第四章集成运算放大器
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第4章集成运算放大器ppt课件46页PPT
第四章 集成运算放大器
电路结构
模拟输入信号
模拟开关 控制信号
电压跟随器
采样存储 电容
用于数据采集、模数转换、数字电路、计算机控制等。
第四章 集成运算放大器
工作原理
采样脉冲 输出电压 输入电压
① 采样状态： uG为高电平， 场效应管导通，uI对 存储电容C充电， uO= uC = uI 。 ② 保持状态： uG为低电平，场效应管截止，输出 电压保持前面采样的值不变。
u uI3uI4uO R R3 R4 RF
第四章 集成运算放大器
由于 u–≈ u+= 0，且调节R5，使R+=R-
可得 如果
uORF(u R I11u RI22u RI33u RI44)
R 1 R 2 R 3 R 4 R F R
可以实现普通的加减运算
u O (u I 1u I) 2 (u I3 u I) 4
电压增益的模为
Au
1 RF R1
1 ( ω )2 ωH
Au0 1 ( ω )2
ωH
当ω 当ω
0时, Au Au0 1
ωH时,
Au
1 2
Au0
RF
R1 电路使频率小于H
的信号通过 ，抑制大于
当ω 时, Au 0
H的信号，称为有源低
通滤波器。
第四章 集成运算放大器
第四章 集成运算放大器
集成运放能组成各种运算放大器，当输入 电压变化时，输出电压将按一定的数学规律变 化，反映输入电压的某种运算结果。这时，集 成运放工作在线性区，利用外接反馈网络实现 各种数学运算。
第四章 集成运算放大器
一、反相比例运算放大器
电路组成 平衡电阻 R2 = R1 // RF
第4章-掌握集成运算放大器ppt课件(全)全篇
2 B
B1 B2
☆ 输入偏置电流IB是衡量差动管输入电流绝对值大小的标志
4.1.3 集成运放大器的主要参数
1. 输入误差特性
➢ 输入失调电流IOS
定义：零输入时，两输入偏置电流IB1、IB2之差称为输入失调电流， 即IOS =|IB1IB2|。
IOS反映了输入级差动管输入电流的对称性，一般希望IOS越小越好。 普通运放的IOS约为1nA0.1A。
✓UIO = 0、IIO = 0、 UIO = IIO = 0；
✓输入偏置电流 IIB = 0； ✓- 3 dB 带宽 fH = ∞ ，等等
4.1.4 集成运放的理想化模型
2. 理想运放的工作特性
理想运放的电压传输特性如图10-5所示。它分为线性区和非线
性区。
➢线性区
当理想运放工作于线性区时，VO=Ad(VPVN)， 而Ad，因此VP VN) =0、VP=VN，又由输入电阻 Rid可知，流进运放同相输入端和反相输入端的
uO
+UOP
P
理想特 性
电流IP、IN为IP = IN =0；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。 IP = IN =0就 是VP和VN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IP = IN =0表示流过 电流IP 、 IN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。
4.1.3 集成运放大器的主要参数
2. 开环差模特性参数
➢-3dB带宽
定义：输入正弦小信号时， Aod是频率的函数，随着频率的增 加而下降。当下降3dB时所对应的信号频率称为-3dB带宽。一般运 放的-3dB带宽为几Hz几kHz，宽带运放可达到几MHz。
模拟电路及技术基础-4a-集成运算放大器电路
UCC
Rc1
T1
RL Uo1 Uo2
Rc2
T2
RS1
Ui1
+ 1 U id -
RE
差模地 RS2
2
1 + U id 2 -
Ui2
4a-21
双入双出
U o U o 1 U o 2 2U o 1 Aud U id U i 1 U i 2 2U i 1 U o1 RL ' Ui1 RS rbe
共模信号 差模信号
U i 1 1050v
U i 2 950v
差值
100 v
1 U i 1 1000 100 v 2 1 U i 2 1000 100 v 2
共模信号 差模信号
4a-17
定义
差模信号 共模信号 Uid= Ui1 - Ui2 Uic= 1/2 ( Ui1 + Ui2 )
U BE 1 IC 1 R1 U BE 2 IC 2 R2 U BE 1 I r R1 U BE 2 IC 2 R2
U BE 1 U BE 2
IC1 T1
IE1
IB1 R1
IB2 R2
T2 IE2
I r R1 IC 2 R2
R1 IC 2 Ir R2 U CC U BE Ir R1 Rr
RS2
2 1 + U id2
Ui24a-23源自双入单出Aud (单)
Rc1
T1
U o1 U o1 U id 2U i 1
RL
Uo1 Uo2
Rc2
T2
1 RL ' 2 RS rbe
RL ' Rc // RL
模拟电子技术 第四章 集成运算放大电路
1 R2 R4 R2 // R4 1 1 R2 R4 uo (1 )uI R R R R uI RI R3 3 4 1 2
在电路中电阻的阻值不至太高的情况下，可同时获得较 高的电压放大倍数和较高的输入电阻。
28
2.同相比例运算电路
