第八章 集成运算放大器及应用
第八章：集成运放放大电路
+
+ uo uo1 IR e
-
Rc
+ RL u -o2 T2 Rb E
u ic
uo= 0 (理想化)。
_V
Re
+ ui2 －
EE
共模电压放大倍数
Auc 0
8.2.3 具有恒流源的差分放大电路
根据共模抑制比公式： Re K CMR Rb rbe 加大Re，可以提高共模抑 制比。为此可用恒流源T3来 + 代替Re 。 u
8.2 差分放大电路
差分放大电路（Differential Amplifier） 又称差动放大电路，简称差放，是构成 多级直接耦合放大电路的基本单元电路。 它具有温漂小、便于集成等特点，常用 作集成运算放大器的输入级。
8.2.1 直接耦合放大电路的零点漂移现象 1. 零点漂移现象及其产生的原因 直接耦合放大电路在输入信号为零时， 会出现输出端的直流电位缓慢变化的现 象，称为零点漂移，简称零漂。
uo2 T2 Rb -
Au d
u i1 RL － ( Rc // )
u id
2
Rb rbe
2
+ ui2 －
+
ib
+
ic rbe β ib RL uo1
2
差模输入电阻:
+
Rid 2Rb rbe
输出电阻:
ui1 +
Rb
+
RC
-+
Ro 2Rc
(2)加入共模信号
ui1=ui2 =uic， uid=0。 设ui1 ，ui2 uo1 ， uo2 。 因ui1 = ui2， uo1 = uo2
集成运放的应用
自动控制系统中的集成运放应用
模拟计算
集成运放可以用于实现各种模拟计算， 如加减乘除、积分、微分等，以实现控 制系统中的信号处理和运算。
VS
比较器和触发器
集成运放还可以用作比较器和触发器，用 于检测信号的阈值和状态变化，触发相应 的控制动作。
医学仪器中的集成运放应用
生理信号监测
集成运放在医学仪器中广泛应用于生理信号 的监测，如心电图、脑电图、血压等，用于 诊断疾病或研究生理机制。
医学成像
集成运放也可以用于医学成像设备中，如超 声波、核磁共振等，以实现信号的放大和处 理，提高成像质量。
05
集成运放的未来发展与应用 趋势
高性能集成运放的研发
高精度集成运放
随着电子测量技术的发展，对高精度放大器 的需求日益增长。高性能集成运放能够提供 高精度、低噪声、低失真的放大信号，广泛 应用于科学实验、医疗仪器、通信设备等领 域。
02
集成运放的基本应用
放大电路
放大电路
集成运放作为放大器使用时，可 以实现对微弱信号的放大，广泛 应用于信号处理、音频放大、传 感器输出等领域。
放大倍数
通过改变反馈电阻的阻值，可以 调整放大倍数，实现不同需求的 信号放大。
输入输出阻抗
集成运放在放大电路中具有较高 的输入阻抗和较低的输出阻抗， 有利于信号的传输和隔离。
03
集成运放的特殊应用
模拟运算的应用
01
模拟运算放大器在模拟运算中发挥着重要作用现各种运算功能，广泛 应用于信号处理、控制系统等领域。
03
集成运放具有高精度、低噪声、低失真等特点，能 够提高运算精度和稳定性。
有源滤波器的应用
1
有源滤波器是集成运放的重要应用之一，用于实 现各种滤波功能，如低通、高通、带通、带阻等。
集成运算放大器的线性和非线性应用
功能键
量程键
▲电压档、电流档、欧姆档的使用方法 ▲操作的原则：先选档，再选量程。 ▲表笔的使用原则：测量电压（交、直流）时，黑笔 总是接负极、地或低电位端。
输入信号的获得：
函数信号发生器
交流信号从函数信号发生器获得，注意函数信号发生器 输出的是峰峰值，为有效值的2.828倍，为幅值的2倍。
峰－峰显示值 频率显示值
波形
电源 频率调节旋钮 幅度调节旋钮 信号输出
R1 10kΩ
+ ui
_ 2 3 + DZ ∞ + 6 R 2 5 .1 k Ω
+ (U Z +
+ uo
稳压管的阴极和阳极要区分，带色环的一端为阴极；
（ a） 电 路 图
示波器的使用： 1）用双踪同时观察输入、输出波形。
2）输入、输出端可先插连线，再用示波器的夹子夹 连线观察。 但注意两个夹子不要碰在一起，否则会 短路！
——完成自拟表格
