第9章 集成运算放大器及其应用
第九章运算放大电路
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。
27
加法运算电路
1. 反相加法运算电路 ui2 ii2 R12 if RF
因虚断，i– = 0 所以 ii1+ ii2 = if
ro
＋
Avo(vp-vN)
－
vo
开环电压放大倍数高(104-107)； 输入电阻高（约几百KΩ）； 输出电阻低（约几百Ω）； 漂移小、可靠性高、体积小、重量轻、价格低 。
8
四 电压传输特性 uo= f (ui)
uo 近似特性 U＋
-Uds
实际特性
O Uds up-un
-U-
分三个区域： ①线性工作区：
)u
ui1 u R21
ui2 u R22
i
0
ui1 ui2
u
R22 R21 R22
ui1
R21 R21 R22
ui 2
RF
R1
–
u+ + +
R21
+ uo –
R22 平衡电阻：
R21 // R22 = R1 // RF
uo
(1
RF R1
)( R22 R21 R22
ui1 ii1 R11
– +
+
+ R2
R2= R11 // R12 // RF
uo –
若 R11 = R12 = R1
则：uo
若 R1 =
集成 放大器
第一节 心脏除颤仪
再次观察除颤效果，是否恢复窦性心律， 以及神志、生命体征、皮肤情况，若恢复 窦性心律， 给予持续心电监护。
8. 协助病人取适宜体位，清洁皮肤，安慰 病人，整理床单位。
9. 关闭电源，开关置OFF位置，清洁电极 板和仪器，充电备用。洗手、记录。
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9.2 放大电路中的负反馈
9. 2. 1反馈的基本概念
1.反馈的概念 前面各章讨论放大电路的输人信号与输出信号间的关系时.只
涉及输人信号对输出信号的控制作用.这称做放大电路的正向 传输作用。然而.放大电路的输出信号也可能对输人信号产生 反作用。简单地说.这种反作用就叫做反馈。 引入反馈的放大电路称为反馈放大电路.它由基本放大电路、 反馈网络、输出取样、输人求和四部分组成一个闭合环路.称 为反馈环路只有一个反馈环路组成的放大电路.称为单环反馈 放大电路.如图9-4所示。其中.x1是输人信号;x0是输出信 号;xF是反馈信号;xID是净输人信号。这些电量可以是电压. 也可以是电流。
R波无关，放电由人工控制，可发生在心
动周期的任何时期，按下放电开关即可放
电。心脏除颤仪开机后自动默认为非同步
状态，室颤、室扑急救时切记采用非同步
模式。
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第一节 心脏除颤仪
心搏骤停（sudden cardiac arrest， SCA）是临床急救医学中最紧急、最严重 的心脏急症，就心搏骤停时的ECG表现形 式而言，72％~80％以上为心室颤动。电 除颤是抢救因室颤而致心搏骤停病人最有 效的方法。而电除颤的时机是治疗心室颤 动的关键，每延迟除颤时间1min，复苏 的成功率将下降7％~10％。在心搏骤停 发生1min、5min、7min、9min、 12min分钟内行电除颤，病人存活率分别 为90％、50％、30％、10％和上一2页％下~一5页％。返回
集成运算放大器的应用有哪些
集成运算放大器的应用有哪些集成运算放大器（Operational Amplifier，简称OP-AMP) 是现代电子技术中常用的一种集成电路，广泛应用于信号放大、积分、微分、比较、滤波、波形变换、逻辑运算等电路中。
本文将介绍一些集成运算放大器的应用。
一、信号放大集成运算放大器广泛应用于信号放大电路中，其直接或变压器耦合输入方式具有低输入电阻、高输入阻抗、低噪声、高增益和宽带等特性。
在应用中，可通过精心设计放大器电路，控制反馈，实现高增益稳定运行。
二、积分电路积分电路是信号处理电路中的基本电路，它能将信号输入与时间积分，输出的是输入信号积分后的值。
集成运算放大器常用于积分电路的设计，其放大电压信号，然后通过电容对信号进行积分。
例如，在三角形波发生器电路中，可通过电容积分得到正弦波信号，而集成运算放大器的内部电路通常包含差分放大器，可将输入信号转化为电压差，用于驱动电容，完成积分计算。
