劳动第三版电子电路基础---第四章 集成运放的应用
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集成运算放大器电路-模拟电子电路-PPT精选全文完整版
第4章 集成运算放大器电路
4―3―2差动放大器的工作原理及性能分析 基本差动放大器如图4―12所示。它由两个性能参
数完全相同的共射放大电路组成，通过两管射极连接 并经公共电阻RE将它们耦合在一起，所以也称为射极 耦合差动放大器。
I UE (UEE ) UEE 0.7
RE
RE
第4章 集成运算放大器电路
IC2
R1 R2
Ir
(4―7) (4―8)
第4章 集成运算放大器电路
可见，IC2与Ir成比例关系，其比值由R1和R2确定。 参考电流Ir现在应按下式计算：
UCC
Ir
UCC U BE1 Rr R1
UCC Rr R1
(4―9)
Ir
Rr
IC2
IB1
V1
＋
UBE1 －
IE1
R1
IB2 ＋
UBE2 － R2
(4―11)
Ir
IC1
IB3
IC1
IC3
IC1 IC2,
IC3
3 1 3
IE3
IE3
IC2
IC1
1
IC2
2
若三管特性相同，则β1=β2=β3=β,求解以上各
式可得
IC3
(1 2ຫໍສະໝຸດ 222)Ir
(4―12)
第4章 集成运算放大器电路
利用交流等效电路可求出威尔逊电流源的动态内阻
Ro为
Ro 2 rce
4―2 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。 下面我们从晶体管实现恒流的原理入手，介绍集成运 放中常用的电流源电路。
电子测量技术第四章 集成运放与模拟调理电路分析
2很多，各公司生产的型 号有别，常用的有：μA741、LM324、LM358、OP07、 OP117、TL082/084等。
图4-1 μA741的引脚功能及典型接法
uA741原理图
1. Q1/Q2级电路构成了差分输入级,有利于抑制输入信号中的共模分量 2. Q14/Q20级电路构成了推挽输出级,可减小电路的输出电阻,增强带负载能力 3. Q8/Q9、Q12/Q13、Q5/Q6、Q10/Q11等对管电路构成镜像电流源,而电流源的动态 电阻很高，可以实现极高的电压增益。uA741虽然是几十年前的典型集成运放，但以上 结构特点在今天的运放中仍随处可见。
集成运放的输出特性参数
(1)．输出电压的摆幅
集成运放的输出电压范围总是在运放的正负电源电压所规定的上下限以 内。早期产品的最高输出正电压VOH和最低的输出VOL一般距离其正负电源 电压有一段小“距离”。这个“距离”主要是由于其推挽输出电路中的上 拉管和下拉管的压降造成的，例如ADI的低成本仪表放大器AD620A的最 高输出电压为比正电源电压低1.2V，而最低输出电压比负电源电压高1.1V 。 “轨对轨”（rail-to-rail）输出摆幅的集成运放是指其输出的最高和最低 电压分别可达到正、负电源电压，例如ADI公司的OP191系列集成运放的 输出电压摆幅只比正负电源电压范围小1-2mV。这种输出摆幅的扩大对于 作为A/D输入前级的运放有重要意义，特别在采用3.3V电源的低电压数据 采集系统中(ADC的输入电压范围一般为0-3V)。假如ADC前级的运放输出 电压摆幅只有0.5V～2.5V，则ADC就会损失上下各0.5V的输入电压范围， 并且损失的2.5V～3.0V输入电压范围的转换精度最高。而如果想要充分利 用ADC的3V的输入电压范围，只有提高前级运放的电源电压，这样就至 少需要2组不同的电源电压分别为运放和ADC供电。
第四章模拟集成运算放大器及其运用
－ ＋
∞ ＋
6
ui
1 54
依据可知：
i1 i f ， u u ui
而
i1
0
u R1
ui R1
，i
f
u uo RF
ui uo RF
u0
由此可得：
uo
1
RF R1
ui
-12V
输出电压与输入电压的相位相同。 为提高电路的对称性，平衡电阻
可见同相比例运算电路的电压放
“虚断”：运放的同相输入端和反相输入端的电流趋于0，好象断路一样 ，但却不是真正的断路。
第22页，共40页。
第23页，共40页。
理想集成运放工作于非线性区
电路中没有引入负反馈或引入的是正 反馈，理想运放工作于非线性区。因其 放大倍数趋于无穷大，所以输出电压只 有两种可能：
uo U -UOOMM
u u u u