R 1 10k Ω u i1 u i2 R 2 10k Ω 2 3 R R′3 6.2k Ω
R f 100k Ω + 15 V _ 7 ∞ + + 4 R2 -15V 6 uo
ui1
ui2
R f 100k Ω
uo
uo
理论 测量 值 + 15 V 值
_ 7 ∞ + 6
0.5 u i1
R 1 10k Ω
ui1
ui
理论 测量 + 15 V R 1 100k Ω 值 值7 _
1
2 3 + 4 R3 100k Ω ∞ + 6
ui2
Rf u
-0.5 1.5
电工电子技术第八章集成运算放大电路
8.1 集成运算放大器的简单介绍
• 运算放大器开环放大倍数大，并且具有深 度反馈，是一种高级的直接耦合放大电路。 它通常是作为独立单元存在电路中的。最 初是应用在模拟电子计算机上，可以独立 地完成加减、积分和微分等数学运算。早 期的运算放大器由电子管组成，自从20世 纪60年代初第一个集成运算放大器问世以 来，运算放大器才应用在模拟计算机的范 畴外，如在偏导运算、信号处理、信号测 量及波形产生等方面都获得了广泛的应用。
• 4．在集成电路中，比较合适的电阻阻值范 围大约为100 ~300 Ω。制作高阻值的电阻 成本高、占用面积大并且阻值偏差也较大 （10~20%）。因此，在集成运算放大器中 往往用晶体管恒流源代替高电阻，必须用 直流高阻值时，也常采用外接的方式。
8.1.2 集成运算放大器的简单说明
• 集成运算放大器的的电路常可分为输入级、 中间级、输出级和偏置电路四个基本组成 部分，如图8-1所示。
• 2．信号的输入 • 当有信号输入时，差动放大电路（见图8-5）的工作情况可以分为以下几种情
况。
• （1）共模输入。 • 若两管的基极加上一对大小相等、极性相同的共模信号（即vi1 = vi2），这种
输入方式称为共模输入。这将引起两管的基极电流沿着相同的方向发生变化， 集电极电流也沿相同方向变化，所以集电极电压变化的方向与大小也相同， 因此，输出电压vo = ΔvC1-ΔvC2 = 0，可见差动放大电路能够抑制共模信号。 而上述差动放大电路抑制零点漂移则是该电路抑制共模信号的一个特例。因 为输出的零点漂移电压折合到输入端，就相当于一对共模信号。
u
u
u0 Au 0
0
u+≈u-
（8-2）
• 当反向输入端有信号，而同向端接地时，u+=0，由上式 可见，u-≈u+=0。此时反向输入端的电位近似等于地电位， 因此，它是一个不接地的“地”电位端，通常称为虚地端。
集成运算放大器及其基本应用.ppt
虚短（U+=U-） 虚断（ii+=ii-=0）
模
拟
电
子
技
术
4. 非线性区（正、负饱和输出状态）
运放工作在非线性区的条件：
电路中开环工作或引入正反馈！
运放工作在非线性区的分析方法在电压比较器一节讨论
模
拟
电
子
技
术
2.3
基本运算电路
2.3.1 比例运算 2.3.2 加法与减法运算 2.3.3 微分与积分运算 2.3.4 基本运算电路应用举例
若 R2 = R3 = R4 ， Rf = 2R1 则 uO = uI1+ uI2
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。
模
拟
电
子
技
术
二、减法运算
法 1：利用叠加定理
uO1 uI2 = 0 uI1 使：
uI1 = 0 uI2 使：uO2 法 2：利用虚短、虚断
uO 2
uO R1 uI1 Rf u R1 Rf R1 Rf 一般 R1 = R1； Rf = Rf uI2 Rf u u R1 Rf
特点：1.为深度电压并联负反馈，Auf = Rf / R 1
2. 输入电阻较小 Rif = R1 3. uIC = 0，对 KCMR 的要求低 u+ = u = 0 虚地
模
拟
电
子
技
术
二、同相比例运算
当 R1 = ，Rf = 0 时，
u u uI
Rf Rf uO uI uI 特点： )uI Auf 1 ， uO (1 R1 1. 为深度电压串联负反馈， Rf R1 A = 1 + R /R R1 uf f 1 2. 输入电阻大 Rif =