三、微分电路微分电路是在信号处理中广泛应用的一种电路，它能够将信号对时间的微分操作，其输出电压是输入信号微分后的值。
集成运算放大器也常用于微分电路的设计中，可通过对输入信号进行微分计算得到输出信号。
例如，在测量热电偶温度时，可将温度信号输入到集成运算放大器中，通过差分放大器将信号转化为电压差，然后用电阻对信号进行微分计算，输出即为最终温度值。
四、比较电路比较电路是一种将两个信号进行比较然后输出比较结果的电路，它广泛应用于数字电路、自动控制、计算机硬件等领域。
集成运算放大器常用于比较电路中，它的输出能够根据电压的大小关系取两个输入信号中的一个。
例如，电压比较器是一种常见的电路，它采用集成运算放大器作为比较电路的核心元件，用于比较两个不同电压的大小关系，以便输出相应的状态。
五、滤波器滤波器是一种通过对输入信号进行滤波操作，抑制或增强特定频率信号的电路。
集成运算放大器广泛应用于滤波电路的设计中，其内部电路包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等类型。
集成运算放大器及其应用
第5章集成运算放大器及其应用在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制作在一块硅基片上，构成具有特定功能的电子电路，称为集成电路。
集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产，因此其发展速度极为惊人。
目前集成电路的应用几乎遍及所有产业的各种产品中。
在军事设备、工业设备、通信设备、计算机和家用电器等中都采用了集成电路。
集成电路按其功能来分，有数字集成电路和模拟集成电路。
模拟集成电路种类繁多，有运算放大器、宽频带放大器、功率放大器、模拟乘法器、模拟锁相环、模/数和数/模转换器、稳压电源和音像设备中常用的其他模拟集成电路等。
在模拟集成电路中，集成运算放大器（简称集成运放）是应用极为广泛的一种，也是其他各类模拟集成电路应用的基础，因此这里首先给予介绍。
集成电路与运算放大器简介5.1.1 集成运算放大器概述集成运放是模拟集成电路中应用最为广泛的一种，它实际上是一种高增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大器。
之所以被称为运算放大器，是因为该器件最初主要用于模拟计算机中实现数值运算的缘故。
实际上，目前集成运放的应用早已远远超出了模拟运算的范围，但仍沿用了运算放大器（简称运放）的名称。
集成运放的发展十分迅速。
通用型产品经历了四代更替，各项技术指标不断改进。
同时，发展了适应特殊需要的各种专用型集成运放。
第一代集成运放以μA709（我国的FC3）为代表，特点是采用了微电流的恒流源、共模负反馈等电路，它的性能指标比一般的分立元件要提高。
主要缺点是内部缺乏过电流保护，输出短路容易损坏。
第二代集成运放以二十世纪六十年代的μA741型高增益运放为代表，它的特点是普遍采用了有源负载，因而在不增加放大级的情况下可获得很高的开环增益。
电路中还有过流保护措施。
但是输入失调参数和共模抑制比指标不理想。
第三代集成运放代以二十世纪七十年代的AD508为代表，其特点使输入级采用了“超β管”，且工作电流很低。
集成运算放大器应用介绍
控制电路
集成运算放大器可以 用于控制电路，实现
1 对电压、电流、频率
等参数的调节和控制。
集成运算放大器可
4
以用于实现开关控
制，实现对电路的
开关控制。
集成运算放大器可以
应用于自动调速、自
动调压、自动调温等
2
控制系统中，实现对
系统的精确控制。
3
集成运算放大器可
以用于实现PID控制，
实现对系统的稳定
控制。
03
信号发生器：用 于产生各种波形 的信号，如正弦 波、方波、三角 波等，以实现信 号的测试和仿真
04
信号处理：用于 实现信号的放大、 滤波、调制、解 调等处理，以满 足各种信号处理 的需求
4
集成运算放大 器的发展趋势
更高性能
01
更高精度： 提高运算 放大器的 精度，降 低误差
02
更高速度： 提高运算放 大器的响应 速度，满足 高速信号处 理需求
04
消费电子：用于 音频处理、图像
处理等
05
汽车电子：用于 汽车电子控制单
元（ECU）等
06
航空航天：用于 导航、控制等
07
物联网：用于传 感器网络、智能
设备等
08
