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uo RF Auf ui R1
输出电压与输入电压是一种比例运算关系，或者说是比例放大的关系，比例系数只取决于RF与RL的比值，而与集成运放本身的参数无关。
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课题1 集成运算放大器
图3-1-7 反相比例运算电路原理图
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课题1 集成运算放大器
2.同相比例运算电路
2.差动放大电路
(1）电路组成
图3-1-2是一个基本差动放大电路，它由两个特性相同的三极管VT1和VT2组成对称电路，电路参数均对称(比如RCl =RC2 ，β l =β 2等)。电路中有两组电源VCC ，和VEE。两个三极管的发射极连接在一起，并接了一个恒流源，它提供恒定的发射极电流I0 。这个电路有两个输入端和两个输出端，称为双端输入、双端输出差动放大电路。差动放大电路没有耦合电容，是直接耦合放大电路。
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课题1 集成运算放大器
图3-1-2 基本差动放大电路
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课题1 集成运算放大器
(2）静态特性
当没有输入信号时，即uI1 =uI2 =0时，由于电路完全对称，这时两个三极管的集电极电流相等，则有ICl =IC2 =I0 /2，而IC1 RC1 =IC2 RC
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课题1 集成运算放大器
3.集成运算放大电路简介
集成运放具有可靠性高、使用方便、放大性能好(如极高的放大倍数、较宽的通频带、很低的零漂等)等特点。随着技术指标的不断提高和价格日益降低，作为一种通用的高性能放大器，目前已广泛应用在自动控制、精密测量、通信、信号运算、信号处理、波形产生及电源等电子技术应用的各个领域。
如图3－1-9所示，输入信号ui经外接电阻R2送到同相输入端，而反相输入端通过电阻R1接地。反馈电阻RF跨接在输出端和同相输入端之间，形成电压串联负反馈。
uo R 1 F ui R1 输出电压与输入电压也是一种比例运算关系，或者说是比例放大的关系。同相输入比例放大电路的闭环电压放大倍数也仅与外部电阻R1和RF的比值有关，而与运算放大器本身的参数无关。 Auf
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课题1 集成运算放大器
2．负反馈的类型
(1）正反馈与负反馈凡是反馈信号削弱输入信号，也就是使净输入信号减小的反馈称为负反馈，负反馈有着抑制和稳定系统输出量变化的作用；反馈信号如能起到加强净输入量的作用，则称为正反馈。 (2）直流反馈与交流反馈反馈信号中只含直流成分的称直流反馈，只含交流成分的，则称交流反馈。直流反馈仅对放大电路的直流性能（如静态工作点）有影响；交流反馈则只对其交流性能有影响（如放大倍数、输入电阻、输出电阻等），而交、直流反馈则对二者均有影响。
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课题1 集成运算放大器
图3-1-12 减法运算电路
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课题1 集成运算放大器
4.加法运算电路
如果在反相比例运算电路的输入端增加若干输入电路，如图3-1－14所示，则构成反相加法运算电路。
ui1 ui 2 ui 3 u o ( RF RF RF ) R1 R2 R3
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课题1 集成运算放大器
5.集成运放的组成及各部分的作用
集成运放有两个输入端，一个称为同相输入端，一个称为反相输入端；一个输出端；符号如图3-1-3(a)所示。图中，带“-”号的输入端称为反相输入端，带“+”号的输入端称为同相输入端，三角形符号表示运算放大器。 “∞”表示开路增益极高。它的三个端分别用U- 、U+ 和U O 来表示。一般情况下可以不画出电源连线。其输入端对地输入，输出端对地输出。
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课题1 集成运算放大器
一、认识集成运放 1. 零点漂移
(1）零点漂移现象当放大电路处于静态时，即输入信号电压为零时，输出端的静态电压应为恒定不变的稳定值。但是在直流放大电路中，即使输入信号电压为零，输出电压也会偏离稳定值而发生缓慢的、无规则的变化，这种现象叫做零点漂移，简称零漂。如图3-1-1 (a) 所示直接耦合放大电路，即使将输入端短路，在其输出端也会有变化缓慢的电压输出，即Ui＝0，U0=0。
2
，故uO =uO1 -uO2 =0。也就是说，当输入信号为0时，其输出信号也
为0。
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课题1 集成运算放大器