集成运算放大器及其应用
电路、电压传播特征如上图
可经过一种例题进一步了解
单门限比较器虽然构造简朴，但抗干扰能 力差，采用滞回比较器（也叫施密特触发器） 可很好处理这一问题
滞回比较器电路如左上图，可求出电压传播特征如 右上图（解释）
第8章第4课
常采用传递函数（或转移
函数）来分析电路旳频率 特征。
相频特 征函数
幅频特 征函数
电路旳输出电压与输入电 压旳比值称为电路旳传递函 数，用T（jω）表达，它是 一种复数
由相量图可写出RC 低通滤波器旳传递 函数（解释）
相频特 征函数
幅频特 征函数
由幅频特征函数、相频特征函数 可做出电路旳幅频特征曲线和相 频特征曲线如左图（解释）
第8章第2课
在此次课中，我们将结协议相百分比运算电路、 差动百分比运算电路简介怎样用集成运放构成 放大电路及信号旳加、减运算。
一．反相百分比运算电路
放大功能是集成运放 旳基本功能，利用集 成运放可以便构成多 种要求旳放大器
同相（回忆）、反相百
分比运算电路是集成运放 线性应用旳基础电路。
记住我！
电压输出体现式如左 输出uo与输入ui为线性百分比 关系，相位相反，故称为反相百 分比运算电路
显然，集成运放旳输出不可能无限制旳增长，当积 分时间足够长时，集成运放将进入非线性区（如图 8-3-5），输出与输入不再保持积分关系
二．微分运算电路
微分运算是积分运算旳逆运算，只需将图8-3-4中反 相输入端旳电阻和反馈电容调换位置，就成为微分 运算电路
由上式，左图示电路实 现了输出uO对输入信 号ui旳微分
五．电压比较器
理想运放开环工作时，其输出电压uo只有两种状态： Uopp或-Uopp（Uopp为最大输出电压），由此可构 成电压比较器
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
第8章 集成运算放大器
第8章 集成运算放大器
8.1 集成运算放大器简介
两个输入端电位相等，好像短接在一起一样，但并非真的短路，所以称为虚短路， 简称“虚短”。 由理想运放电路可知
两个输入端之间输入电阻无穷大，好像断路一样，但并非真的断路，所以称为虚断 路，简称“虚断”。 当集成运放工作在非线性区时，由集成运放的电压传输特性可知
第8章 集成运算放大器
8.1 集成运算放大器简介
3. 集成运放的电路符号与外形
集成运放的图形符号如图8-2所示，是国际标准符号。三角形表示放大器，三角形 所指方向为信号传输方向，Ao为“∞”时表示开环增益极高。它有两个输入端和一 个输出端。同相输入端标“+”（或P），表示输出端信号与该端输入信号同相；反 相输入端“-”（或N），表示输出端信号与该端输入信号反相。输出端的“+”表示 输出电压为正。
2. 集成运放的电压传输特性 如图8-4所示为表示输出与输入电压关系的特性曲线，称为电压传输特性。
第8章 集成运算放大器
8.1 集成运算放大器简介
当集放输大成入倍运电数放压A工o很u作i在大在A，线、所性B之以区间线时时性，，区输集很入成窄电运。压放要与工使输作集出在成电线运压性放有区在关，较系在大AA的o=、u输uBoi 。入之由电外于压时集下处成于也运非能放工线电作性压区在。 线性区，必须在电路中引入深度负反馈。 集成运放工作在非线性区时，输出只有两种饱和状态±UoM。电压饱和值±UoM略 低于正负电源电压。
3. 理想运算放大器的条件
在分析集成运放的应用电路时，为了简化电路分析，常将集成运放理想化。理想化 的条件是：
第8章 集成运算放大器
8.1 集成运算放大器简介
集成运算放大器及应用—集成运放的非线性应用(电子技术课件)
(a)反相输入
(b)同相输入
图3.3.9 输入保护电路
(3)输出保护 利用稳压管V1和V2接成反向串联电路。若输出端出现过高电压，集成运放输
出端电压将受到稳压管稳压值的限制，从而避免了损坏。
由于大部分集成运放内部电路的改进，已不需要外加补偿网络。
3.保护电路 (1)电源极性的保护 利用二极管的单向导电特性防止由于电源极性接反而造成的损坏。当