绿色能源：用于 太阳能、风能等 可再生能源的转
换和控制
谢谢
03
更低功耗： 降低运算放 大器的功耗， 提高能源效 率
04
更小体积： 减小运算放 大器的体积， 满足便携式 设备的需求
05
更多功能： 集成更多功 能，如信号 处理、数据 转换等，提 高集成度
更低功耗
01 随着技术的进步，集成运算 放大器的功耗越来越低，提 高了设备的能源效率。
第9章-集成运算放大器及其应用
集成数模转换电路 ‹#›
9.1 简介
9.1.1 集成运算放大器旳特点
在制造工艺上，集成运放极难制造电感、电容大电 阻元件，所以需要时一般都采用外接旳措施。而制 造晶体管却最轻易，一般采用晶体管恒流源替代电 阻；把晶体管旳三极合适组配作二极管用。
uo
R2
当输入信号为阶跃电压时，
积分电路
ui
U o -U
uo
Ui R1C F
t
t
Uo(sat) uo o
-Uo(sat)
t
‹#›
9.2.4 积分运算
与此前学过旳RC积分电路相比，运放所构成旳
有源积分电路其积分曲线旳线性度很好。这是
因为充电电流基本恒定。
if
i1
Ui R1
右图是在控制和测量系
统中常用旳百分比-积分 ui1
理想旳运算放大器，当输入电压为零时，即ui1=ui2=0， 输出电压uo=0。但在实际旳运算放大器中，因为制造中
也极难做到参数完全对称，所以当输入电压为零时， uo≠0 。反过来说，假如要，必须在输入端加一种很小旳 补偿电压，它就是输入失调电压。 UIO一般为几毫伏， 显然它越小越好。
‹#›
9.1.3 主要参数
+
ui R2
uo
uo
‹#›
9.2.2 加法运算
在反相端输入若干路信号， ui1
构成反相加法运算电路。
i11
ui1 R11
i12
ui 2 R12
i f i11 i12 i13
i13
ui 3 R13
if
uo RF
ui2 i11 R11
第9章 集成运算放大器
输入级一般采用具有恒流源的双输入端的差分放大 电路，其目的就是减小放大电路的零点漂移、提高输入 阻抗。 中间级的主要作用是电压放大，使整个集成运算放 大器有足够的电压放大倍数。 输出级一般采用射极输出器，其目的是实现与负载 的匹配，使电路有较大的功率输出和较强的带负载能力。
偏置电路的作用是为上述各级电路提供稳定合适的偏 置电流，稳定各级的静态工作点，一般由各种恒流源电路 构成。 图9-2所示为 LM 741集成运算放大器的外形和管脚图。 它有8个管脚，各管脚的用途如下: (1)输入端和输出端
第二级为反相电路，则有 R21= RF =100 kΩ 平衡电阻为 Rb2= RF∥R21 =100∥100=50 kΩ
三、减法运算电路
如果两个输入端都有信号输入，则为差分输入。差 分运算在测量和控制系统中应用很多，其放大电路如图 9-12所示。 根据叠加原理可知，uo为ui1和ui2分别单独在反相 比例运算电路和同相比例运算电路上产生的响应之和， 即
四、微分运算电路和积分运算电路
1.微分运算电路 微分运算电路如图9-13（ a）所示。依据 u u ≈0，可得 iR=iC 所以
d(ui u ) u uo C dt，因此称为微分运算电路。 在自动控制电路中，微分运算电路不仅可实现数学 微分运算，还可用于延时、定时以及波形变换。如图913（ b）所示，当ui为矩形脉冲时，则uo为尖脉冲。
（2）集成运算放大器同相输入端和反相输入端的输 入电流等于零（虚断）因为理想集成运算放大器的 rid→∞，所以由同相输入端和反相输入端流入集成运算 放 大器的信号电流为零，即 i i ≈0
u u
图9-3 理想集成运算放大器 的符号
图9-4 集成运算放大器的电 压传输特性
集成运算放大器及其应用PPT教案
9.1 集成运算放大器简介（续F 17）
其中线A性、B应、F用分别电为路一部一分电般路结（包构
括信号源）。分析目的是找出输出电
i1
if
A
u-
∞
压。
B u+
uo
线性应用电路的分析方法
判断电路组成是否具有从输出端引至反相输入端的“反馈通路”（初步
判断运算放大器工作在线性工作区），若存在，则按下述（线性应用电路的 ）六个步骤进行分析。
共模特性
共模抑制比KCMR：80~120dB 共模输入电阻Ric：>100MW 第9页 最大共模输入电压或共模电压输入范围
9.1 集成运算放大器简介（续8）
集成运算放大器的主要技术指标(2)
输入误差特性