(3）动态特性
1)差模特性电路的两个输入端各加上一个大小相等、极性相反的电压信号，称为差模输入方式。此时，uIl =uI /2，uI2 = - uI /2，若用uID 表示差模输入信号，则有uID =uI1 –uI2。在差模输入信号作用下，差动放大电路一个管的集电极电流增加，而另一管的集电极电流减少，使得uO1 和uO2 以相反方向变化，在两个输出端将有一个放大了的输出电压uO 。这说明，差动放大电路对差模输入信号有放大作用。
电子技术基础与技能
模块三集成运算放大电路
目录
• 课题1 集成运算放大器 • 课题2 低频功率放大电路
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任务导入
进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD等等。所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器，而功率放大器对音色的还原质量,有着举足轻重的作用。
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课题1 集成运算放大器
图3-1-5 集成运放的传输特性曲线
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课题1 集成运算放大器
二集成运算放大器的基本运算电路
1.反相比例运算电路
如图3-1－7所示，输入信号ui经外接电阻R1送到反相输入端，而同相输入端通过电阻R2接地。反馈电阻RF跨接在输出端和反相输入端之间，形成电压并联负反馈。
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课题1 集成运算放大器
图3-1-9 同相比例运算电路原理图
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课题1 集成运算放大器
3.差动比例（减法）运算电路
减法运算电路是指输出电压与多个输电压和差值呈比例的电路，常用差动输入方式来实现。如图3-1－12所示。
R3 R R u o u o u o F u i1 (1 F ) ui 2 R1 R1 R2 R3
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课题1 集成运算放大器
8.理想运算放大器
(1）理想集成运放的特性
①开环电压放大倍数Aod = ∞ ；
②差模输入电阻rid = ∞ ； ③输出电阻ro =0；
④共模抑制比KCMR = ∞ ；
⑤输入偏置电流IB1 =IB2 =0。
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课题1 集成运算放大器
理想集成运放的两个重要结论
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课题1 集成运算放大器
2)共模特性
电路的两个输入端各加上一个大小相等、极性相同的电压信号，称为共模输入方式。此时，uIl =uI2 =uI /2，若用uIC表示共模输入信号，则有uIC =( uIl +uI2)/2。在共模信号作用下，由于电路参数对称，两管集电极电流的变化是大小相等、方向相同，因此uO1 和uO2 相等，输出端uO =uO 1 -uO2 =0。这说明，差动放大器电路对共模输入信号没有放大作用，起抑制作用。
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课题1 集成运算放大器
6.集成运算放大器的主要参数
1.最大输出电压Uopp 2.开环差模电压放大倍数Auo 3.输入失调电压Uio 4.输入失调电流Iio 5.最大输出电流Iomax
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课题1 集成运算放大器
7.集成运放的种类
1．通用型 2．低功耗型 3．高精度型 4．高阻型
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课题1 集成运算放大器
(4）共模抑制比
K CMR
Ad Ac
K CMR
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Ad 20 lg Ac
(dB)
Байду номын сангаас
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课题1 集成运算放大器
(5）抑制零点漂移
在差动放大电路中，温度或电源电压的波动，会引起两管集电极电流相同的变化，其效果相当于共模输入方式。由于电路元器件的对称性及发射极接有恒流源，在理想情况下，可使输出电压保持不变，从而抑制了零点漂移。当然，实际上要做到两管电流完全对称和理想恒流源是比较困难的，由于实际的电路元器件存在微小的不对称，造成差动放大电路静态时的输出电压不为0。但是，可以在差动放大电路中加上调零电路使静态时的输出电压为0。