电路中引入了电压串联 负反馈。 根据“虚短”和“虚断” 的特点
6
三、集成运放的符号
(a) (b) 模拟集成放大器的符号 (a) 国家标准符号 (b)原符号 运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出 端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端 相同，用符号‘+’表示；另一个称为反相输入端，即该端输入 信号变化的极性与输出端相异，用符号‚-‛表示。输出端一般画 在输入端的另一侧，在符号边框内标有‘+’号。实际的运算放 大器通常必须有正、负电源端，有的品种还有补偿端和调零端。
29
i1 R1i f i u
+
Rf
+
uo
说明
R1
Rf
特例：电压跟随器
当同相比例电路的比例系数为1时则有：
uo
ui R2
uo=ui
Rf
uo (1
Rf R1
)ui
uo
ui R2
ui R2
R1=∞
Rf=0
R1
uo
ui R2
uo
Rf=0 且R1=∞
30
有分压电阻的同相比例运算电路
但线性区范围很小。
uO
例如：F007 的 UoM = ± 14 V，Auo 2 × 105 ， 线性区内输入电压范围
实际特性
在电路中电阻的阻值不至太高的情况下，可同时获得较 高的电压放大倍数和较高的输入电阻。
28
2.同相比例运算电路
电路中引入了电压串联 负反馈。 根据“虚短”和“虚断” 的特点
6
三、集成运放的符号
(a) (b) 模拟集成放大器的符号 (a) 国家标准符号 (b)原符号 运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出 端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端 相同，用符号‘+’表示；另一个称为反相输入端，即该端输入 信号变化的极性与输出端相异，用符号‚-‛表示。输出端一般画 在输入端的另一侧，在符号边框内标有‘+’号。实际的运算放 大器通常必须有正、负电源端，有的品种还有补偿端和调零端。
29
i1 R1i f i u
+
Rf
+
uo
说明
R1
Rf
特例：电压跟随器
当同相比例电路的比例系数为1时则有：
uo
ui R2
uo=ui
Rf
uo (1
Rf R1
)ui
uo
ui R2
ui R2
R1=∞
Rf=0
R1
uo
ui R2
uo
Rf=0 且R1=∞
30
有分压电阻的同相比例运算电路
但线性区范围很小。
uO
例如：F007 的 UoM = ± 14 V，Auo 2 × 105 ， 线性区内输入电压范围
实际特性
模拟电路ppt课件
1. 开环差模电压放大倍数Aod 无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在
105 107之间。理想运放的Aod为。
2. 共模抑制比KCMR 常用分贝作单位，一般100dB以上。
3. 差模输入电阻rid
ri>1M, 有的可达100M以上。
(4-22)
4. 输出电阻ro
ro =几-几十。
5. 最大共模输入电压UIcmax 6. 最大差模输入电压UIdmax 7. -3dB带宽fH
第四章 结束
(4-26)
由镜像关系： Δ iC3= Δ iC4；
-VEE
所以： Δ io= Δ iC4 -Δ iC2= Δ iC1 –(-Δ iC1)=2 Δ iC1
此时，单端输出的放大 倍数接近于双端输出：
Aiu
iO uI
2iC1 2iB1rbe1
1 rbe1
(4-20)
§4.3 集成运放电路简介
(4-21)
§4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路 4.4.1 主要性能指标
ln IR IC1
可用图解法或累试法求解
例：P177
(4-15)
4.2.2 改进型电流源电路
一、加射极输出器的电流源
+VCC
IR R
IB
IC0
T0
2
T2
IE2 IB1
IB0
Re2
特点：利用T2管的电流放大 作用，减小了基极电流IB0和 IC1 IB1对基准电流IR的分流。
IC1 IC0 IR IB2
集成电路的分类：
模拟集成电路、数字集成电路； 小、中、大、超大规模集成电路；
(4-2)
集成电路内部结构的特点：
1. 电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方 向一致，温度均一性好。
105 107之间。理想运放的Aod为。
2. 共模抑制比KCMR 常用分贝作单位，一般100dB以上。
3. 差模输入电阻rid
ri>1M, 有的可达100M以上。
(4-22)
4. 输出电阻ro
ro =几-几十。
5. 最大共模输入电压UIcmax 6. 最大差模输入电压UIdmax 7. -3dB带宽fH
第四章 结束
(4-26)
由镜像关系： Δ iC3= Δ iC4；
-VEE
所以： Δ io= Δ iC4 -Δ iC2= Δ iC1 –(-Δ iC1)=2 Δ iC1
此时，单端输出的放大 倍数接近于双端输出：
Aiu
iO uI
2iC1 2iB1rbe1
1 rbe1
(4-20)
§4.3 集成运放电路简介
(4-21)
§4.4 集成运放的性能指标及低频等效电路 4.4.1 主要性能指标
