13春 电子 第16章 集成运算放大器s
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电工技术下教学课件第16章集成运算放大器
电流。
合适的偏置电流能够使放大器在 低频段具有较好的线性度和增益 ，同时避免放大器进入饱和区或
截止区。
电压跟随器
电压跟随器是集成运算放大器中 常用的一种电路结构，它具有高 输入阻抗、低输出阻抗的特点，
能够实现信号的无失真传输。
电压跟随器由一个晶体管和一个 电阻组成，输入信号加在晶体管 的基极上，输出信号从集电极输
VS
详细描述
输入电阻是指放大器输入端对信号的阻碍 作用，用兆欧（MΩ）或千欧（kΩ）表 示。输入电阻越大，说明放大器对信号的 阻碍越小，信号能够更好地传输到放大器 内部进行处理。输出电阻是指放大器输出 端对信号的阻碍作用，用兆欧（MΩ）或 千欧（kΩ）表示。输出电阻越小，说明 放大器对信号的驱动能力越强，能够将更 多的信号功率传输到负载上。
详细描述
输入信号幅度应适当，避免过大或过小，以免造成集成运算 放大器过载或失真。同时，应关注输入信号的极性，确保与 集成运算放大器的输入端相匹配，以避免损坏器件。
注意防止集成运算放大器自激振荡
总结词
自激振荡是集成运算放大器常见的问题之一，需要采取措施防止。
详细描述
自激振荡通常是由于电路设计不当或使用不当引起的。为了防止自激振荡，需要对电路进行合理设计 ，如增加RC滤波器或高通滤波器等，同时在使用过程中应避免突然的信号变化或过大的输入信号幅度 。
差分放大电路的输出电压与输入电压之差成正比，因此能够有效地放大差分信号， 提高电路的抗干扰能力。
电流源偏置电路
电流源偏置电路是集成运算放大 器的另一个重要组成部分，它为 放大器提供合适的静态工作点，
保证放大器正常工作。
电流源偏置电路由一个晶体管和 一个电阻组成，通过调节晶体管 的电流来控制整个放大器的偏置
合适的偏置电流能够使放大器在 低频段具有较好的线性度和增益 ，同时避免放大器进入饱和区或
截止区。
电压跟随器
电压跟随器是集成运算放大器中 常用的一种电路结构，它具有高 输入阻抗、低输出阻抗的特点，
能够实现信号的无失真传输。
电压跟随器由一个晶体管和一个 电阻组成，输入信号加在晶体管 的基极上，输出信号从集电极输
VS
详细描述
输入电阻是指放大器输入端对信号的阻碍 作用，用兆欧（MΩ）或千欧（kΩ）表 示。输入电阻越大，说明放大器对信号的 阻碍越小，信号能够更好地传输到放大器 内部进行处理。输出电阻是指放大器输出 端对信号的阻碍作用，用兆欧（MΩ）或 千欧（kΩ）表示。输出电阻越小，说明 放大器对信号的驱动能力越强，能够将更 多的信号功率传输到负载上。
详细描述
输入信号幅度应适当，避免过大或过小，以免造成集成运算 放大器过载或失真。同时，应关注输入信号的极性，确保与 集成运算放大器的输入端相匹配，以避免损坏器件。
注意防止集成运算放大器自激振荡
总结词
自激振荡是集成运算放大器常见的问题之一，需要采取措施防止。
详细描述
自激振荡通常是由于电路设计不当或使用不当引起的。为了防止自激振荡，需要对电路进行合理设计 ，如增加RC滤波器或高通滤波器等，同时在使用过程中应避免突然的信号变化或过大的输入信号幅度 。
差分放大电路的输出电压与输入电压之差成正比，因此能够有效地放大差分信号， 提高电路的抗干扰能力。
电流源偏置电路
电流源偏置电路是集成运算放大 器的另一个重要组成部分，它为 放大器提供合适的静态工作点，
保证放大器正常工作。
电流源偏置电路由一个晶体管和 一个电阻组成，通过调节晶体管 的电流来控制整个放大器的偏置
集成运算放大器 课件
电子发烧友 电子技术论 坛
