集成运算放大器运用电路及详细解析

R1 i1 Rp if ui RF
－ +
∞
+ uo
Δ
由此可得： u o
RF ui R1
式中的负号表示输出电压与输 入电压的相位相反。
闭环电压放大倍数为： uo RF Auf ui R1 当 R F R1 时， u o u i ， 即 Auf 1 ，该电路就成了反 相器。 图中电阻 Rp 称为平衡 电 R R1 // R F 阻， 通 常取 p ，以 保证其输入端的电阻平衡，从 而提高差动电路的对称性。
∞
－ +
解：电路由第一级的反相器和第二级的加法运算电路级联
而成。
Δ
∞
uo +
Δ
uo1 ui 2 RF RF RF RF u o ( ui1 uo1 ) ui 2 ui1 R1 R2 R2 R1
例：求图示电路中uo与ui的关系。
ui1
∞
uo1 R3 R3 + R4
+ － A1 + R2 R1 R2
8.1.3 集成运算放大器的理想模型
集成运放的理想化参数： Ado=∞、 rid=∞、 ro=0 、KCMR=∞、等
uo UOM uo 理想特性 实际特性 0 u+－u－
∞
+
u－ u+
－ +
理想运放符号
非线性区分析依据：
当ｕi>0，即ｕ＋>ｕ－时，ｕo＝＋ｕOM
当ｕi<0，即ｕ＋<ｕ－时，ｕo＝－ｕOM
Δ
－UOM 运放电压传输特性
非线性区（饱和区）
集成运放的理想化参数： Ado=∞、 rid=∞、 ro=0 、KCMR=∞、等
uo UOM uo
∞
+
u－ u+
－ + 0
理想特性 实际特性 u+－u－
理想运放符号
线性区分析依据：
（1）虚断。由rid=∞，得i ＋ ＝i － ＝0，即理想运放两个输入端 的输入电流为零。 （2）虚短。由Ado=∞，得u＋＝u－，即理想运放两个输入端的 电位相等。若信号从反相输入端输入，而同相输入端接地，则 u－＝u＋=0，即反相输入端的电位为地电位，通常称为虚地。
t t
8.3 放大电路中的负反馈
8.3.1 反馈的基本概念
反馈：将放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部，
通过某种电路（反馈电路）送回到输入回路，从而影响输入信 号的过程。 反馈到输入回路的信号称为反馈信号。根据反馈信号对输入信 号作用的不同，反馈可分为正反馈和负反馈两大类型。反馈信
号增强输入信号的叫做正反馈；反馈信号削弱输入信号的叫做
A 通常称A f 为反馈放大器的闭环放大倍数， 为开环放大倍 数， | 1 AF | 为 反 馈深 度。 从 上式 可知 ， 若 | 1 AF | 1 ， 则 Af A
，说明引入反馈后，由于净输入信号的减小，使放大倍
数降低了，引入的是负反馈，且反馈深度的值越大（即反馈深 Af 度越深），负反馈的作用越强， 也越小。若 | 1 AF | 1 ，则
ui2 R2 R3 RF
－ +
∞
+ uo
Δ
若 R 3 （断开），则：
RF RF u i 2 uo u i1 1 R1 R1 若 R1 R 2 ，且 R 3 R F ，则：
RF ui1 ui2 R1 R2 R3
－ +
∞
+ uo
Δ
若
R1 R 2 R 3 R F
故：
u o1 u o2
2R2 1 R1
(u i1 u i 2 )
第二级是由运放 A3 构成的差动放大电路，其输出电压为：
R4 R4 uo (uo 2 uo1 ) R3 R3
电压放大倍数为：
Auf
2 R2 1 (ui1 ui 2 ) R1
通常由互补对 称电路构成， 目的是为了减 小输出电阻， 提高电路的带 负载能力。
集成运放的电路符号如图所示。它有两个输入端，标 “+”的输入端称为同相输入端，输入信号由此端输入
时，输出信号与输入信号相位相同；标“－”的输入
端称为反相输入端，输入信号由此端输入时，输出信 号与输入信号相位相反。
反相输入端 － u－ u+ + 同相输入端
Δ
－UOM 运放电压传输特性
线性区（放大区）
8.2 模拟运算电路
8.2.1 比例运算电路
1、反相输入比例运算电路
根据运放工作在线性区的两条 分析依据可知：i1 i f ，u u 0 而
ui u ui i1 R1 R1 u uo uo if RF RF
• 8.1 • 8.2 • 8.3 • 8.4 • 8.5
