集成运算放大器及其应用

二．从反馈的角度计算运放电路
负反馈是稳定放大电路放
可从反馈的角度计算工作
大倍数及输出的有效手段
在线性区的运放电路
上图示反馈电路模型中，A 是基本放大电路的放大倍数， F为反馈系数
当反馈网络断开，具有反馈的放大电路处于开环工作状态时， 反馈信号Xf =0 ，有
因此，A又称为开环放大倍数 当反馈网络接通时，具有反馈的放大电路处于闭环工作状态， 相应的输出、输入比称为闭环放大倍数，记为A f ，有
可通过一个例题进一步理解
单门限比较器虽然结构简单，但抗干扰能 力差，采用滞回比较器（也叫施密特触发器） 可较好解决这一问题
滞回比较器电路如左上图，Βιβλιοθήκη 求出电压传输特性如 右上图（解释）
第8章第4课
在本次课中，我们将介绍反馈的分类、负反 馈在运放电路中的作用及四种组态；正反馈 与振荡等。
一．负反馈的四种组态
输出电压uo只有两种状态：Uopp或-Uopp（Uopp 为最大输出电压）
同相输入端与反相输入端的输入电流都等于零 （I+=I_≈0）
左图所示运放电路中，有 输出到输入的反馈，运放 闭环工作。若反馈类型为 负反馈，那么输出与输入 满足线性关系，称运放工 作在线性区。
集成运放两个输入端之间的电压几乎等于零，如同 将该两点短路一样，称为“虚短”（解释）
集成运放是一个不可分割的整体，具有开环、闭环 两种工作状态
当运放开环工作时，无输出到输入的反馈，具体如 图8-1-2
因为理想运放开环电压放大倍数Auo→∞，所以， 一个微弱的差模输入信号将使输出为极值，故将运 放开环工作称为运放工作在饱和区（也叫非线性 区）。由此可得出运放工作在非线性区的两点结论
相频特性函数
从相频特性来看，这一电路 称为滞后网络。
ω0称为半功率点角频率，
也称为截止角频率（解
释）， 有
ω =ω0
四．用集成运放构成滤波器
所谓滤波器，就是一种选频电路。它能选出有用的信 号，而抑制无用的信号，使一定频率范围内的信号能 顺利通过，衰减很小，而在频率范围以外的信号不易 通过，衰减很大
若反相端接地，同相端接输入ui时，输出uo 与输入ui同相，如图8-1-2（b） 集成运放类型较多，型号各异，可分为通用
型和专用型两大类
通用型运放的各项指标适中，基本上兼顾各方面应
用，如F007（如P236图8-1-3） 专用型集成运放主要有高输入阻抗型、高速
型、高压型、大功率型、宽带型、低功耗型
等多种类型
应) 。
将这种电路接在输入和输出之间，可让某一 频带内的信号容易通过。而不需要的其它频率 的信号不容易通过，这种电路称为滤波器。
常采用传递函数（或转移
函数）来分析电路的频率 特性。
相频特 性函数
幅频特 性函数
电路的输出电压与输入电 压的比值称为电路的传递函 数，用T（jω）表示，它是 一个复数
由相量图可写出RC 低通滤波器的传递 函数（解释）
判断电路有无反馈，可以根据输入端与输出端是否 存在反馈网络来判断。 请判断下面各图的反馈情况
左图、右图存在反馈网络，有反馈。中间的图不存 在反馈网络，无反馈
反馈有正反馈、负反馈之分。反馈的正负也称为反 馈的极性。
若反馈信号在输入端与输入信号相加，使净输入信 号增加，称为正反馈；
若反馈信号在输入端与输入信号相加，使净输入信 号减小，称为负反馈。 请判断上图的反馈极性
二．差动比例运算电路
同相、反相比例运算 电路是集成运放线性 应用的基础电路
将它们线性叠加，可构成 差动比例运算电路。
当 Rf=R3 、 R1=R2时，有
输出uo与输入的差（ui2- ui1）为线性比例关系， 故称为差动比例运算电路 [叠加原理也可求U。]
同相、反相比例运算电路、差动比例运算 电路是集成运放线性应用的三种基本电路， 利用它们可构成各种放大电路。
在电子技术及控制系
统中，常需研究电路 在不同频率信号激励 下响应随频率变化的 情况，研究响应与与 频率的关系
把电路响应与频率的关系称为电路的 频率特性或频率响应
1．RC 低通滤波器
电容元件的容抗、电 感元件的感抗；当激励 频率改变时，其电抗值、 感抗值将随着改变。
RC、RL电路接不同 频率的输入信号（激 励）时，将产生不同 频率的输出信号(响
四、反馈
将输出信号（电压或电流）的一部分或全
部以某种方式回送到电路的输入端，使输入量 （电压或电流）发生改变，这种现象称为反馈
具有反馈的放大电路包括基本放大电路及反 馈网络两个部分，其组成框图如图8-1-4 所示
由图可以看出，具有反馈的放大电路中，信
号具有两条传输途径。一条是正向传输途径， 信号经放大电路从输入端传向输出端。该放大 电路称为基本放大电路。另一条是反向传输路 径，输出信号通过某通道经放大电路从输出端 传向输入端。该通道称为反馈网络