ln IR IC1
可用图解法或累试法求解
例：P177
(4-15)
4.2.2 改进型电流源电路
一、加射极输出器的电流源
+VCC
IR R
IB
IC0
T0
2
T2
IE2 IB1
IB0
Re2
特点：利用T2管的电流放大 作用，减小了基极电流IB0和 IC1 IB1对基准电流IR的分流。
IC1 IC0 IR IB2
集成电路的分类：
模拟集成电路、数字集成电路； 小、中、大、超大规模集成电路；
(4-2)
集成电路内部结构的特点：
1. 电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方 向一致，温度均一性好。
模电课件第四章集成运算放大电路
第四章 集成运算放大电路
§4.1集成运算放大电路概述 一、集成运放的电路结构特点
集成运算放大电路：高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
2019/7/28
模电课件
二、集成运放的电路组成
1、输入级：运算放大器的输入级通常是差分放大电路，其主 要功能是抑制共模干扰和温漂，双极型运放中差分管通常采 用CC-CB复合管，以便拓展通频带。 2、中间级：电压放大，要求：放大倍数要尽可能大，通常采 用共201射9/7/2或8 共源电路，并采用恒模电流课源件 负载和复合管以增加电压 放大倍数。
工作在放大状态。
当T0与 T1特性参数完全一致时，由U BE0 = U BE1可推得
IB0 = IB1 = IB IC0 = IC1 = Io 由基极输入回路得，
Io
IR
VCC
U BE R
I0 2IB
I0
2
I0
所以，I0
1 1 2
IR
基准电流
输出电流
当
时，I0 IR 。
在集成运放电路中通常只能制作小容量（几十pF）电容，不能 制作大201容9/7/量28 电解电容，级间通常模采电课用件 直接耦合。
四、以电流源为有源负载的放大电路
在集成运放的共射（共源）放大电路中，为了提高电压放大 倍数，常用电流源电路取代Rc （或Rd ），这样在电源电压不 变的情况下，既获得合适的静态电流，又可以得到很大的等效 的Rc（或 Rd ）。
（1） 运放电路的结构分解 输入级是一个差动放大电路，主要由T1、T3（共集-共基组合）
和T2、T4组成。中间放大级由T16、T17、T13组成共集—共射电路； 输出级由T14、T18 、 T19组成互补输出电路。
§4.1集成运算放大电路概述 一、集成运放的电路结构特点
集成运算放大电路：高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
2019/7/28
模电课件
二、集成运放的电路组成
1、输入级：运算放大器的输入级通常是差分放大电路，其主 要功能是抑制共模干扰和温漂，双极型运放中差分管通常采 用CC-CB复合管，以便拓展通频带。 2、中间级：电压放大，要求：放大倍数要尽可能大，通常采 用共201射9/7/2或8 共源电路，并采用恒模电流课源件 负载和复合管以增加电压 放大倍数。
工作在放大状态。
当T0与 T1特性参数完全一致时，由U BE0 = U BE1可推得
IB0 = IB1 = IB IC0 = IC1 = Io 由基极输入回路得，
Io
IR
VCC
U BE R
I0 2IB
I0
2
I0
所以，I0
1 1 2
IR
基准电流
输出电流
当
时，I0 IR 。
在集成运放电路中通常只能制作小容量（几十pF）电容，不能 制作大201容9/7/量28 电解电容，级间通常模采电课用件 直接耦合。
四、以电流源为有源负载的放大电路
在集成运放的共射（共源）放大电路中，为了提高电压放大 倍数，常用电流源电路取代Rc （或Rd ），这样在电源电压不 变的情况下，既获得合适的静态电流，又可以得到很大的等效 的Rc（或 Rd ）。
（1） 运放电路的结构分解 输入级是一个差动放大电路，主要由T1、T3（共集-共基组合）
和T2、T4组成。中间放大级由T16、T17、T13组成共集—共射电路； 输出级由T14、T18 、 T19组成互补输出电路。
第四章集成运算放大器
第四章 集成运算放大电路
第一节 概述
2. 集成运放非线性工作（饱和状态）的特点
• （1） 当 u+ ＞u－时：uo = + UO(sat)
• （等2，）即集“成虚当运短u放+”＜两的u个－结时输论：入不端u一o电=定－压成Uu立O+与(s。atu)－不一定相 • （3）集成运放输入电流仍等于零。尽管两个输入
dui dt
▲平衡电阻:
Rf
ui
+ uC－ if
i1 C u－
－
△
∞ +
uo
R2 u+ +
(a) 电路
ui
Ui
0
uo
0
t
t
(b) 波形
R2 = Rf
第四章 集成运算放大电路
第二节 模拟信号的运算电路
上述的基本微分电路存在如下的缺点： ①输出端可能出现输出噪声淹没微分信号的现象；
②由于电路中的反馈网络构成的 RFC 滞后环节，它与集成运算放大
第四章 集成运算放大电路
第一节 概述
• 集成运算放大器基本内部组成可分为输入 级、中间级、输出级和偏置电路四个基本 组成部分。
第四章 集成运算放大电路
第一节 概述
• 1．输入级 • 采用差分放大电路构成。具有对称性好、输入电阻高、可以有效