输入偏置电流IiB BJT：10~100nA；FET：1~10pA 输入失调电压Uio ±(1~10)mV 输入失调电流Iio 0.05~0.1 IiB
集成电路的特点
体积小、重量轻、功耗低、高可靠、低成本。
第4页
9.1 集成运算放大器简介（续3）
集成运算放大器的组成
集成运算放大器属线性模拟集成电路，它是多级
直接耦合放大电路组成的、带有深度负反馈的、具
有极高放大倍数的一种放大器件。
同相根输入据端功能+，集成输运算放大中器内部由五输个部分输组出成端 :
输出端只有两种输出状态：UOM
第21页
9.1 集成运算放大器简介（续20）
开环结构非线性应用电路分析方法
1. 利用i+=i=0，分别确定 u+ 和 u 2. 比较u+ 和 u确定输出电压：
u+ > u uo =UOH ； u+ < u uo =UoL
集成运算放大器应用
01
人工智能和机器学习
随着人工智能和机器学习技术的发展，集成运算放大器有望在这些领域
发挥更大的作用。例如，用于数据采集和处理、信号处理和模式识别等
应用。
02
物联网和智能传感器
随着物联网和智能传感器技术的发展，集成运算放大器在智能传感器和
物联网节点中的应用将更加广泛。例如，用于环境监测、智能家居和工
业自动化等领域。
详细描述
集成运算放大器作为核心器件，在信号运算处理中发挥着关键作用。通过配置适当的反馈网络，集成 运算放大器可以实现加法、减法、积分、微分等运算功能，广泛应用于信号调理、控制系统等领域。
有源滤波器
总结词
集成运算放大器可用于构建有源滤波器，对信号进行频率选 择和噪声抑制。
详细描述
有源滤波器是一种能够实现特定频率范围通过或抑制的电路 ，利用集成运算放大器的高开环增益和低噪声特性，可以构 建多种有源滤波器，如低通、高通、带通、带阻滤波器等， 广泛应用于信号提取、噪声抑制等领域。
总结词
集成运算放大器可以实现电流-电压转换和 电压-电流转换，将不同类型的信号进行相 互转换。
详细描述
集成运算放大器具有高输入阻抗和低输出阻 抗的特点，可以利用其输入和输出特性实现 电流-电压转换和电压-电流转换。在传感器 信号采集、电子测量等领域，这种转换功能 非常有用，可以将不同类型的信号进行相互 转换，便于后续处理或传输。
降低功耗
随着便携式电子设备的需求增加，集成运算放大器的功耗也受到了越来越多的关注。因此，低功耗设计成为了集成运 算放大器的一个重要发展趋势。
集成化和小型化
随着集成电路技术的发展，集成运算放大器也正朝着集成化和小型化的方向发展。这使得它们在便携式 设备、穿戴设备和物联网等领域的应用更加方便。
集成运算放大器及应用—集成运算放大器(电子技术课件)
（a）新国标符号
（b）以往用过的符号
图3.1.2 集成运放的符号
4.集成运放实物 （1）封装形式、引脚排列
金属壳封装
双列直插式 塑料封装
图3.1.3 集成运放封装与引脚图
图3.1.4 LM324引脚图
（2）运算放大器外形图
图3.1.5 集成运放实物图
三、理想集成运放的主要参数 1.理想集成运放
4.共模抑制比 KCMR 反映了集成运放对共模信号的抑制能力。
5.输入失调电压、电流 U IO 0 I IO 0 它是指集成运放输出电压为零时，两个输入端所加补偿电压的大小、两个输
入端的静态电流之差均为零。 6.上限截止频率 f H
反映集成运放的频率特性。
集成运放的线性应用（一）
3.2.1 集成运放的线性应用（一）
差模信号是指 ui1 = – ui2，即两个输入信号大小相同，极性相反。 共模信号是指 ui1 = ui2 ，即两个输入信号大小相同，极性相同。
2.输入电阻 rid
它是指集成运放在开环状态下，输入差模信号时两输入端之间的动态电阻， 反映差模输入时，集成运放向信号源索取电流的大小。
3.输出电阻 ro 0
二、集成运放的组成及符号 1.集成运放的组成框图
uid +
输入级
中间电压 放大级
输出级 uo
偏置电路
图3.1.1 集成运放的组成框图
2.各组成部分的特点
采用差分放大电路。要求输入电阻 高，输入端耐压高，抑制温度漂移 能力强，静态电流小。
采用共发射极放大 电路。要求有足够 的放大能力。
采用互补对称输出电 路。要求输出电压范 围宽，输出电阻小， 非线性失真小。
一、线性区的集成运放
集成运算放大器的原理与应用讲解