(1)虚断路原则（简称虚断）因rid→∞有i+≈i-≈0，即理想运放两个输入端的输入电流近似为零。 (2)虚短路原则（简称虚短）因Auo→∞，故有u+≈u-即理想运放两个输入端的电位近似相等。
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课题1 集成运算放大器
(2）集成运放的传输特性
表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线称为传输特性曲线，如图3-1-5所示，可分为线性区和非线性区。 1)线性区工作在线性区时，UO和Ui是线性关系，即 UO=AodUi=Aod（U- -U+） 2) 非线性区集成运算放大器工作在非线性区时，这时输出电压只有两种可能。当U- ＞U+时，UO=-UOm 当U- ＜U+时，UO=+UOm 此时虚短原则不成立，U- ≠U+，虚断原则仍然成立，即有I- =I+= 0。
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课题1 集成运算放大器
4.集成运算放大器的特点：
1．集成运放采用直接耦合方式，是高质量的直接耦合放大电路。 2．集成运放采用差动放大电路克服零点漂移。由于在很小的硅片上制作很多元件，所以可使元件的特性达到非常好的对称性，加之采用其它措施，集成运放的输入级具有高输入电阻、高差模放大倍数、高共模抑制比等良好性能。 3．用有源元件取代无源元件。用电流源电路提供各级静态电流，并以恒流源替代大阻值电阻。 4．采用复合管以提高电流放大系数。
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课题1 集成运算放大器
(3)抑制零点漂移的措施
①选用稳定性能好的高质量的硅管。 ②采用高稳定度的稳压电源可以抑制电源电压波动引起的零漂。 ③利用恒温系统来减小温度变化引起的零漂。
④利用两只特性相同的三极管组成差动放大器，它可以有效地抑制零漂。
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课题1 集成运算放大器
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课题1 集成运算放大器
图3-1-3 集成运放的符号及内部电路框图
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课题1 集成运算放大器
(1)输入级输入级又称前置级，它是一个高性能的差动放大电路。输入级的好坏影响着集成运放的大多数参数。 (2)中间级中间级是整个电路的主放大器，主要功能是获得高的电压放大倍数。 (3)输出级输出级应具有输出电压范围宽，输出电阻小，有较强的带负载能力，非线性失真小等特点。 (4)偏置电路偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。
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课题1 集成运算放大器
图3-1-16 负反馈放大电路的原理框图
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课题1 集成运算放大器
设基本放大电路的放大倍数为A，反馈网络的反馈系数为F，则反馈放大电路的放大倍数为：
xo xo A Af xi xd xf 1 AF
通常称Af为反馈放大电路的闭环放大倍数，A为开环放大倍数，1+AF 为反馈深度，它反应了负反馈的程度。
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课题1 集成运算放大器
图3-1-14 加法运算电路
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课题1 集成运算放大器
三、放大电路中的负反馈
1．反馈的基本概念
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（称为反馈电路）送回到输入回路，从而影响输入信号的过程称为反馈。反馈到输入回路的信号称为反馈信号。如图3-1-16所示为负反馈放大电路的原理框图，它由基本放大电路A、反馈网络F和比较环节∑三部分组成。基本放大电路由单级或多级组成，完成信号从输入端到输出端的正向传输。反馈网络一般由电阻元件组成，完成信号从输出端到输入端的的反向传输，即通过它来实现反馈。图中箭头表示信号的传输方向，xi、xo、xf和xd 分别表示外部输入信号、输出信号、反馈信号和基本放大电路的净输入信号，它们既可以是电压，也可以是电流。比较环节实现外部输入信号与反馈信号的叠加，以得到净输入信号xd。
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课题1 集成运算放大器
（a）直接耦合放大电路（b）零点漂移现象图3-1-1 直接耦合放大电路及其零点漂移现象
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课题1 集成运算放大器
(2) 产生零点漂移的原因
产生零点漂移的原因有电源电压的波动、温度变化、元器件老化等，其中温度变化是产生零漂的最主要的原因，因此，也称为温度漂移。