减小零点漂移、抑制干扰信号等优点，因此可以有效放大有用信 号。 • 2．中间级 • 为整个电路提供足够大的电压放大倍数。一般采用共射级放大电 路，集电极电阻用晶体管恒流源代替，恒流源的动态电阻很大， 可以获得较高的电压放大倍数。 • 3．输出级 • 输出级与负载连接，主要作用是提供足够的输出功率（即足够大 的电流和电压）以满足负载的需要。要求其输出电阻低，带负载 能力强。一般由射级输出器或互补对称电路构成。 • 4．偏置电路 • 为整个电路提供稳定的和合适的偏置电流。偏置电路是由各种恒 流源电路组成。还有过载保护电路，可以防止输出电流过大时将 运放烧坏。
运放电路解析及设计
第四章 集成运算放大器及信号处理电路
4.2.3
差分比例运算电路
在图 4.2.3 中，输入电压 uI 和分别加在集成运放的反 相输入端和同相输入端，输出端通过反馈电阻RF接 回到反相输入端。为了保证运放两个输入端对地的 电阻平衡，同时为了避免降低共模抑制比，通常要 求： ' 在理想条件下，由于“虚 R1 = R1 断”， i+ ＝ i- ＝ 0 ，利用叠加 RF 定理可求得反相输入端的电 R1 uI i位为 uI
第四章 集成运算放大器及信号处理电路
第 4章
集成运算放大器及信号处理电路
4.1 集成运算放大器的基本概念 4.2 集成运算放大器的线性应用
4.3 滤波的概念和基本滤波电路
4.4 电压比较电路
退出
第四章 集成运算放大器及信号处理电路
4.1
运算放大器的基本概念
4.1.1 运算放大器的指标 4.1.2 运算放大器在线性状态下的工作
2）理想集成运放的输入电流等于零
由于理想集成运放的差模输入电阻rid＝∞，因此 在其两个输入端均没有电流，
即
i+ = i− = 0
(4.1.3)
此时，运放的同相输入端和反相输入端的电流都等于零，如 同该两点被断开了一样，这种现象称为“虚断”。
“虚短”和“虚断”是理想运放工作在线性区 时的两个重要结论。这两个重要结论常常作为今后 分析许多运放应用电路的出发点，因此必须牢牢记 住并掌握。
u− = u+ = uI
uo − u − u o − u I iF = = RF RF
u− u I i1 = = R1 R1
第四章 集成运算放大器及信号处理电路
又因为i1 = i ，所以得 F
集成运算放大器及其应用.ppt
VC↘ IB↘ IC↘
T
RF是反馈电阻
通过RF实现了直流负反馈。
RF
Ii U + i U S
RS +
+T I b U be RL
+
If Ic
U o
RF C1 + RS uS + -
+UCC
RC
T
C2 +
用瞬时极性法判 断正负反馈？
ui
RL
uo
RF
Ii U + i U S
X i
A
X o
X X i + × d - Xf
A
F
X o
无负反馈的放大电路， 仅包含基本放大电路A， A可以是单级的或多级的。
：输入信号 X i ：输出信号 X
o
带负反馈的放大电路， 不仅包含基本放大电路A， 还包含反馈电路F， F多数由电阻元件组成。 注意：
：反馈信号 X f ：差值信号或净输入信号 X
+T I b U be RL
+
If Ic
从放大电路的输入端 看：反馈电流与输入电流 并联，所以为并联反馈。
U o
从放大电路的输出端看：
U U U o o be I f RF RF
反馈电流取自输出电压，所以为电压反馈。 电压反 馈具有稳定输出电压的作用。 Uo↘ Uo↗ I f↘ Ib↗ Ic↗ 并联电压负反馈。
d
这里的各信号 可以是电压 也可以是电流 X X X d i f
若X d X i X f
（三者同相位）
则X d X i
反馈信号削弱了净输入信号，所以为负反馈。
T
RF是反馈电阻
通过RF实现了直流负反馈。
RF
Ii U + i U S
RS +
+T I b U be RL
+
If Ic
U o
RF C1 + RS uS + -
+UCC
RC
T
C2 +
用瞬时极性法判 断正负反馈？
ui
RL
uo
RF
Ii U + i U S
X i
A
X o
X X i + × d - Xf
A
F
X o
无负反馈的放大电路， 仅包含基本放大电路A， A可以是单级的或多级的。
：输入信号 X i ：输出信号 X
o
带负反馈的放大电路， 不仅包含基本放大电路A， 还包含反馈电路F， F多数由电阻元件组成。 注意：
：反馈信号 X f ：差值信号或净输入信号 X
+T I b U be RL
+
If Ic
从放大电路的输入端 看：反馈电流与输入电流 并联，所以为并联反馈。
U o
从放大电路的输出端看：
U U U o o be I f RF RF
反馈电流取自输出电压，所以为电压反馈。 电压反 馈具有稳定输出电压的作用。 Uo↘ Uo↗ I f↘ Ib↗ Ic↗ 并联电压负反馈。
d
这里的各信号 可以是电压 也可以是电流 X X X d i f
若X d X i X f
（三者同相位）
则X d X i
反馈信号削弱了净输入信号，所以为负反馈。
第四章 集成运算放大电路
2. 最大输出电压 op-p 最大输出电压U
Uo / V － 10 Uid ＋ ∞ ＋
－0.4
－0.2 －0.1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 Uid / mV
－0.3
－10 线性区
集成运放的传输特性