集成运算放大器的原理与应用讲解1. 什么是集成运算放大器（Op Amp）？•集成运算放大器（Op Amp）是一种高增益、直流耦合、差分放大器，常被用于放大、滤波和电压比较等电路应用。
•Op Amp是一种集成电路芯片，通常包含多个晶体管、电阻和电容等被精确布局在一个芯片上。
2. 集成运算放大器的原理•Op Amp的核心是差动放大器，由两个输入端（非反馈端和反馈端）和一个输出端组成。
•在差动放大器中，非反馈端的输入信号被放大器放大，然后通过反馈回到非反馈端，从而形成放大器的反馈机制。
•Op Amp的增益由开环增益和反馈网络的配置决定。
3. 集成运算放大器的主要特性•增益：Op Amp具有非常高的开环增益，通常在105到108之间。
•输入阻抗：Op Amp的输入阻抗非常大，通常在106到1012欧姆之间。
•输出阻抗：Op Amp的输出阻抗非常小，通常在几十欧姆以下。
•带宽：Op Amp的带宽是指在给定增益下能够传输信号的频率范围。
4. 集成运算放大器的应用4.1 可逆放大器•可逆放大器是Op Amp最常见的应用之一，采用负反馈的方式将输出信号的一部分反馈到输入端。
•可逆放大器可以用于放大和滤波等电路，常用的配置包括反向放大器、比例放大器和积分器等。
4.2 比较器•Op Amp可以作为比较器使用，将输入信号与一个参考电压进行比较，输出高电平或低电平。
•比较器广泛应用于电压比较、电压检测和信号切换等电路。
4.3 运算放大器•运算放大器是一种特殊的Op Amp应用，采用负反馈的方式实现各种算术运算。
•常见的运算放大器电路包括加法器、减法器、乘法器和除法器等。
4.4 滤波器•Op Amp可以用于构建各种类型的滤波器，如低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。
•滤波器可以用于信号调整、降噪和频谱分析等应用。
5. 集成运算放大器的选择与设计•在选择和设计集成运算放大器时，需要考虑参数如增益、输入阻抗、输出阻抗、带宽和供电电压等。
电工电子技术课程课件集成运算放大器及其应用
本章教学基本要求
• 了解集成运算放大器的基本组成。
• 理解运算放大器的电压传输特性，了解其主 要参数的意义。
• 掌握理想运算放大器的表示符号和基本分析 方法。
• 理解用运放组成的比例、加减、微分、积分 运算电路的工作原理。了解有源滤波电路的 工作原理。
• 理解电压比较器的工作原理及应用。 • 本章讲授学时: 4学时 自学学时: 20学时
非线性区
• 传输特性的特点
线性区
uo U o(sat)
分为线性区和非线性区，其分析方法 不一样。
• 工作在线性区时
1.理想运放的两个输入端的电位相等
u u ——虚短
Au0
u
u
uo Au0
0
2.理想运放的两个输入端的输入电流为零。
i i 0 ——虚断 rid
1. 集成电路的外形： 国产集成运放的封装外形主要采用圆壳式和双列直插式。
概述
接正电源 (+9~+18)V
为输出端
2. 集成运放的管脚顺序及功能
CF741接线如图所示，双列直插式集成运放的管脚顺序是，管 脚向下，标志于左，序号自下而上逆时针方向排列。
为空脚
接负电源（9~-18）V
为反相输入 端（输出信 号与输入信 号反相位）
uo U o(sat)
0
u u －U o(sat)
uo
集成运放的应用
• 概述 • 运放在信号运算方面的应用 • 运放在信号处理方面的应用 • 运放应用中的反馈 • 集成运放的使用
概述
运算：比例、加减、积分与微分等。是线性 范围内的运算，都适用叠加原理。
电路中的集成运算放大器有哪些常见应用
电路中的集成运算放大器有哪些常见应用集成运算放大器（Operational Amplifier，简称OP-AMP）是一种高增益、差分输入的电子放大器，广泛应用于各种电路中。
其特点是具有高输入阻抗、低输出阻抗、高增益和宽带宽等特性，使其在电子电路中具有广泛的应用场景。
本文将介绍集成运算放大器的常见应用。
一、比较器应用集成运算放大器常用作比较器，将两个输入信号进行比较，并输出高电平或低电平信号。
比较器广泛应用于模拟量与数字量的转换电路、触发器电路和开关电路等。
由于集成运算放大器的开环增益极高，可以将其作为一个高增益的比较器来使用。
二、信号放大器应用集成运算放大器可以作为信号放大器，常常用于放大小信号。
在电子测量仪器、音频设备和放大器电路中，集成运算放大器可以将微弱的输入信号放大到足够的幅度，以便后续电路进行处理。