中间级的主要作用是提高电压增益， 一般由多级放大电路组成；
输出级一般由电压跟随器或互补电压跟 随器所组成，以降低输出电阻，提高带 负载能力。
偏置电路是为各级提供合适的工作电流。
此外还有一些过载保护电路及高频补偿环节等 辅助环节。
集成电路的几种外形
第6页，共40页。
第7页，共40页。
左图所示为μA741集成运算放大器的芯片实物外形图
第四章模拟集成运算放大器 及其运用
第1页，共40页。
学习集成运算放大器
学习目的与要求
1. 了解和熟悉集成运算放大器的组成及其图符号； 2. 掌握集成运放的理想化条件及其分析方法； 3. 理解集成运放的线性应用及其工作原理；
4. 了解一般集成运放的简单非线性应用。
第2页，共40页。
4.1 模拟集成电路的概念
模拟电子技术教学课件-集成运算放大器的应用
小信号进行放大，且具有较强的共模抑制能力。
因为最后一级运算 放大器是双端输入差 分电路，所以：
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4.1 集成运放的线性应用电路
思考与练习
Sikaoyulianxi 1.集成运放构成的基本线性应用电路有哪些？在这些基本 电路中，集成运放均工作在何种状态下？
2.“虚地”现象只存在于线性应用运放的哪种运算电路中？
由一个RC低通电路和一个RC高通 电路形成带通滤波器。
高
低通
通
利用同相输入的比例 放大电路做隔离放大 级。为改善频率特性 引入正反馈。
幅频特性：
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带阻滤波器
将一个RC低通电路和一个RC 高通电路的输出求和，即形 成带阻滤波器。
如果带阻滤波器的阻 带设置为某单一频率 时，则可构成陷波滤 波器。
由虚断可得： 数值代入后整理可得： 通频带内的电压放大倍数：
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4.1.8 有有源源滤波高器通——滤常用波的器有源滤波器
通频带内的电压放大倍数： 传输函数为：
电路的特性频率为： 当输入信号的频率f等于通带截止频率f0时：
幅频特性：
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4.1.8 有源滤4带.波1.8器通有—滤源—滤常波波用器的器有源滤波器
第4单元 集成运算放大器的应用
集成运放的运算应用电路
目
Jichengyunfangdeyunsuanyingyingdianlu
录
集成运算放大器的非线性应用
3zhongzutaifangdadianludexingnengbijiao
集成运算放大器的选择、使用和保护
Danjixingguandedanjifangdadianlu
《电子技术基础》教案(劳动第四版)§3-4集成运算放大器的应用电路
u ui1 u u ， i2 i 2 ， i3 i 3 ， i f o R1 R2 R3 Rf
经整理得
uo (
Rf R1
ui1
Rf R2
ui 2
Rf R3
ui 3 )
如果 R1 R2 R3 R f ，则 uo (ui1 ui 2 ui 3 ) 2、减法运算电路 平衡电阻： R1 // R f R2 // R3 根据叠加原理，分别求 ui1 、 ui 2 单独 作用时的输出电压：
班级 教学目标 教 学 重 点 难 点 教学方法
参考资料或教具
教参、课件
教学内容方法过程
【组织教学】
1. 起立，师生互相问好，营造良好的课堂氛围 2. 坐下，清点人数，指出和纠正存在问题
附记
1’
【导入新课】
集成运放工作在深度负反馈状态时，它的输出、输入量成线性关系（即比 例关系） ，集成运放工作在线性区，这时构成的电路称为线性应用电路。前面 介绍的反相比例运算电路和同相比例运算电路及下面将要介绍的信号运算电 路都属于线性应用电路。集成运放工作在开环（无反馈）或正反馈状态时，输 出、输入之间对应关系不成比例，集成运放工作在非线性区，这时构成的电路 称为非线性应用电路。电压比较器属于非线性应用电路。本节课将介绍信号运 算电路及电压比较器的相关知识
uo1
Rf R1
ui1 ； uo 2 (1
Rf R1
)(
R3 )ui 2 R2 R3
图 3-13 减法运算电路
则 ui1 与 ui 2 共同作用时输出电压为 uo uo1 uo 2 (1