3. 差模输入电阻 id 差模输入电阻r rid的大小反映了集成运放输入端向差模输入信号 源索取电流的大小。要求rid愈大愈好, 一般集成运放 rid为几百千欧至几兆欧, 故输入级常采用场效应管来 提高输入电阻rid。 F007的rid=2 M 。认为理想集成运 放的rid为无穷大。
动态时，加入差模信号uid，根据差分放大电路的特点， T1 管的集电极电流在静态电流IC1的基础上增加了∆iC1，T2管的集 电极电流在静态电流IC2的基础上减小了∆iC2，∆iC1=-∆iC2。 由于 iC4 和 iC1 是 镜 像 关 系 ， ∆iC4=∆iC1 ， 因 此 ∆io=∆iC4-∆iC2=∆iC1-(∆iC1)=2∆iC1。 可见这个电流值是单端输出电流的两倍， 即等于 差分放大电路双端输出时的电流值。因此，用电流源作为差分 放大电路的有源负载，可将双端输出信号“无损失”地转换成 单端输出信号。
若电路中有共模信号输入，T3 管和T4 管的集电极电流相等 (忽略T7管的基极电流)，T3管和T5管的集电极电流相等，又由于 R1=R3，因此T6管的集电极电流和T5管的集电极电流相等， 如此 推来，T6管和T4管的集电极电流相等，而T16管的基极电流为T4 管和T6管的集电极电流之差，所以T16管的基极电流近似为零， 可见共模信号输出为零，电路具有较高的抑制共模信号的能力。
2. 偏置电路 偏置电路由T8~T13、电阻R4和R5组成。其中T10、T11、 T12 和R4、R5构成主偏置电路，该电路中R5上的电流是F007偏置电 路的基准电流，由图可知
第四章集成运算放大电路
( R L // rce 2 // rce 4 )
rbe
若RL<<(rce1∥rce2)， 则
Au
RL
rbe
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4.3 集成运放电路简介
图4.3.1 F007电路原理图
图4.3.2 F007电路中的放大电路部分
1. 输入级 在输入级中，T1 、T3 和T2 、T4 组成共集-共基差分放大电 路， T5~T7和电阻R1~R3构成改进型电流源电路，作为差放的有
号变化速度的适应能力，是衡量运放在大幅值信号作用时工作
速度的参数，单位为V/μs。在实际工作中，输入信号的变化律
一定不要大于集成运放的SR。信号幅值越大、频率越高，要求 集成运放的SR就越大。
理想运算放大器
理想运放的技术指标
在分析集成运放的各种应用电路时，常常将集成运放看成 是理想运算放大器。所谓理想运放, 就是将集成运放的各项技术
图4.2.2 比例电流源
图4.2.3 微电流源
二、 改进型的镜像电流源(获得稳定输出的电流）
1. 加射极输出器的电流源
2. 威尔逊电流源
三、 多路电流源电路
IR IE0 I C1 I E1 IC 2 IE2 IC3 IE3 Re0 R e1 Re0 Re2 Re0 Re3 IR
IR I c1 V CC U R
BE
2
IR IR
2. 比例电流源
IR V cc U
BE 0
3. 微电流源
Re0 R e1 IR
I C1 I E1 U BE 0 U BE 1 Re
IC1 UT Re 1n IR IC1
R Re0
, I c1
第四章集成运算放大器
集成运放的基本组成
右图是运算放大器 的电路符号。它有两个 输入端和一个输出端。 反相输入端标“-”号， 同相输入端标“+”号。 输出电压与反相输入电 压相位相反，与同相输 入电压相位相同。此外 还有两个端分别接正、 负电源，有些集成运放 还有调零端和相位补偿 端。在电路中不画出。
二. 集成运算放大器的使用
⑵两个输入端的输入电流近似为零， 即Ii≈0 因为ri→∞，所以Ii=（u+-u-)/ri=0。 上面两个结论，虽然是从理想运放 的特性得到的，但比较符合实际情况， 因此，对于各种实际的集成运放电路， 可以用理想模型进行分析、计算，这样 可使电路的分析大大地简化，同时也不 影响结果。
第二节 运算放大器的基本电路
三. 对数和反对数运算电路
1. 对数运算电路 以二极管代替反相放大器中的反馈电 阻RF，即可构成对数运算放大电路。 二极管PN结的正向电流为： UT=26mV，i1=ui/R1，理想运放，i1=iD，因此 两边取对数，又uo=-uD，则
上式说明，电路的输出电压与输入电压 的对数成正比关系。 实际电路中，常用三极管的发射结代替 二极管。该电路只适用于ui>0的情况，若 ui<0，则需将二极管两极对调连接。 这个电路的主要缺点是受温度影响很大， 其次是小电流和大电流时误差较大。对数运 算放大电路在生物医学仪器中应用较多，但 实际电路较复杂。
3.保护 ①输入端保护是当输入端所加的电压过高时 会损坏输入级的晶体管。在输入端处接入两 个反向并联的二极管，将输入电压限制在二 极管的正向压降以下；
②输出端保护是为了防止输出电压过大，可利用稳 压管来保护，将两个稳压管反向串联，将输出电压 限制在±(Uz+UD)的范围内，其中，Uz是稳压管的稳 定电压，UD是它的正向管压降；
集成运算放大电路
第四章集成运算放大电路一、是非题1、只要集成运放引入正反馈，就一定工作在非线性区。
（）2、当集成运放工作在非线性区时，输出电压不是高电平，就是低电平。
（）3、运算电路中一般均引入负反馈。
（）4、在运算电路中，集成运放的反相输入端均为虚地。
（）5、凡是运算电路都可利用“虚短”和“虚断”的概念求解运算关系。