电源极性错接成上负下正时，两二极管均不导通，等于电源断路，从而起 到保护作用。
图3.3.8 电源极性保护电路
(2)输入保护 利用二极管的限幅作用对输入信号幅度加以限制，以免输入信号超过额定值损坏
由图可见，他们之间存在差值称为回差电 压或迟滞宽度u，用 表示，即：
图3.3.7 滞回电压比较器的传输特性
u Uth1 Uth2
三、集成运放使用常识 1.零点调整 方法：将输入端短路接地，调整调零电位器，使输出电压为零。 2.消除自激振荡 方法：加阻容补偿网络。具体参数和接法可查阅使用说明书。目前，
滞回比较器具有两个不同的阈值，且相差较大（通常称我电压 滞回特性），即惯性，因而也就具有一定的抗干扰能力。
（1）滞回电压比较器中的阈值电压
图3.3.6 滞回电压比较器
当 uo U om 时，集成运放同相
输入端的电位为：
u
R1 R1 R2
F
Uth1
（2）滞回电压比较器中的阈值电压
图3.3.6 滞回电压比较器
当 uo U om 时，集成运放同相输入端
的电位为：
u
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。
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
集成运算放大器的基本应用
集成运算放大器（Operational Amplifier，简称Op Amp）是一
种高增益、直流耦合的放大电路。
它广泛应用于电子电路中，具有非常重要的作用。
常见的集成运算放大器IC芯片有
LM741、LM358、LM324等。
以下是集成运算放大器的基本应用：
1. 比较器：将两个电压进行比较，输出高电平或低电平。
比较器具有电压转换和开关控制的功能，常用于电压检测、信号选择和自动控制等方面。
2. 增益放大器：将输入信号进行放大，输出信号比输入信号大。
这种电路可以放大微小信号，如传感器输出、电源噪声等。
3. 运算放大器：进行数学运算，如加减乘除、积分、微分和求反向比等。
这种电路通常用于信号处理、滤波、振荡和控制等方面。
4. 反馈电路：利用Op Amp的高增益和稳定性，通过反馈电路实现精确控制。
反馈电路包括正反馈和负反馈两种，应用广泛，如DC稳压电源、振荡器、电压跟随器和信号隔离器等。
5. 信号滤波：利用Op Amp的高增益和频率特性，设计高性能的RC滤波器和二阶滤波器。
这种电路可以提取出特定频率的
信号，去除噪声和干扰，应用于音频、通信和仪器等方面。
总之，集成运算放大器广泛应用于各种电子电路中，可以实现信号放大、滤波、比较和控制等多种功能，是电子工程师必不可少的工具。
集成运算放大器应用
UiOFF
t
U
R1U R R1 R2
R2U oMAX R1 R2
U iON
Uo
UiON
UiOFF
Ui
7. 方波发生器
方波发生器常用于脉冲和数 字系统作为信号源用，其电 路如图所示，也称张弛振荡 器。图中运算放大器以迟滞 比较方式工作，利用电容两 端电压Uc (等于U-)和U+相比 较，来决定输出是正还是负。 不难得到方波的周期:
频率(Hz) 100 500
1k
10k
Vp p
相位
四. 内容7 积分电路的测量：
开关K5•置于II位置，将方波发生器发生的方波加到 积分电路的输入端，记录并比较输入波形与输出波 形( )U。o
开关K5•置于II位置，积分电路的输入端加正弦信号，
其 为V4pVp，频率分别为100Hz•、500Hz、1KHz、
7.5V 6V 4.5V
6V 7.5V 4.5V
4.5V 7.5V 6V
四. 实验内容6
迟滞比较器的测量：调节RW1使正弦波发生器 输出Vp p>10V的正弦波，然后此正弦波加到输入 端，示波器Y1(X)路接正弦波发生器输出端，示 波器Y2(X)路接迟滞比较器输出端，将示波器调 至X-Y方式，观察迟滞比较器输出与输入关系。 测量迟滞比较器的上下门限电压，并与理论比
为正向最大值 UoMAX ，根据叠加原理，此时U REF
为 U
R1U R R1 R2
R2U oMAX R1 R2