Rf R1
)(
R3 )ui 2 ui1 R2 R3 R1
模拟电子技术基础及应用第4章 集成运算放大器及其应用
3.差分放大电路结构的特点是什么？ 4.为什么在差分放大电路中采用恒流源来代替电阻RE？
4.2 集成运算放大器的基本特性
4.2.1 集成运算放大器的结构与主要参数 1.集成运放的基本结构
4.2 集成运算放大器的基本特性
4 第4章集成运放及其应用_Embed_19.jpg
(1)偏置电路 运放中的直流偏置电路通常采用镜像电流源或微电流 源电路，图4-7中的偏置电路由VT8~VT13以及R4、R5等元器件组成。 (2)输入级 输入级由VT1~VT7及电阻R1~R3组成。 (3)中间级 中间级是由复合管VT16和VT17构成，它具有很高的增益 电压，是整个电路的主要增益级。
解 1)静态工作点是电路的直流状态，所以ui1=ui2=0，可近似认为 两个三极管基极电位UB=0，则发射极电位UE=-UBE= -0.7V。
4.1 集成运算放大器基础
流过RE 的电流为
4.1 集成运算放大器基础
2)计算rbe
4 第4章集成运放及其应用_Embed_15.jpg
4.1 集成运算放大器基础
4.1 集成运算放大器基础
4 第4章集成运放及其应用_Embed_6.jpg 4 第4章集成运放及其应用_Embed_7.jpg
(4)共模放大倍数 在差分放大电路的两个输入端分别输入大小相等、 极性相同的信号，即ui1=ui2，这种输入方式称为共模输入。
4.1 集成运算放大器基础
4 第4章集成运放及其应用_Embed_8.jpg 4 第4章集成运放及其应用_Embed_9.jpg
4.1 集成运算放大器基础
4 第4章集成运放及其应用_Embed_1.jpg
4.1 集成运算放大器基础
4 第4章集成运放及其应用_Embed_2.jpg
4.2 集成运算放大器的基本特性
4.2.1 集成运算放大器的结构与主要参数 1.集成运放的基本结构
4.2 集成运算放大器的基本特性
4 第4章集成运放及其应用_Embed_19.jpg
(1)偏置电路 运放中的直流偏置电路通常采用镜像电流源或微电流 源电路，图4-7中的偏置电路由VT8~VT13以及R4、R5等元器件组成。 (2)输入级 输入级由VT1~VT7及电阻R1~R3组成。 (3)中间级 中间级是由复合管VT16和VT17构成，它具有很高的增益 电压，是整个电路的主要增益级。
解 1)静态工作点是电路的直流状态，所以ui1=ui2=0，可近似认为 两个三极管基极电位UB=0，则发射极电位UE=-UBE= -0.7V。
4.1 集成运算放大器基础
流过RE 的电流为
4.1 集成运算放大器基础
2)计算rbe
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4.1 集成运算放大器基础
4.1 集成运算放大器基础
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(4)共模放大倍数 在差分放大电路的两个输入端分别输入大小相等、 极性相同的信号，即ui1=ui2，这种输入方式称为共模输入。
4.1 集成运算放大器基础
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4.1 集成运算放大器基础
4 第4章集成运放及其应用_Embed_1.jpg
4.1 集成运算放大器基础
4 第4章集成运放及其应用_Embed_2.jpg
电子技术基础第四章 习题答案
答：应选用C7650 因为其共模抑制比最高 KCMR=120~150最高。
4.3 在分析反相加法、差分式减法、反相积分和微分电路中，所根 据的基本概念是什么？KCL是否得到应用？如何导出它们输入-输出的 关系？
答：所根据的基本概念是虚短、虚断。KCL在分析反馈电流与比较 电流的关系时得到应用。根据反馈电流与比较电流的关系导出输出-输 入的关系。
第4章 习 题
4.1 在反相求和电路中，集成运放的反相输入端是如何形成虚地 的？该电路属于何种反馈类型？
答：在反相求和电路中，集成运放的反相输入端是等于同相输入端 的电压，而同相端接地，所以在反相形成虚地。该电路属于电压并联负 反馈
4.2 说明在差分式减法电路中，运放的两输入端存在共模电压，为 提高运算精度，应选用何种运放？
输出波形如图（b）。传输特性如图（c）.