（）6、一般情况下，在电压比较器中，集成运放不是工作在开环状态，就是仅仅引入了正反馈。
（）7、如果一个滞回比较器的两个阈值电压和一个窗口比较器的相同，那么当它们的输入电压相同时，它们的输出电压波形也相同。
（）8、在输入电压从足够低逐渐增大到足够高的过程中，单限比较器和滞回比较器的输出电压均只跃变一次。
（）9、单限比较器比滞回比较器抗干扰能力强，而滞回比较器比单限比较器灵敏度高。
（）二、填空题1、分别选择“反相”或“同相”填入下列各空内。
（1）______ 比例运算电路中集成运放反相输入端为虚地，而比例运算电路中集成运放两个输入端的电位等于输入电压。
（2）___________ 比例运算电路的输入电阻大，而比例运算电路的输入电阻小。
（ 3）__________ 比例运算电路的输入电流等于零，而比例运算电路的输入电流等于流过反馈电阻中的电流。
（4）______ 比例运算电路的比例系数大于1，而比例运算电路的比例系数小于零。
2、填空：（1）_________ 运算电路可实现A u＞1的放大器。
（2）__________ 运算电路可实现A u＜0的放大器。
（3） ________运算电路可将三角波电压转换成方波电压。
（4） ________运算电路可实现函数Y＝aX1＋bX2＋cX3，a、b和c均大于零。
（5） _______运算电路可实现函数Y＝aX1＋bX2＋cX3，a、b和c均小于零。
（6） ________运算电路可实现函数Y＝aX2。
3、现有电路：A.反相比例运算电路B. 同相比例运算电路B.积分运算电路 D. 微分运算电路E. 加法运算电路F. 乘方运算电路选择一个合适的答案填入空内。
模拟电子技术基础第4章
图4.2.2 同相输入放大电路
放大电路的输入电阻Ri→∞ 放大电路的输出电阻Ro=0 图4.2.3 电压跟随器
4.2.3 差动输入(Differential input)放大电路
图 4.2.5 所示为差动输入放大电路，它的两个输入端都有 信号输入。 ui1通过R1接至运放的反相输入端，ui2通过R2、R3分压后接 至同相输入端，而uo通过Rf、R1反馈到反相输入端。
三、开方运算
平方根运算电路如图4.3.5 所示，与图4.3.2所示的除法电路比 较可知，它是上述除法电路的一个特例，如将除法电路中乘法 器的两个输入端都接到运放的输出端，就组成了平方根运算电 路。
图4.3.5 平方根运算电路
4.4
有源滤波器
滤波器的功能及其分类
4.4.1
滤波器是从输入信号中选出有用频率信号并使其顺利通过， 而将无用的或干扰的频率信号加以抑制的电路。 只用无源器件R、L、C 组成的滤波器称为无源滤波器,采用 有源器件和R、C元件组成的滤波器称为有源滤波器。 同无源滤波器相比，有源滤波器具有一定的信号放大和带 负载能力可很方便的改变其特性参数等优点； 此外，因其不使用电感和大电容元件，故体积小，重量轻。 但是由于集成运放的带宽有限，因此有源滤波器的工作频率较 低，一般在几千赫兹以下，而在频率较高的场所，采用LC无源 滤波器或固态滤波器效果较好。
通常用分贝数dB表示，则为
一般情况希望Aod越大越好， Aod越大，构成的电路性能 越稳定，运算精度越高。 Aod一般可达100dB,最高可达140dB 以上。 2、输入失调电压UIO及其温漂 dUIO/dT 如果集成运放差动输入级非常对称，当输入电压为零时，
输出电压也应为零（不加调零装置）。但实际上它的差动输入
第四章差动与集成运算放大电路
其中R′L=Rc∥(1/2RL)。这里R′L≠Rc∥RL，其原因是由于两 管对称，集电极电位的变化等值反相， 而与两集电极相连的
RL的中点电位不变，这点相当于交流地电位。因而对每个单管 来说， 负载电阻（输出端对地间的电阻）应是RL的一半，即
RL/2，而不是RL。
差动放大器对共模信号无放大，对差模信号有放大，这意 味着差动放大器是针对两输入端的输入信号之差来进行放大的，
第4章 差动放大电路与集成运算放大器
如图4.1.1（b）所示。不过，若采用图4.1.1（b）所示电路， 后级的集电极电位逐级高于前级的集电极电位，经过几级耦合 之后， 末级的集电极电位便会接近电源电压，这实际上也是限 制了放大器的级数。
所谓零点漂移，就是当输入信号为零时，输出信号不为零， 而是一个随时间漂移不定的信号。零点漂移简称为零漂。产生 零漂的原因有很多，如温度变化、电源电压波动、晶体管参数 变化等。其中温度变化是主要的，因此零漂也称为温漂。 在阻 容耦合放大器中，由于电容有隔直作用，因而零漂不会造成严 重影响。但是，在直接耦合放大器中，由于前级的零漂会被后 级放大，因而将会严重干扰正常信号的放大和传输。比如，图 4.1.1所示直接耦合电路中，输入信号为零时（即ΔUi=0），输 出端应有固定不变的直流电压Uo = UCE2。
所示。
第4章 差动放大电路与集成运算放大器
第4章 差动放大电路与集成运算放大器
由图4.1.4（a）可以看出，当差动放大器输入共模信号时， 由于电路对称，其输出端的电位Uc1和Uc2的变化也是大小相等、 极性相同，因而输出电压Uoc保持为零。可见，在理想情况下 （电路完全对称），差动放大器在输入共模信号时不产生输出 电压，也就是说，理想差动放大器的共模电压放大倍数为零， 或者说，差动放大器对共模信号没有放大作用，而是有抑制作 用。实际上，上述差动放大器对零漂的抑制作用就是它抑制共 模信号的结果。因为当温度升高时，两个晶体管的电流都要增 大，这相当于在两个输入端加上了大小相等、 极性相同的共模 信号。换句话说，产生零漂的因素可以等效为输入端的共模信 号。显然，Ac越小，对零漂的抑制作用越强。