U iOFF
当Ui 由负向正逐渐增大时，只要 Ui 小于U Uo 始终保持为正向最大值 UoMAX
迟滞比较器
但
运算放大器及其应用
第一节 员工的培训管理
一、员工培训基本理论
1.员工培训的含义
员工培训是指企业为了实现其战略发展目 标，满足培养人才、提升员工职业素质的 需要，采用各种方法对员工进行有计划的 教育、培养和训练的活动过程。
2.员工培训的原则
（1）学用一致原则。
（2）按需培训原则。 （3）多样性培训原则。
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第二节 负反馈放大器
二、负反馈放大器的四种组态
图8-9 (c)所示电路，从输入端看，净输入id=ii-if，因此是并 联反馈。由虚地可看出Rf与R相当于并联的关系，所以反馈 量if=-Rio/(Rf+R)>0(由图中io的实际方向可知，io<0)，因此既 是负反馈，又是电流反馈。综上所述，反馈组态为电流并联 负反馈。
输出级与负载相接，要求其输出电阻低，带负载能力强， 一般由互补对称电路或射极输出器组成
偏置电路的作用是为上述各级电路提供稳定和合适的偏置 电流，决定各级的静态工作点。
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第一节 集成运算放大器
三、集成运算放大器的主要参数
开环电压放大倍数Auo 指运放在无外加反馈情况下的空载 电压放大倍数
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第三节 运算放大器的线性和非线性 应用
一、运放的线性应用
1.信号运算电路 (1)同相比例运算 图8-15 (a)为同相比例运算电路，信号ui
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第八章 集成运算放大器及应用§8.1 知识点归纳一、通用集成运放的特点集成运放（OA ）是模拟IC 中最重要的品种。
它是一个以差动放大器作输入级的高增益直接耦合电压放大器，一般具有很高的输入电阻和很低的输出电阻的特点。
通用集成运放741电路分析（图8-3）：·输入级：CC-CB 差放（41~T T ），有源负载（75~T T ），恒流源偏置（98~T T ） ·第一隔离级：射极输出器（16T ）·中间高增益级：共射组态（17T ），有源负载（12T ，a T 13） ·第二隔离级：射级输出器（a T 24），有源负载（12T ，b T 13）·输出级：NPN-PNP 互补OCL 电路（14T ，18T ），克服交越失真的偏置（15T ，23T ） ·保护电路：（1）输出保护电路（19T ，20T ）（2）中间级保护电路（22T ，21T ），20T 工作时，启动该电流源对16T 提供保护。
相位补偿电路：内部电路中唯一的电容具有单位增益补偿功能，使741在闭环增益为1时仍不会自激。
二、集成OA 的主要指标·开环增益vd A ，一般在80~120dB 。
·差模输入电阻id R ，数十6k ~10M ΩΩ。
·输入失调电压IO v 及其温度系数T V IOd d 。
·输入失调电流IO I 及其温度系数d d IOI T 。
两个失调参数是衡量高精度运放的指标。
·电源电压：一般在36V 以下。
有双电源和单电源运放之分。
“轨到轨”运放是指最 大输出几乎等于电源电压的运放。
低电压工作运放是手持通信设备所需的品种。
·增益带宽积G BW ：指频率升高使1=vd A 时的频率值。
射频运放的G BW 可高达1GHz 以上。
G BW 是衡量运放放大高频小信号能力的参数。
·转换速度SR ：运放对输入大信号的上升沿和下降沿的响应速度。
SR 是衡量运放对 高速信号处理的能力，高速OA 的SR 可达到4000V/s μ。
三、理想运放及理想运放分析法1．集成OA 具有vd A 、id R 极大，0R 很小的接近理想电压放大器的特点。
在OA 负反馈应用电路中，往往满足深负反馈条件。