答： 4.10求图所示电路的输出电压uo，设运放是理想的
； ； ； ； 将电路中的电阻参数代入上式得
； ；；
整理后： 代入 中 =2.31u3+1.16u4-2u2-1.25u1 4.11 画出实现下述运算的电路：
uo=2ui1－6ui2+3ui3－0.8ui4
4.12 图为积分求和运算电路，设运放是理想的，试推导输出电压与 各输入电压的关系式。
解：根据虚断：i1+i2+i3=if 4.13 实用积分电路如图所示，设运放和电容均为理想的。 （1）试求证：；
（2）说明运放A1、A2各起什么作用？
解：
；； ∵ Rf＝R2 R1＝R3 ∴ ∵ ①；将 代入①后u01得：
对等式两边积分得： － 4.14 求图所示比较器的阀值，画出传输特性。又若输入电压uI波形 如图所示时，画出uo波形（在时间上必须与uI对应）。 解：uo=6V时 uo=-6V时
4.3 在分析反相加法、差分式减法、反相积分和微分电路中，所根 据的基本概念是什么？KCL是否得到应用？如何导出它们输入-输出的 关系？
答：所根据的基本概念是虚短、虚断。KCL在分析反馈电流与比较 电流的关系时得到应用。根据反馈电流与比较电流的关系导出输出-输 入的关系。
第4章 习 题
4.1 在反相求和电路中，集成运放的反相输入端是如何形成虚地 的？该电路属于何种反馈类型？
答：在反相求和电路中，集成运放的反相输入端是等于同相输入端 的电压，而同相端接地，所以在反相形成虚地。该电路属于电压并联负 反馈
4.2 说明在差分式减法电路中，运放的两输入端存在共模电压，为 提高运算精度，应选用何种运放？
输出波形如图（b）。传输特性如图（c）.
答： 4.10求图所示电路的输出电压uo，设运放是理想的
； ； ； ； 将电路中的电阻参数代入上式得
； ；；
整理后： 代入 中 =2.31u3+1.16u4-2u2-1.25u1 4.11 画出实现下述运算的电路：
uo=2ui1－6ui2+3ui3－0.8ui4
4.12 图为积分求和运算电路，设运放是理想的，试推导输出电压与 各输入电压的关系式。
解：根据虚断：i1+i2+i3=if 4.13 实用积分电路如图所示，设运放和电容均为理想的。 （1）试求证：；
（2）说明运放A1、A2各起什么作用？
解：
；； ∵ Rf＝R2 R1＝R3 ∴ ∵ ①；将 代入①后u01得：
对等式两边积分得： － 4.14 求图所示比较器的阀值，画出传输特性。又若输入电压uI波形 如图所示时，画出uo波形（在时间上必须与uI对应）。 解：uo=6V时 uo=-6V时
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度系数的热敏电阻RT,也可消除UT =kT/q引 起的温度漂移，实现温度稳定性良好的对数
运算关系。
第25页/共54页
•
二、反对数(指数)
•
指数运算是对数的逆运算，在电路结构上只要将对数运算器的电阻和
晶体管位置调换一下即可，如图7.1.16所示。
uBE
uo Rif RiC RISe UT
uBE ui
第7页/共54页
• 7.1.2
(Adder)
•1.反相输入求和电路 (Inver ting Adder)
•（ 1 ） 电 路 如 图 7 . 1 . 4 所 示 。 •直 流 平 衡 电 阻 ：
if Rf
R1 i1
ui1
i2 i-
ui2
-
RP R1 R2 R3 R f
R2
i+ +
+
uo
R3
（2）关系式：
图7.1.4 反相求和运算电路
因为反相端“虚地”(Virtual Ground)，
i1 i2 i f
ui1 ui2 uo
R1 R2
Rf
uo
Rf R1
ui1
Rf R2
ui 2
第8页/共54页
若 R1 R2 R
则
uo
Rf R
(ui1 ui2 )
例1：利用集成运放实现以下求和运算关系：
反向饱和电流的影响，RT是热敏电阻，用以补偿UT引起的温度漂移。由图
可见:
uo
(1
R3 R2 RT
)u A
uA
u BE 2
uBE1
UT
ln
ic 2 IS2
UT
ln
ic1 IS1