电工学下册第十六章

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+UCC
rid 高: 105 ~ 1011 ro 低: 几十 ~ 几百 KCMR高: 70dB~130dB
其中:1dB =20lg／Auo／
u– 。 u+ 。
– + +
–UEE
Auo
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。 uo
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16.1.2 电路的简单说明
反相输入端
+UCC
输出端
u–
u+
同相输入端
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16.1.3 主要参数
1. 最大输出电压 UOPP 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。 2. 开环差模电压增益 Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo 愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。 3. 输入失调电压 UIO 愈小愈好 4. 输入失调电流 IIO 5. 输入偏置电流 IIB 6. 共模输入电压范围 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。

=10 50 (10+50) = 8.3 k
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例16.2.1 解：
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2. 同相比例运算（1）电路组成
RF R1 u – – + + u R2 +

（2）电压放大倍数因虚断，所以u+ = ui R1 u uo R1 RF 因虚短，所以 u– = ui ，反相输入端不“虚地” RF uo (1 )ui R1
结论：
① Auf 为正值，即 uo与 ui 极性相同。因为 ui 加在同相输入端。 ② Auf只与外部电阻 R1、RF 有关，与运放本身参数无关。 ③ Auf ≥ 1 ，不能小于 1 。 ④ u– = u+ ≠ 0 ，反相输入端不存在“虚地”现象。
⑤ 电压串联负反馈，输入电阻高( )、输出电阻低，共模输入电压可能较高。

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例2：负载浮地的电压-电流的转换电路 IG iL RL R1 i1 R1 – + – + + + + + R2 U x R2 ui – 流过电流表的电流 – Ux u ui IG iL i1 R1 R1 R1 1. 能测量较小的电压；负载电流的大小 2. 输入电阻高，对被与负载无关。测电路影响小。
电压并联负反馈
输入电阻低，共模电压 0
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结论：
① Auf为负值，即 uo与 ui 极性相反。因为 ui 加在反相输入端。 ② Auf 只与外部电阻 R1、RF 有关，与运放本身参数无关。因此Auf受温度影响很小。
③ | Auf | 可大于 1，也可等于 1 或小于 1 。

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例16.2.3
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16.2.2 加法运算电路
1. 反相加法运算电路 ui2 ii2 Ri2 ii1 R i1 R2 if RF
动画
因虚断，i– = 0 所以 ii1+ ii2 = if
ui1
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+ ui –
i1 R1 i–
– +

+
+ uo –
16.2.1 比例运算
1. 反相比例运算
反馈信号使净输入信号减小—负反馈
电压放大倍数
反馈电路直接从输出端引出—电压反馈
RF

+
ui –
R1－ R2
–
+
输入信号和反馈信号加在同一输入端—并联反馈

+
－
+ uo –
第16章集成运算放大器
16.1 16.2 16.3
16.4 16.5 16.6
集成运算放大器的简单介绍运算放大器在信号运算方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用
运算放大器在波形产生方面的应用运算放大器在信号测量方面的应用使用运算放大器应注意的几个问题
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第16章集成运算放大器
也可写出 u–和 u+的表达式，利用 u–= u+ 的性质求解。
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反相加法运算电路的特点：u i2
1. 输入电阻低； 2. 共模电压低； ui1 3. 当改变某一路输入电阻时，对其它路无影响；
Ri2 Ri1 R2
RF – +

+
RF RF uo ( ui1 ui 2 ) Ri1 Ri 2
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16.2.1 比例运算
1. 反相比例运算（1）电路组成 if RF
动画
（2）电压放大倍数
因虚断，i+= i– = 0 ，所以 i1 if ui u i u uo i1 f RF R1
因虚短, 所以u–=u+= 0， R2 i+ 称反相输入端“虚地”— 反相输入的重要以后如不加说明，输入、特点输出的另一端均为地()。输入电阻因要求静态时u+、 u– 对 ri = R1 地电阻相同，所以平衡电阻 R2 = R1 // RF
Ri 2 + u uo Ri 1 Ri 2 –
u ? ui 1
RF Ri 2 Ri 1 uo (1 )( ui 1 ui 2 ) R1 Ri 1 Ri 2 Ri 1 Ri 2
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方法2：
RF R1 – + u+ +

RF uo (1 )u R1
(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
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16.2 运算放大器在信号运算方面的运用
+ ui –
R1
R2
– +