故在分析这类应用电路时，把OA 视为“理想运放”。
分析理想运放应用电路时，可采用理想运放满足的“虚短路（-+=V V ）”和“虚开路（0==-+I I ）”的条件。
2．运放的两种基本负反馈放大器采用理想运放分析法可获得运放同相和反相放大器的一些指标。
总结为表8-2。
表8-2 反相放大器与同相放大器比较当上述电路中电阻为阻抗时，有关公式仍然成立，如：10z z V V f s -= （反相组态）011f s z V V z =+（同相组态）。
四、集成OA 线性应用（举例）1．代数和运算电路4422110v R R v R R v R R v R R v f s sf f f ++--=上式成立的条件是：NP f R R R R R R R //////////4321=由上述电路可获得OA 组成的基本差动放大器（图8-18），公式如下：)(1210i i f v v R Rv -=2．基本反相积分器（图8-20）公式：⎰-=t t v RC t v io d )(1)(3．基本反相微分器（图8-25）公式：tt v RCt v i o d )(d )(-=教材§8.5中所有的OA 线性运用电路都是理想运放分析法的应用实例。
理想运放分析法应用时的一些要点：（1）记住一些基本公式（表8-2及本小节上述基本公式）。
（2）两信号以上输入时，可采用迭加原理求输出0v 。
（3）当电路含有电抗元件时，可采用相量法（或复频域）分析。
因为电抗上的电流电压是微分关系，作时域分析会涉及微分方程，使得在一个以上电抗存在时，求解困难。
（4）运用-+=V V ，0==-+I I 时，不可将运放同相与反相端之间短路或将两输入电极开路来分析，只能在列方程时应用这些条件。
（5）对结果作量纲检查，可发现一些低级错误，如：543210R R R R R v v i++=，221ωRC V V io-=都肯定是错误的结果（为什么？）。
§8.2 习题解答8-1 一个运放的转换速率为2V/μs ，要得到有效值为5V 的正弦电压输出，输入信号频率最高不能超过多少？[解] 此时输出0v 的最在斜率0max2dv fdtπ=，该值必须小于SR 。
即 62210f π≤⨯∴ 645015.8f ≤=（Hz ）45≈KHz8-2 比较同相和反相输入放大器的不同点。
[解] P253的表8-2已作出小结 8-3 设图P8-3中的运放是理想的，求输出电压的表达式。
[解] 13~A A 是电压跟随器，利用迭加原理图P8-301113v v =，02213v v =，03313v v =∴00102031231()3v v v v v v v =++=++ 8-4 图P8-4（a ）中的运放是理想的，v 1和v 2如图P8-4（b ）所示，v 3=－4V ，试画出输出波形。
[解] 由迭加原理0123v v v v =---将1v ，2v 和3v 反相后相加，作图P8-4-1图P8-4-1(a)图P8-48-5 图P8-5中，设运放是理想的，且3421R R R R =，求输出电压与输入电压之间的关系式，并说明电路功能。
[解] 由公式，20111(1)R v v R =+由迭加原理，44001234(1)R R v v v R R =-++ 图P8-542412313(1)(1)R R R v v R R R =-+++由题设条件1211012212122(1)(1)(1)()R R RRv v v v v R R R R =-+++=+-该电路用双运放实现同相输入差动放大器，且id R →∞。
8-6 用运放设计一个同相加法器，使其输出为v o =6v 1+4v 2。
[解] 设计电路如图P8-6-1所示。
令3412//////P R R R R R =则由教材（8-16）式120312()v v v R R R =+取312R k =Ω，12R k =Ω，23R k =Ω则 01264v v v =+取 41R k =Ω，则12//12//3//P R = 由上式解得4P R k =Ω图P8-6设计数据汇总：312R k =Ω，41R k =Ω，12R k =Ω，23R k =Ω，4P R k =Ω 8-7 求图P8-7电路的输出电压v o 。
