0 .2 0 0 2 .4 0 0 .0 0 2 .0 0 2 .04
R2
iI = 0 v+ = 0
vo
v+ =v– v– = 0
又 iI = 0 i1 = if
vs R1
实验六 集成运算放大器的应用
实验集成运算放大器的应用一、实验目的1．了解集成运算放大器组成比例、求和电路的特点和性能。
2. 了解集成运算放大器组成电压比较器的特点和性能。
3. 掌握用Multisim软件对集成运算放大电路的仿真实验方法。
二、实验原理运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。
一个理想的运算放大器必须具备下列特性：●开环差模电压增益●差模输入电阻●输出电阻●共模抑制比等等在分析集成运算放大器构成的电路时，上述特点是重要的依据。
显然，实际应用的集成运放不可能达到上述理想的技术指标，但随着集成电路制作工艺及微电子技术的高速发展，其技术指标可与理想集成运放的技术指标非常接近。
因此，在分析集成运放电路时，其带来的误差并不大，在工程上是允许的。
理想运放的电压传输特性如图3.36所示。
工作于线性区和非线性区的理想运放具有不同的特性。
图3.36 理想运放的电压传输特性1．理想运算放大器工作在线性区当理想运放工作于线性区时，，而，因此，又由输入电阻可知，流进运放同相输入端和反相输入端的电流；可见，当理想运放工作于线性区时，同相输入端与反相输入端的电位相等，流进同相输入端和反相输入端的电流为0。
就是两个电位点短路，但是由于没有电流，所以称为虚短路，简称虚短；而表示流过电流的电路断开了，但是实际上没有断开，所以称为虚断路，简称虚断。
2. 理想运算放大器工作在非线性区工作于非线性区的理想运放仍然有输入电阻，因此依然成立；但由于，所以不存在。
三、实验内容1. 反相比例放大电路(1)用鼠标左键点击模拟元件钮，弹出选择元件对话框，选择OPAMP系列的741运算放大器，确定后将器件添加在工作区。