第16章 集成运算放大器

∞
A2 ＋ + uo
—
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二、加法运算电路
1. 反相加法运算电路 u＋ = u－ = 0 ui1 ii1=
ui1 ui2
ii1 R11
ii2 R12
if u－ － u＋ ＋
Rf ∞ ＋ uo
Ｒ11
ui2
ii2=
R2
Ｒ12
ui2
uo
ii1 + ii2 = if
虚地
Ｒ11＋ Ｒ12 = －Ｒf
3 F007 1 5 4
6
管脚和外部接线图
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6
四、理想的集成运算放大器
1. 理想运放的主要条件 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 →∞ 2. 理想运放的符号
u－ u＋ － － ud ＋ ＋ ∞ uo
＋
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第16章 集成运算放大器
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目录
16.1 集成运算放大器简介 16.2 在信号运算方面应用 16.3 在信号处理方面应用
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16.1 集成运算放大器简介
一、集成运算放大器的组成
输入端 输入级 中间级 输出级
输出端
特点 ①输入级采用差动放大电路，KCMRR 和 ri 很高。 ②中间级采用多级共射电路，起电压放大作用。 ③输出级采用互补对称功率放大电路，ro 很小， 带负载能力很强。 ④直接耦合的多级放大电路， Au 很高。 ⑤ 体积小、重量轻、功耗低、可靠性高。
虚断 虚短, 虚地 反馈电路 － ＋ ∞ ＋ uo
u－
u＋
id
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例1. F007运算放大器的正负电源电压为±15V, 开环电压放大倍数Auo=2×105,输出最大电压为 ±13V。加下列输入电压，求输出电压及其极性： (1)u+=+15µ V,u_=-10µ V;(2)u+=-5µ V,u_=+10µ V; (3)u+=0V,u_=+5mV; (4)u+=+5mV,u_=0V;
∞ ∞ ＋ ＋ uo uo
当 ui2 单独作用时 Rf ) u＋ uo2= (1＋ R1 Rf R3 ) ui2 = (1＋ R1 R2＋R3 uo = uo1＋ uo2
R3 ui2 u＋ = R2＋R3
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uo = uo1＋ uo2 Ｒf R3 Rf ) = (1＋ ui2－ Ｒ ui1 R1 R2＋R3 1 说明
△
R3
R4
－
∞ ＋
＋
R5
Ｒf2 R5 Rf2 uo= (1＋ R ) R + R ui3 － Ｒ uo1 3 4 5 3 R5 Rf2 Ｒ Ｒ Ｒ ) ui3 + f2 ( f1 ui1 + f1 ui2) = (1＋ R R + R Ｒ12 Ｒ3 Ｒ11 4 5 3
(2) uo= ui3 + 2ui2 + 2ui1 = (1 + 2 1 + 2 2) V = 7 V
UR ui R
R － ＋ uo +UOM O －UOM UR ui ∞ ＋
uo
ui UR
R R
－ ＋
∞ ＋
uo
+UOM uo
O －UOM 电压传输特性 UR
ui
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限幅电压比较器
当 ui < UR 时，
稳压管正向导通 uo =－UD 当 ui > UR 时， 稳压管起稳压作用 uo = UZ
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二、主要参数
1. 开环电压放大倍数 Auo 没有外接反馈电路时所测出的差模电压放大倍数 2. 最大输出电压 UOM
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三、外形与符号
8
CF741
8 1 2 1
7
6
5
7
6
F007
2 3 4
5 4 3 圆壳式 双列直插式
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5
+15V 反相输入端 u－ u+ 同相输入端 －15V 2 Auo 7 uO 输出端
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16.5 理想运算放大器的两个输入端的输入电流等于零， 其原因是（b）。 (a)同相端和反相端的输入电流相等而相位相反 (b)运放的差模输入电阻接近无穷大 (c)运放的开环电压放大倍数接近无穷大
16.6 运算放大器电路如图所示，欲构成反相比例运算电路， 则虚线框内应连接 ( a)。 (a) 电阻元件 (b) 电感元件 (c) 电容元件
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16.2 在信号运算方面的应用