5.2.3 集成运算放大器的理想特性 （集成运放的理想特性） 集成运放的理想特性） 集成运放的理想特性为： 集成运放的理想特性为： 1.输入信号为零时，输出端应恒定为零； 输入信号为零时，输出端应恒定为零； 输入信号为零时 2.输入阻抗 i=∞； 输入阻抗r ； 输入阻抗 3.输出阻抗 o=0； 输出阻抗r ； 输出阻抗 4.频带宽度 频带宽度BW应从 应从0→∞； 频带宽度 应从 ； 5.开环电压放大倍数 VO=∞。 开环电压放大倍数Α 开环电压放大倍数 。 在实际应用和分析集成运放电路时， 在实际应用和分析集成运放电路时，可将实际运放视 为理想运放，以简化分析。 为理想运放，以简化分析。 电子发烧友
CF741外接线图 外接线图
脚1、4、5外 、 、 外 为反相输入端（ 为反相输入端（输出信 接调零电位器 号与输入信号反相位） 号与输入信号反相位） 电子发烧友
电子技术论 坛
国产第一代集成运放F004接线如图所示 。 圆壳式集成 接线如图所示。 国产第一代集成运放 接线如图所示 运放的管脚顺序是，管脚向上， 运放的管脚顺序是 ，管脚向上，序号自标志起从小到大按 顺时针方向排列。管脚功能如下： 顺时针方向排列。管脚功能如下： 接正电源（ 脚7接正电源（+15）V，脚4 接正电源 ） ， 接负电源（ 接负电源（−15）V，脚6为输出 ） ， 为输出 端， 接调零电位器， 脚1、4、8接调零电位器， 、 、 接调零电位器 为同相输入端， 脚3为同相输入端，脚2为反相输 为同相输入端 为反相输 入端， 之间的300kΩ电阻 入端，脚5、6之间的 、 之间的 Ω 的作用是消除自激， 及RP、CP的作用是消除自激， 可通过调试决定数值。 可通过调试决定数值。 不同类型运放的管脚排列 和管脚功能是不同的， 和管脚功能是不同的，应用时 可查阅产品手册来确定。 可查阅产品手册来确定。
5.2.3 集成运算放大器的理想特性 （集成运放的理想特性） 集成运放的理想特性） 集成运放的理想特性为： 集成运放的理想特性为： 1.输入信号为零时，输出端应恒定为零； 输入信号为零时，输出端应恒定为零； 输入信号为零时 2.输入阻抗 i=∞； 输入阻抗r ； 输入阻抗 3.输出阻抗 o=0； 输出阻抗r ； 输出阻抗 4.频带宽度 频带宽度BW应从 应从0→∞； 频带宽度 应从 ； 5.开环电压放大倍数 VO=∞。 开环电压放大倍数Α 开环电压放大倍数 。 在实际应用和分析集成运放电路时， 在实际应用和分析集成运放电路时，可将实际运放视 为理想运放，以简化分析。 为理想运放，以简化分析。 电子发烧友
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脚1、4、5外 、 、 外 为反相输入端（ 为反相输入端（输出信 接调零电位器 号与输入信号反相位） 号与输入信号反相位） 电子发烧友
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国产第一代集成运放F004接线如图所示 。 圆壳式集成 接线如图所示。 国产第一代集成运放 接线如图所示 运放的管脚顺序是，管脚向上， 运放的管脚顺序是 ，管脚向上，序号自标志起从小到大按 顺时针方向排列。管脚功能如下： 顺时针方向排列。管脚功能如下： 接正电源（ 脚7接正电源（+15）V，脚4 接正电源 ） ， 接负电源（ 接负电源（−15）V，脚6为输出 ） ， 为输出 端， 接调零电位器， 脚1、4、8接调零电位器， 、 、 接调零电位器 为同相输入端， 脚3为同相输入端，脚2为反相输 为同相输入端 为反相输 入端， 之间的300kΩ电阻 入端，脚5、6之间的 、 之间的 Ω 的作用是消除自激， 及RP、CP的作用是消除自激， 可通过调试决定数值。 可通过调试决定数值。 不同类型运放的管脚排列 和管脚功能是不同的， 和管脚功能是不同的，应用时 可查阅产品手册来确定。 可查阅产品手册来确定。
电子技术16章集成运算放大器
运放的输入级通常采用差分放 大电路，其输入阻抗非常高， 可以等效为无穷大。这样，信 号源内阻对信号的影响很小， 有利于减小误差和提高电路的 稳定性。
运放内部电路设计经过优化， 具有较低的噪声和失真，能够 实现高保真度的信号放大。