同时，由于集成运算放大器具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点，可以有效地保持信号的稳定性和减小干扰。
三、滤波器应用集成运算放大器被广泛应用于滤波器电路中，用于实现不同类型的滤波功能。
通过合理设计电路参数，可以实现低通滤波、高通滤波、带通滤波和带阻滤波等不同的滤波效果。
这些滤波器常见于音频设备、无线通信电路和精确测量仪器等领域，用于滤除噪声、增强特定频率信号或去除干扰。
四、运算器应用集成运算放大器还可作为数学运算器，用于实现信号的数学运算。
比如，加法器、减法器和乘法器等。
在模拟计算系统、自动控制系统以及信号处理系统中，集成运算放大器可以实现各种数学运算，对输入信号进行处理和合成。
五、积分器和微分器应用集成运算放大器可以通过不同的电路连接方式构成积分器和微分器，用于实现信号的积分和微分运算。
积分器常用于测量仪器、自动控制系统和滤波器中，实现对信号的积分操作，从而得到积分结果。
微分器则在信号处理和自动控制系统中广泛使用，用于实现对信号的微分运算，反映信号变化率。
六、振荡器应用集成运算放大器还可作为振荡器的关键组件，用于产生稳定的振荡信号。
集成运算放大器及其应用—集成运放的应用
U TH
R2 R2＋R f
U z＋U D
０
t
10 10＋20
（11.3
0.7）
（4 V）
-12
UTL ４（V）
例2、方波发生器
ui
U TH
０
t
U TL
uO
U OM
UTH
R2 R2＋R f
U z＋U D
０
t
UTL
R2 R2＋R f
U z＋U D
UOM
设:初始状态是:输出高电平,即u0=+UOM
电阻(resistance) R
电感(inductance) L
电容(capacitance)
C 电压源(voltage source)
电流源(current source)
E
Is
01
运放开环工作状态，所以集成运放都工作在非线性区。
因而输出电压只有两种情况，不是＋UOM,就是－UOM。
也就是说，比较器的输入信号是连续变化的模拟量，而输出信号则是 数字量，即“１”或“０”。
因此，比较器可以作为模拟电路与数字电路的接口。
为了使比较器的输出电压等于某个特定值，可以采取限幅的措施 uo UZ+UD ui
（1）反相比较器
（2）同相比较器
03
滞回电压比较器（简称滞回比较器）又称 为施密特触发器。
结构特点：引入了正反馈 以反相滞回比较器为例
上限比较电压（输出为高电平时）
U
TH
＝
R2 R2＋R
f
Uz ＋UD
当ui由小到大时,与UTH比较
下限限比较电压（输出为低电平时）
U
＝
TL
R2 R2＋R
集成运算放大器的基本应用
实验九集成运算放大器的基本应用（Ⅱ）─有源滤波器─一、实验目的1、熟悉用运放、电阻和电容组成有源低通滤波、高通滤波和带通、带阻滤波器。
2、学会测量有源滤波器的幅频特性。
二、实验原理（a）低通（b）高通(c) 带通（d）带阻图9－1 四种滤波电路的幅频特性示意图由RC元件与运算放大器组成的滤波器称为RC有源滤波器，其功能是让一定频率范围内的信号通过，抑制或急剧衰减此频率范围以外的信号。
可用在信息处理、数据传输、抑制干扰等方面，但因受运算放大器频带限制，这类滤波器主要用于低频范围。
根据对频率范围的选择不同，可分为低通(LPF)、高通(HPF)、带通(BPF)与带阻(BEF)等四种滤波器，它们的幅频特性如图9－1所示。
具有理想幅频特性的滤波器是很难实现的，只能用实际的幅频特性去逼近理想的。
一般来说，滤波器的幅频特性越好，其相频特性越差，反之亦然。
滤波器的阶数越高,幅频特性衰减的速率越快，但RC 网络的节数越多，元件参数计算越繁琐，电路调试越困难。
任何高阶滤波器均可以用较低的二阶RC 有滤波器级联实现。
1、 低通滤波器（LPF ）低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频信号。
如图9－2（a ）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。
它由两级RC 滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容C 接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。