一、比例运算电路 1. 反相比例运算电路
∵ u－ = u＋ = 0 ∵ id = 0 ∴ ii = i f － uo ui = R R1 f
ui if ii R1 R2 Rf
∞ id u－ － ＋ u＋ ＋
uo
虚地
Ｒf ui u o =－ Ｒ1
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△
+ uo －
16.3 在信号处理方面的应用
零电压比较器
ui R R － ∞ ui O
＋ ＋
uo
t
uo ＋UOM O
－UOM
t
结论 零电压比较器把正弦波变换为方波。
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例6，P113 例16.3.1
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任意电压比较器
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ui1
ui1 ui2 uo R11 + R12 = － Rf
ui1 ui2
ii1 R11 ii2 R12 R2
if u－ － u＋ ＋
Rf
∞
＋ uo
Rf Rf uo=－( R ui1+ R ui2 ) 11 12
当 R11 = R12 = R1 时
Ｒf uo=－ Ｒ (ui1 + ui2) 1
Auf
11
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if ui ii R1
Rf
R2
∞ id u－ － ＋ u＋ ＋
uo
Ｒf ui u o =－ Ｒ1
说明 ① uo 与 ui 成反比，且 uo 与 ui 的关系与运算 放大器本身无关，只与外接元件 R1 、 Rf 的 阻值有关。 ② 若 R1 = Rf ，则 uo =－ui (称为反相器)。 ③ R2为平衡电阻： R2 = R1∥Rf
ui1 ui2 ui3 R11 R12 R13 R2 Rf=100kΩ ∞ ＋ uo
u－ － u＋ ＋
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三、减法运算电路
当 ui1 单独作用时
R Rff ui1 ui2 ui2 R1 R1 R2 2 R3 3
Ｒf uo1=－Ｒ ui1 1
－ u－ － － u＋ u＋ ＋ ＋
UR ui
R R
－
∞
＋ ＋
Ro VS
uo ＋ UZ －
uo Uz
O UR ui
- UD
思考：输出与地之间接双向稳压二极管，输出为？
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滞回比较器(自学)
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课堂讨论
16.1 电压比较器和基本运算电路中的集成运放分 别工作在电压传输特性的（ b ） ？ a. 线性区和非线性区 c. 都在非线性区 b. 非线性区和线性区
16.2 理想集成运算放大器在非线性区工作时，是 否可以认为 ud = 0 ，id = 0 ？
答： 不可以。因为这时的理想集成运算放大器工 作在非线性区，由电压传输特性可知 ud ≠0；对于 id 来说，因 ri→∞ ，故可以认为 id = 0。
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16.3 由理想集成运放组成的反相比例运算和减法 运算电路，信号的输入方式分别为（ a ）。 a. 反相输入和差分输入 b. 同相输入和反相输入 c. 同相输入和反向输入 16.4 电路如图所示，运算放大器的电源电压为 12V， 稳压管的稳定电压为 8V，正向压降为 0.6 V， 当输入电压 ui=-1V 时，则输出电压 uO等于 (c )。 (a) - 12 V (b) 0.6V (c) -8V
uo
不是虚地
Auf
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if
ii R1 ui
Rf
R2
id ∞ u－ － ＋ u＋ ＋
uo
Rf uo= (1 + R ) ui 1
说明 ① uo 与 ui 同相位，且 Af ≥1； uo 的大小与放大器本身无关, 只与外接元件 R1 、 Rf 的阻值有关。 ② 若 Rf = 0或R1 = ∞时, ∞ － uo uo = ui —— 电压跟随器。 ＋ ui ＋ ③ 平衡电阻 R2 = R1∥Rf
当 R11 = R12 = Rf 时 uo=－(ui1 + ui2)
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说明 ① uo 与运放本身无关，只与外接元件和 ui 有关 —— 加法关系。 ②平衡电阻: R2 = R11∥R12∥Rf大连交通大学电气信息学院
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2. 同相加法运算电路（略）
if ii R1 ui1 ui2 R21 R22 u－ － u＋ ＋
ui1 ui2
R11
R12 R2
Rf1
Rf2
∞ － ＋ ＋
△
uo1 ui3
R3 R4