集成运算放大器简介 模拟运算电路 放大电路中的负反馈 信号处理电路 正弦波振荡器
8.1 集成运算放大器简介
8.1.1 集成运算放大器的组成
通常由共发射极放大电路构成，目的 是为了获得较高的电压放大倍数。
输入级
中间级
输出级
偏置电路 通常由差动放 大电路构成， 目的是为了减 一般由各种恒流源电路构成，作 小放大电路的 用是为上述各级电路提供稳定、 零点漂移、提 合适的偏置电流，决定各级的静 高输入阻抗。 态工作点。
2、减法运算电路
由叠加定理： ui1 单独作用时为反相输入比例运算电路，其 输出电压为： R F u i1 uo R1 ui2 单独作用时为同相输入比例运算，其输出 电压为： R F R3 ui1 R1 u o 1 ui2 R1 R 2 R 3 ui1 和 ui2 共同作用时，输出电压为： R R R3 u o F u i1 1 F uo uo R R ui2 R1 R1 2 3
A + uo
Δ
8.1.2 集成运算放大器的主要参数及种类 1、集成运放的主要参数
（1）差模开环电压放大倍数 Ado。指集成运放本身（无外加反馈回路）的 uo 差模电压放大倍数，即 Ado 。它体现了集成运放的电压放大能力，一 u u 般在 104～107 之间。Ado 越大，电路越稳定，运算精度也越高。 （2）共模开环电压放大倍数 Aco。指集成运放本身的共模电压放大倍数， 它反映集成运放抗温漂、抗共模干扰的能力，优质的集成运放 Aco 应接近于零。 （3）共模抑制比 KCMR。用来综合衡量集成运放的放大能力和抗温漂、抗共 模干扰的能力，一般应大于 80dB。 （4）差模输入电阻 rid。指差模信号作用下集成运放的输入电阻。 （5）输入失调电压 Uio。指为使输出电压为零，在输入级所加的补偿电压 值。它反映差动放大部分参数的不对称程度，显然越小越好，一般为毫伏级。 （6）失调电压温度系数Δ Uio／Δ T。是指温度变化Δ T 时所产生的失调电 压变化Δ Uio 的大小，它直接影响集成运放的精确度，一般为几十μ V／℃。 （7）转换速率 SR。衡量集成运放对高速变化信号的适应能力，一般为几 V ／μ s，若输入信号变化速率大于此值，输出波形会严重失真。
Auf 1
－ ui +
∞
+ uo
电压跟随器
Δ
，这时输出电压跟随输入电
压作相同的变化，称为电压跟随器。
8.2.2 加法和减法运算电路
1、加法运算电路
根据运放工作在线性区的两条分析依据可知：
i f i1 i 2
i1
u i1 u u i2 i 2 ， f o i ， R1 R2 RF RF RF u o ( u i1 ui2 ) R1 R2
RF
－ +
∞
+ uo
Δ
由此可得：
R u o 1 F u i R1
输出电压与输入电压的相位相同。
同反相输入比例运算电路一样，为 了提高差动电路的对称性，平衡电 阻 R p R1 // R F 。 闭环电压放大倍数为： uo RF Auf 1 ui R1 可见同相比例运算电路的闭环电压 放大 倍 数 必定 于 或等 于u 1 。 当 大 Rf 0 R1 uo i 或 时， ，即
if ui R1 i1 Rp
RF
－ +
∞
+ uo
Δ
2、同相输入比例运算电路
根据运放工作在线性区的两条分析 依据可知： i1 i f ， u u u i 而
ui 0 u i1 R1 R1 u u o ui u o if RF RF
if R1 i1 ui Rp
ui1 R1 i1 if ui2 R2 i2 Rp
Δ
RF ∞ + + uo
由此可得：
－
若
R1 R 2 R F
，则：
u o (u i1 u i 2 )
可见输出电压与两个输入电压之间是p R1 // R 2 // R F 个信号输入的情况。平衡电阻 。
iR iC
iR ui C RP ui U iC
R
u du du i R o ， iC C C C i R dt dt
－ +
∞
+ uo
Δ
由此可得：
u o RC dui dt
输出电压与输入电压对时间的微分成正 0 uo 比。 若 ui 为恒定电压 U，则在 ui 作用于电路 0 的瞬间，微分电路输出一个尖脉冲电压，波 形如图所示。
ui2
－ A2 + +
Δ Δ
－
∞
uo
Δ
A3 +
∞