假定运放是理想的，且R 1=R 3，R 2=R 4。
[解]0121212111()f fv v v v R R R R R R -++=++343434111()fv v v R R R R R +++=+由题设及v v +-=，成立031241234fv v v v v R R R R R ++=+又 31R R =，42R R =∴3142012f v v v v v R R R ⎛⎫--=+⎪⎝⎭8-8 图P8-8中的运放是理想的，Z 代表元件的阻抗，用理想运放的两个法则求输入阻抗Z i 。
[解] 该电路是负阻变换器或即回转器。
由i V V V -+==0i iV V R V Z =+∴0i i i V V V I R Z -==- ∴i ii i i V V Z ZI V Z ===--图P8-8图P88-9 图P8-9是增益可以线性调节的差动放大器,试用理想运放分析法求v o =f （v i 1,v i 2）关系式。
[解]0010v R v v bR b =-=-11(1)i v i a R =+ 022012(1)(1)i i v v v v b i a Ra R +-==++∴1111111i i i i v av i R v v v a a -=-+=-=++20222211(1)i i i i v v v a b v i R v v v a a a b ++=-+=-=-+++又v v -+= ∴01211(1)i iv a av v aa ab =-+++，∴021()i i v ab v v =- 调bR 即改变该电阻与R 的比例，使0v 线性改变。
8-10 图P8-10（a ）的反相积分器的输入与输出电压波形如图P8-10（b ）所示，求电容C 的值。
[解] 基本积分器001()(0)ti c v t v dt v RC=-+⎰（*）0t =时，0(0)(0)c v v =，由波形图，0(0)10v =-V50t =ms 时，0(50)10v =V ，代入（*）式501(10)1010dt RC---=⎰由上式5001020C dt R =⎰33105010201010-=⨯⨯⨯⨯2.5()fμ=（a ）（b ）图P8-108-11 求t =20ms 时图P8-11电路的输出电压，设电容的初始电压为零。
[解]312001231()(0)tc v v v v t dt v C R R R ⎡⎤=-+++⎢⎥⎣⎦⎰ 将20t =ms ，120R k =，240R k =，360R k =0.1C f μ=，(0)0c v =代入图0.0270444012310210410610v dt ⎡⎤=---⎢⎥⨯⨯⨯⎣⎦⎰7444123100.022********⎡⎤=---⨯⎢⎥⨯⨯⨯⎣⎦75550.0210(510510510)10---=-⨯⨯-⨯-⨯=（V ） 图P8-118-12 求理想运放电路（图P8-12）的传输函数，并讨论电路工作在什么频率范围时具有积分功能。
在什么频率范围时有反相放大功能。
[解] 采用运算法（拉氏变换）分析22222222()11R SC R Z s R C SR SC ==++201()()()i Z S V s V S R =-2122()(1)i R V S R R C S -=+显然，当221R C ω>>，即31222111.59221010010f R C ππ->>==⨯⨯⨯MHz 时0012()11()i i V S v v dtV S R C SRC-→-⎰ ，此时电路为积分器。
当221R C ω<<，即 1.59f <<MHz 时022011()()ii V S R R v v V S R R -→-，此时电路是反相放大器。
8-13 图P8-13中运放A 1和A 2是理想的。
试求v o 与v i 的函数关系，并说明该电路的功能。
[解] 用拉氏变换分析。