第四章 集成运算放大电路
（输出级偏臵的一部分；中间级的有源负载。）
34
§4-3．集成运放电路简介
F007简介 输入级
T1—T4：CC-CB差动放大
偏置电路
各部分的作用： 1.输入级：KCMR↑，Ri↑，IQ↓， 一般采用双端输入的差放电路。
5
§4-1．集成运算放大电路概述
三、集成运放的电压传输特性
集成运放符号： 电压传输特性：
uo f (uP uN )
同(反)相输入端是指运放的输入电 压与输出电压的相位关系。 可以认为集成运放是双端输入、单 端输出的差放电路。
10
集成运算放大器的符号和基本特点
3. 理想运放工作在线性区的两个特点 证：uo = Aud (u+ – u–) = Aud uid u+ – u– = uo/Aud 0 2) i+ i– 0 (虚断) 证： i+ = uid / Rid 0 同理 i – 0 1) u+ u–(虚短)
32
§4-3．集成运放电路简介
33
§4-3．集成运放电路简介
F007简介 偏臵电路 T12、R5、T11：主偏臵—R5中电流为基准电流
Im 2VCC U EB12 U BE11 0.73mA R5
T10、T11：微电流源
T8、T9：镜像电流源
T12、T13：镜像电流源
（输入级偏臵）
21
IR
Re2的作用：增大IE2，提高β。
§4-2．集成运放中的电流源电路
二、改进型电流源电路 2.威尔逊电流源 工作点稳定，输出电阻大。
I C2
2 (1 2 )IR IR 2 2
22
§4-2．集成运放中的电流源电路
第4章集成运算放大器习题解答
第4章集成运算放⼤器习题解答第四章习题参考答案4-1 什么叫“虚短”和“虚断”？答虚短：由于理想集成运放的开环电压放⼤倍数⽆穷⼤，使得两输⼊端之间的电压近似相等，即-+≈u u 。
虚断：由于理想集成运放的开环输⼊电阻⽆穷⼤，流⼊理想集成运放的两个输⼊端的电流近似等于零，即0≈=-+i i 。
4-2 理想运放⼯作在线性区和⾮线性区时各有什么特点？分析⽅法有何不同？答理想运放⼯作在线性区，通常输出与输⼊之间引⼊深度负反馈，输⼊电压与输出电压成线性关系，且这种线性关系只取决于外部电路的连接，⽽与运放本⾝的参数没有直接关系。
此时，利⽤运放“虚短”和“虚断”的特点分析电路。
理想运放⼯作在⾮线性去（饱和区），放⼤器通常处于开环状态，两个输⼊端之间只要有很⼩的差值电压，输出电压就接近正、负电压饱和值，此时，运放仍具有“虚断”的特点。
4-3 要使运算放⼤器⼯作在线性区，为什么通常要引⼊负反馈？答由于理想运放开环电压放⼤倍数∞=uo A ，只有引⼊深度负反馈，才能使闭环电压放⼤倍数FA 1u =，保证输出电压与输⼊电压成线性关系，即运放⼯作在线性区。
4-4 已知F007运算放⼤器的开环放⼤倍数dB A uo 100=，差模输⼊电阻Ω=M r id 2，最⼤输出电压V U sat o 12)(±=。
为了保证⼯作在线性区，试求：（1）+u 和-u 的最⼤允许值；（2）输⼊端电流的最⼤允许值。
解（1）由运放的传输特性5o uo 1012===++u u u A 则V 102.1101245--+?===u u（2）输⼊端电流的最⼤允许值为A 106102102.11164id --+?=??==r u I 4-5 图4-29所⽰电路，设集成运放为理想元件。
试计算电路的输出电压o u 和平衡电阻R 的值。
解由图根据“虚地”特点可得0==+-u u图中各电流为601.01--=u i 305.02---=u i 180o f u u i -=- 由“虚断”得f 21i i i =+以上⼏式联⽴，可得V 7.2o =u平衡电阻为Ω==k R 18180//60//30图4-29 题4-5图4-6 图4-30所⽰是⼀个电压放⼤倍数连续可调的电路，试问电压放⼤倍数uf A 的可调范围是多少？图4-30 题4-6图解设滑线变阻器P R 被分为x R 和x P R R -上下两部分。
第4章-集成运算放大器电路PPT课件
.
22
模拟电子技术基础
此式表明，当Ir和所需要的小电流一定时，可计算
出所需的电阻R2。例如，已知Ir=1mA,要求IC2=10μA时，
则R2为
R21 20 6 1 1 0 06 3ln11000 10k2
如果VCC=15V，要使Ir=1mA,则Rr≈15kΩ。
由此可见，要得到10μA的电流，在VCC=15V时，采 用微电流电流源电路，所需的总电阻不超过27kΩ。如 果采用镜像电流源，则电阻Rr要大到1.5MΩ。
模拟电子技术基础
第四章
集成运算放大器 电路
.
1
本章重点：
➢集成运放的组成原理 ➢镜像电流源电路 ➢比例电流源电路
本章难点：
➢电流源电路的分析
模拟电子技术基础
.
2
模拟电子技术基础
4.1 集成运算放大器的概述 4.2 电流源电路 4.3 集成运放电路举例
.
3
模拟电子技术基础
4.1 集成运算放大器的概述
Rb
βib
rbe1
rce1 rce2
RL
A .u1(rcR 1e b / r /crb 2 e1 /eR /L)R b1 R rL b1e
.