图9－2（b ）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。
(a)电路图 (b)频率特性图9－2 二阶低通滤波器电路性能参数1f uP R R 1A += 二阶低通滤波器的通带增益 RC2π1f O = 截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。
uPA 31Q -= 品质因数，它的大小影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。
2、 高通滤波器（HPF ）与低通滤波器相反，高通滤波器用来通过高频信号，衰减或抑制低频信号。
只要将图9－2低通滤波电路中起滤波作用的电阻、电容互换，即可变成二阶有源高通滤波器，如图9－3(a)所示。
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8—闲置端（NC）
反相输入端：由此端接输入信号，则输入输出
信号反相。
同相输入端：由此端接输入信号，则输入输出
信号同相。
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9.1.3 主要参数
为了合理的选用和正确的使用运算放大器，必须了解 集成运算放大器的各主要参数的意义。 1．最大输出电压Uopp
能使输出电压与输入电压保持不失真关系的最 大输出电压。F007的Uopp约为±12～±13V。
(2) 输入电流约等于 0
uo +Uo(sat)
即 i+= i– 0 ,称“虚断”
线性区
O
u+– u–
Auo越大，运放的 线性范围越小，必
–Uo(sat)
须加负反馈才能使 其工作于线性区。
4. 理想运放工作在饱和区的特点
电压传输特性
uo +Uo(sat)
饱和区
O
u+– u–
–Uo(sat)
(1) 输出只有两种可能, +Uo(sat) 或–Uo(sat) 当 u+> u– 时， uo = + Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat) 不存在 “虚短”现象
(2) i+= i– 0,仍存在“虚断”现象
9.2 运算放大器在信号运算方面的运用
集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体器 件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进行比 例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、 乘法和除法等运算。
运算放大器工作在线性区时，通常要引入深度负 反馈。所以，它的输出电压和输入电压的关系基本 决定于反馈电路和输入电路的结构和参数，而与运 算放大器本身的参数关系不大。改变输入电路和反 馈电路的结构形式，就可以实现不同的运算。
5．输入失调电流IIO 输入失调电流是指输入信号为零时，两个输入端静态基 极电流之差，即IIO =︱IB1-IB2︱， IIO一般在零点零几 微安级，其值越小越好。 6．输入偏置电流IIB 输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的平均值， 即IIB =（IB1+IB2）/2 。这个电流也是越小越好，一般在 零点几微安级。 7.最大共模输入电压UICM 集成运放对共模信号具有抑制作用，但这种抑制作用要 在规定的共模输入电压范围内才起作用。
运放各级之间均采用直接耦合的方式。集成电 路中的各个晶体管是通过同一工艺过程制作在同一 硅片上的，温度性能基本保持一致，因此易制成温 度漂移很小的差动放大器。
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9.1.2 电路的简单说明
集成运算放大器由输入级、中间级、输出级和 偏置电路四个部分组成。
输
输入级
中间级
输出级
输
入
出
端
偏置电路
端
输入级：由差放构成。减小零漂和抑制干扰。
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9.1.3 主要参数