+
uo –
+
= –50 10 = –5 R2 = R1 RF
2. 因 Auf = – RF / R1 = – RF 10 = –10
故得 RF = –Auf R1 = –(–10) 10 =100 k
R2 = 10 100 (10 +100) = 9. 1 k
线性区： uo = Auo(u+– u–)
实际特性
非线性区： u+> u– 时， uo = +Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat)
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+
–UEE
uo
3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+ i– ∞ – + i+ + 因为 uo = Auo(u+– u– ) uo 所以(1) 差模输入电压约等于 0 即 u+= u– ,称“虚短” (2) 输入电流约等于 0 即 i+= i– 0 ,称“虚断”
电压传输特性 uo +Uo(sat) 线性区
O

u +– u – –Uo(sat)
Auo越大，运放的线性范围越小，必须加负反馈才能使其工作于线性区。
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4. 理想运放工作在饱和区的特点 uo 电压传输特性 +Uo(sat) 饱和区
O
u +– u – –Uo(sat)
本章要求
1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法。 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和
积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器
的工作原理。 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。
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同相加法运算电路的特点：
④ 因u–= u+= 0 ，所以反相输入端“虚地”。
⑤ 电压并联负反馈，输入、输出电阻低，
ri = R1。共模输入电压低。
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例：电路如下图所示，已知 R1= 10 k ，RF = 50 k 。求：1. Auf 、R2 ； 2. 若 R1不变，要求Auf为 – 10，则RF 、 R2 应为多少？ RF 解：1. Auf = – RF R1
16.1 集成运算放大器的简单介绍
集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。
16.1.1 集成运算放大器的特点
特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸 Auo 高: 80dB~140dB（分贝）集成运放的符号：
(104 ~ 107倍)
u+=?
ui1
ui2
Ri1
+ uo –
Ri 2 Ri 1 u ui 1 ui 2 Ri 1 Ri 2 Ri 1 Ri 2
Ri2 平衡电阻： Ri1 // Ri2 = R1 // RF
RF Ri 2 Ri 1 uo (1 )( ui 1 ui 2 ) R1 Ri 1 Ri 2 Ri 1 Ri 2
+ ui –
+ uo –
Fra Baidu bibliotek
因要求静态时u+、u对地电阻相同，所以平衡电阻R2=R1//RF 输入电阻ri
uo RF Auf 1 ui R1
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2. 同相比例运算
反馈信号使净输入信号减小—负反馈 RF
动画
反馈电路直接从输出端引出—电压反馈
R1 + ui R2 –
uo
–UEE
输入级中间级输出级输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差动放大电路。中间级：要求电压放大倍数高，T常用复合管。常采用集电集电阻为恒流源的共发射极放大电路构成。输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。
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当 R1= 且 RF = 0 时， uo = ui ， Auf = 1，称电压跟随器。 RF 由运放构成的电压跟 R1 随器输入电阻高、输出 – – + + + + uo + 电阻低，其跟随性能比 + uo + + R2 – ui射极输出器更好。 – – ui – 例： 7.5k +15V 左图是一电压跟随器，电源经两个电阻分压后加 – 15k + + 在电压跟随器的输入端， + 当负载RL变化时，其两端 R 15k L uo 电压 uo不会随之变化。 –
–

+
+ + 因虚短，所以 u = u ， – i uo – 反相输入端不“虚地”
电压放大倍数
输入信号和反馈信号分别加两个输入端—串联反馈
电压串联负反馈输入电阻高共模电压 = ui

RF uo (1 )ui R1
uo RF Auf 1 ui R1
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– +

ui 1 u ui 2 u u uo Ri 1 Ri 2 RF
+ uo –
平衡电阻： R2= Ri1 // Ri2 // RF

+
uo ui 1 ui 2 故得 Ri 1 Ri 2 RF
因虚短, u–= u+= 0
RF RF uo ( ui1 ui 2 ) Ri1 Ri 2
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16.1.4 理想运算放大器及其分析依据
1. 理想运算放大器 Auo ， rid ， ro 0 ， KCMR 2. 电压传输特性 uo= f (ui) uo +Uo(sat) 理想特性
O
+UCC
u– u+
– +

线性区 u +– u – 饱和区 –Uo(sat)
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2. 同相加法运算电路 RF R1 ui1 ui2 Ri1 – + +

动画
方法1: 根据叠加原理 ui1单独作用(ui2＝0)时，
RF (1 uo )u Ri2 R 1 同理，ui2单独作用时 R R F i2 RF Ri1 ( 1 ) u i1 uo (1 ) ui 2 R R R 1 i 1 i2 R1 Ri 1 Ri 2
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。