30
模拟电子技术基础
有源负载差分放大电路
T3
T4
+
T1
T2
ui -
-VEE
+VCC RL
iC 3 iC 4 iC1 iC 2 iC 3 iC1 iO iC 4 iC 2 2iC1
电压与输出电压之间的相位关系。
uP
uN
Aod
uO
反相输入端
电压传输特性 uOf(uPuN)
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实际应用时可适当增加或减少输入端的个数， 以适应不同的需要。 上页 下页 返回
(5-38)
上页 R1 R21 R22 -
下页 RF
返回
u+ 与 ui1 和 ui2
ui1
+
+
uo
的关系如何？ 此电路如果以 u+ 为输入 ， 则输出为：
u o (1 RF R1 )u
ui2
流入运放输入端的电流为0（虚开路）
RF
ui1 ui2
+ R´
+
uo
左图也是同相求和运算 电路，如何求同相输入 端的电位？
提示：
1. 虚开路：流入同相端的 电流为0。
2. 节点电位法求u+。
上页
下页
返回
(5-40)
上页
下页
返回
三、单运放的加减运算电路
ui1 ui2 ui3 ui4 R1 R2 R3
R5
+ + R6
R1 // R2 // R5 R3 // R4 // R6
_
uo
R4
实际应用时可适当增加或减少输入端的个数， 以适应不同的需要。
(5-41)
ui1 ui2 ui3 ui4
R1
R2 R3
R5
+ + R6
u i1 R1 u i1 R1 ui2 R2 ui2 R2 ( 1 R1 u i3 R3 1 R1 ui4 R4 )
R2
虚短路
u-= u+= ui
uo ui
虚开路 虚开路
ui R1
_ R1
ui
+
uo
+
R2
u o (1
R2 R1
)u i
RP
结构特点：负反馈引到反 相输入端，信号从同相端 输入。
R1 上页 下页 反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高。 返回 u1
(5-26)
Au
uo
1
R2
分类： 按技术指标分：通用型、高速型、高阻型、低功 耗型、大功率型、高精度型。 按内部电路分：双极型、单极型。 按集成片中运放的数目分：单运放、双运放、四 运放。
上页
下页
返回
(5-18)
二、消振
外接RC消振电路或消振电容。
三、调零
由于内部参数不可能完全对称，以致当输入信 号为零时，仍有输出信号。为此，在使用时要外接 调零电路。 四、保护
u R 22 R 21 R 22 u i1 R 21 R 21 R 22 ui2
uo (1
RF R1
)(
R12 R11 R12
ui1
R11 R11 R12
ui 2 )
注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能 单独调整。
(5-39)
R1
R21 R22 -
+UCC
uo T2
-UEE
输入级
要求： 尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri尽可能大。
上页
下页 返回
(5-7)
T4 反相端 u－ T3
+UCC uo
u＋
同相端
T1
T2
T5
IS
-UEE
输入级
中间级
足够大的电压放大倍数
上页 下页 返回 (5-8)
上页
下页
返回
T4
+UCC
uo
反相端 u－
uo
i11
ui2
R12
+
i12
RP
u o (
R2 R11
ui1
R2 R12
ui 2 )
调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影 响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。 上页 下页 返回 (5-37)
二、同相求和运算
R1 + RF
ui1
ui2
R21 R22
uo
+
R1 // RF R21 // R22
在线性放大区，将运放电路作如下的理想化处理：
上页 下页
① A
uo为有限值，则 ud=0 , 即 u+ = u- 。
相当于短路(虚短路)；
两个输入端之间
返回
② Rin
i + = 0 , i - =0。
即从输入端看进去，元件相当于开路(虚开路)。
u
iRo
u
A( u u )
A
载电阻的靠近“地”端引出的，是电流反馈。
（2）输入信号和反馈信号分别加在两输入端（同相或反 相）上的，是串联反馈；加在同一个输入端（同相或反相） 上的，是并联反馈。 （3）反馈信号使净输入信号减小的，是负反馈。
上页
下页
返回
(5-34)
加减运算电路
作用：将若干个输入信号之和或之差按比 例放大。
类型：同相求和和反相求和。 方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联 负反馈。这样输出电压与运放的开环 放大倍数无关，与输入电压和反馈系 数有关。
上页 下页 返回
(5-35)
一、反相求和运算
ui1
R11
R2
ui2
R12
_ +
+
uo
RP R11 // R12 // RF
RP
实际应用时可适当增加或减少输入端的个数， 以适应不同的需要。 上页 下页 返回
(5-36)
ui1
R11
iF
_
+
R2
u u 0
i11 i12 i F
(5-27)
三、电压跟随器
_
ui
+
uo
结构特点：输出电压全 部引到反相输入端，信 号从同相端输入。电压 跟随器是同相比例运算 放大器的特例。
+
此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路 中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。
uo u u ui
讨论题2： 若同相比例运算电路中的R1= ， R2= RP≠ 0，试分析其 Uo与Ui的关系。
上页
下页
返回
(5-28)
运算放大器电路中的负反馈
并联电压负反馈 串联电压负反馈 串联电流负反馈 并联电流负反馈
上页
下页
返回
(5-29)
一、并联电压负反馈
RF
ui
+
_
+
-
+
uo 特点：输入电阻不高，
输出电阻很低。 RL 上页 下页 返回
R2
(5-30)
二、串联电压负反馈 RF
R1 ui
R2
上页
下页
返回
(5-4)
基本原 理框图
二、 集成运放的基本结构
T4
反相端 u－ u＋ T3 T1 T2 T5
+UCC uo
上页
同相端
IS 输入级 中间级 输出级
下页
-UEE
返回
(5-5)
与uo反相
T4
反相端 u－ u＋ uo T3 T1 T2 T5
同相端
与uo同相
IS
上页
下页
返回
(5-6)
T4 反相端 u－ u＋ 同相端 IS T3 T1 T5
+
_ + +
uo
+
RL
特点：输入电阻很高，
输出电阻很低。
上页
下页
返回
(5-31)
三、串联电流负反馈
ui
R2
+
_ + +
电压—电流变换电路
+
RL
R1
上页 下页 返回
(5-32)
四、并联电流负反馈 RF
ui
R1
+
_
+
+ R2
-
RL
R
反向输入的恒流源电路
上页
下页
返回
(5-33)
总结： （1）反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈；从负
、 u ，则有：
uo A ( u u )
A：开环电压放大倍数。
u 这种输入方式称为差动输入， d 称为差动输入电压。
上页
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(5-11)
二、运算放大器的外特性
u
ud
o
uo
uo / V Usat
实际特性 近似特性
（ u o 与 u d 之间的关系曲线 ）
u
分三个区域：
①线性工作区：
反相比例电路的特点：
1. 共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比 要求低。
2. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认 为是0，因此带负载能力强。 3. 由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此 对输入电流有一定的要求。
4. U-=U+=0，反相比例运算电路存在虚地。
上页
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(5-25)
二、同相比例运算电路
运放符号： u－ － Ao ＋ u+ ＋
u－
－
uo
u+
上页
＋
下页
uo
返回
(5-10)
运放具有“单方向”性质(图中
u
a
图形符号就代表这种性质)。
o
u
b
uo