二．微分运算电路
微分运算是积分运算的逆运算，只需将图8-3-4中反 相输入端的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的微分
实战：P247 例8-3-3，P269 8-17
！！打住！！
后面的内容不要求
三．补充讲解频率特性
在电力系统中，电源频 率一般是固定的，这与前 面几节所讨论的正弦交流 电路是一致的。
负反馈是稳定放大电 路放大倍数及输出的 有效手段
理解负反馈对于更好 地理解应用运放电路 有十分重要的意义
按照反馈信号的取样对象，负反馈可分为电压反馈 和电流反馈。
电压反馈可稳定输出电压，电流反馈可稳定输出电流
若输出电压为零，反馈信号也为零，此反馈为电压反 馈；若反馈信号不为零，则为电流反馈 因此，左图为电压反馈；右图为电流反馈，
图中，当输入信号ui增大时，由同相输入端的含义， 放大器A1的输出uO1也增大，uO1加在放大器A2的 同相输入端，将使输出uO增大，输入uO反馈到输入 端，反馈信号uf增大，使差模输入ud减小，可见， 级间反馈极性（反馈元件为R5）为负反馈
类似可判断放大器A2的反馈极性（反馈元件为R4） 也为负反馈。
第8章 集成运算放大器及其应用
集成电路是一个不可分割的整体，具有其自身 的参数及技术指标。模拟集成电路种类较多， 本章主要介绍集成运算放大器
第8章第1课
在本次课中，我们将介绍集成电路的概念、集 成运放的组成；反馈、开环、闭环的概念；集 成运算放大器的理想化条件、线性应用时“虚 短”、“虚断”、“虚地”等重要概念。
输出电压与输入电压之和成比 例关系，故称为加法运算电路
也可用同相比例运算电路实现加法，电路如 图8-3-2。当Rf=2R时，有
可见，图8-3-2示同相比例运算电路实现了加法功 能。
差动比例运算电路的输出电压与输入电压之差 成比例关系，故又称为减法运算电路。
实战：P268 ：8-10
第8章第3课
在本次课中，我们将介绍积分、微分电 路及如何用集成运放构成滤波器
同相输入端与反相输入端的电流几乎都等于零，如 同该两点被断开一样，称为“虚断”
若反向端有输入，同相端接“地”（如图8-2-1）， 反相输入端的电位接近于“地”电位，称为“虚地”
【例1】 请计算图8-1-9示电路的电压输出表 达式及输入、输出电阻
记住我！
U+
输出uo与输入ui 为线性比例关系， 相位相同，故称 为同相比例运算 电路
根据反馈信号在输入 端的联接方式，
负反馈又可分为串联 反馈和并联反馈
如果在输入端反馈信号以电压形式叠加，称为串联 反馈；若以电流形式叠加，称为并联反馈
判断方法如下： 净输入电压减小是串联反馈；净输入电流减小为并 联反馈
因此，左图为串联反馈；右图为并联反馈 可将负反馈分为四种组态 电压串联负反馈、电流串联负反馈、电压并联负反 馈、电流并联负反馈
相频特 性函数
幅频特 性函数
由幅频特性函数、相频特性函数 可做出电路的幅频特性曲线和相 频特性曲线如左图（解释）
幅频特性表明，对同样大小的 输入电压来说，频率越高，输出 电压就越小。 在直流时，输出电 压最大，恰等于输入电压。因此， 低频正弦信号要比高频正弦信号 更容易通过这一电路，这一电路 称为RC低通滤波器。
在实际应用中，常使用反馈技术来稳定放大电路的 放大倍数
五．理想运放的两种工作状态
运放的性能通过技 术指标来描述，将运 放性能技术指标理想 化即称理想运放。理 想运放的条件如右
开环电压放大倍数
Auo→∞ 差模输入电阻rid→∞ 开环输出电阻
ro→0、 共模抑制比KCMRR→∞
实际运放的上述技术指标与理想运算放大器接近一 般将其视为理想运放后进行分析
实例：P241 例8-2-3、5
三．用集成运放实现信号加减
信号运算是集成运算放大器的另一基本功能。可方便 地利用同相、反相、差动比例运算电路实现信号的加、 减运算
用反相比例运算电路 实现加法的电路如左
将ui1、ui2视为信号源，由叠加原理，输出uo为ui1、 ui2单独作用产生响应的代数和，有
当R11=R12=R1时，有
二．集成运算放大器的组成
集成运算放大器是一种高增 益的直接耦合放大器，简称 集成运放或运放。
集成运放的组成方 框图如图所示
1）输入级：获取输入信号（常用差动放大器实现） 2）中间级：提供较高的电压放大倍数（常用多级放大器实现） 3）输出级：提供一定的电压变化和电流变化（互补输出级） 4）偏置电路：提供各级静态工作电流（由恒流源电路组成）
滤波器在本书第三章第十节已做过介绍。由该部分 内容知，可用一阶RC电路实现高通或低通滤波，但由 于一阶RC电路的固有频率受外部电路的改变而波动， 稳定性较差，应用受到很大限制。
用集成运放构成滤波器的方法如上图