8．共模抑制比KCMR F007型晶体管的KCMR约为80dB，目前有的晶体管的 KCMR已高达160dB，KCMR越大，说明集成运算放大器的 共模抑制性能越好
集成运算放大器的其它参数的意义是可以理解的，就不 一一说明了。总之，集成运算放大器具有开环电压放大 倍数高、输入电阻高（约几兆欧）、输出电阻低（约几 百欧）、零点漂移小、体积小、可靠性高等优点，因此 它被广泛地应用于各个技术领域，已成为一种通用器件。
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9.1.4 理想运算放大器及其分析依据 1. 理想运算放大器
+UCC
Auo ， rid ， ro 0 ， KCMR
u–
2. 电压传输特性 uo= f (ui)
u+
–+ +
uo
+Uo(sat) uo
线性区：
–UEE
理想特性
线性区
uo = Auo(u+– u–)
实际特性
O
u+– u– 非线性区：
9.2.1 比例运算
1. 反相输入比例运算
RF —反馈电阻；
虚断 if RF
R2 —平衡电阻，保持两个输入端外 i1 R1 接电阻相等，保证运算放大器工作
-∞
在对称平衡状态。 R2= R1∥RF
第9章 集成运算放大器及其应用
分立电路：由各种单个元件联接起来的电子电路 集成电路：把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同 时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的整体。 优点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格便宜 分类：集 成 度——SSI（小规模)、MSI、LSI、VLSI
导电类型——双极型、单极型、兼容型 功 能——数字、模拟、混合
模拟 集成运算放大器 集成 集成功率放大器 电路 集成稳压电源
集成数模转换电路 ‹#›
9.1 简介
9.1.1 集成运算放大器的特点
在制造工艺上，集成运放很难制造电感、电容 大电阻元件，需要时一般都采取外接的方法。
由于制造晶体管最容易，一般采用晶体管恒流 源代替电阻；把晶体管的三极适当组配作二极管用。
饱和区
u+> u– 时， uo = +Uo(sat)
–Uo(sat)
u+< u– 时， uo = – Uo(sat)
3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– –
i+ +
∞ +
因为 uo = Auo(u+– u– ,称“虚短”
电压传输特性
2．开环电压放大倍数AUO 在没有外接反馈电路时所测出的差模电压放大倍数。 AUO越高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高， 一般约为104 ～ 107。
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9.1.3 主要参数
3．开环（差模）输入电阻rid 运算放大器开环时，从两输入端看进去的等效动态电阻 称为开环输入电阻。rid越大说明集成运算放大器由差模 信号源输入的电流就越小，F007的rid约为1~2MΩ。 4．输入失调电压UIO
中间级：共射放大电路。用于电压放大。
输出级：互补对称电路。
降低输出电阻，提高带载能力。
偏置电路：由恒流源电路构成。
确定运放各级的静态工作点。
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9.1.2 电路的简单说明 运放举例：F007
78
2 ∞6
F007
3
4
15
876 5
F007
1234
2—反相输入端 3—同相输入端 6—输出端 4—正电源端
理想的运算放大器，当输入电压为零时，即ui1=ui2=0， 输出电压uo=0。但在实际的运算放大器中，由于制造中
也很难做到参数完全对称，因此当输入电压为零时， uo≠0 。反过来说，如果要，必须在输入端加一个很小的 补偿电压，它就是输入失调电压。 UIO一般为几毫伏， 显然它越小越好。
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9.1.3 主要参数