在一定的输入范围内，运放的 输出信号与输入信号呈线性关 系，使得运放成为线性模拟电 路的基本元件之一。
电流传输特性
差分放大电路的电流传输特性是 指输出电流与输入电流之间的关 系，通常用短路电流增益来表示 。
集成运算放大器的传输特性
开环传输特性
集成运算放大器的开环传输特性是指 在没有负反馈的情况下，输出信号与 输入信号之间的关系。
闭环传输特性
集成运算放大器的闭环传输特性是指 存在负反馈的情况下，输出信号与输 入信号之间的关系。
详细描述
开环电压增益反映了集成运算放大器对微弱信号的放大能力，其值越大，表示放大器的放大能力越强。在实际应 用中，集成运算放大器的开环电压增益通常在100分贝以上。
输入电阻和输出电阻
总结词
输入电阻和输出电阻是衡量集成运算放大器对信号的传输能力和负载驱动能力的指标。
详细描述
输入电阻表示集成运算放大器对信号源的负载能力，其值越大，对信号源的影响越小。输出电阻表示 集成运算放大器带负载的能力，其值越小，带负载能力越强。在实际应用中，输入电阻通常在兆欧级 别，而输出电阻在几百千欧左右。
输出信号失真
总结词
输出信号失真可能是由于输入信号失真、反馈电路参数不匹配或电路元件参数不匹配等 原因引起的。
详细描述
当输出信号失真时，应检查输入信号是否失真，同时调整反馈电路的参数使其与电路元 件匹配，以确保输出信号的保真度。
集成运算放大器发热严重
集成运算放大器的基础知识图解课件
选择合适的集成运算放大器
01
02
03
04
根据应用需求选择合适的类型 和规格。
考虑集成运算放大器的性能参 数，如带宽增益积、精度、噪
声等。
考虑集成运算放大器的功耗和 散热性能。
考虑集成运算放大器的封装形 式和引脚排列，以便于电路设
计和连接。
05 集成运算放大器的常见应 用电路
反相比例运算电路
总结词
02 集成运算放大器的基本结 构与工作原理
差分输入级
差分输入级是集成运算放大器 的核心部分，负责将差分输入 信号转换为单端输出信号。
它通常由两个对称的晶体管组 成，能够有效地抑制温漂和减 小噪声干扰。
差分输入级的作用是提高放大 器的输入电阻和共模抑制比， 从而提高信号的信噪比。
电压放大级
电压放大级是集成运算放大器中 用于放大输入信号的级，通常由
微分电路
总结词
微分电路是一种将输入信号进行微分运算的 电路，通常用于测量变化快速的物理量。
详细描述
在微分电路中，输入信号通过电阻R1和电 容C加到集成运算放大器的反相输入端，输 出信号通过反馈电阻RF反馈到反相输入端 。由于电容C的充电和放电过程，输出信号 与输入信号的时间导数成正比，从而实现微 分运算。微分电路常用于测量流量、振动等 变化快速的物理量。
06 集成运算放大器的使用注 意事项与故障排除
使用注意事项
避免电源电压过高或过低
集成运算放大器的正常工作电压范围 有限，过高或过低的电压可能导致器 件损坏。
输入信号幅度控制
输入信号幅度过大可能导致集成运算 放大器过载，影响性能甚至损坏器件 。
避免直流偏置
直流偏置可能导致集成运算放大器性 能下降，甚至无法正常工作。
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
电工学：第16章 集成运算放大器
第三代产品的输入级采用了超管， 值高达1000～5000倍，而且版图设计 考虑了热效应的影响，从而减小了失调电压、失调电流及它们的温漂，增大了 共模抑制比和输入电阻。典型产品有AD508、MC1556、国产的F1556、F030等
第四代产品采用了斩波稳零和动态稳零技术，使各性能指标参数更加理 想化，一般情况下不需要调零就能正常工作，大大提高了精度。典型产品有 HA2900、SN62088、国产的5G7650等。
第一代产品基本沿用了分立元件放大电路的设计思想,采用了集成数字电 路的制造工艺，利用少量横向PNP管,构成以电流源做偏置电路的三级直接耦合 放大电路。但是，它各方面性能都远远优于分立元件电路，满足了一般应用的 要求。典型产品有A709、国产的F003、5G23等。
第二代产品普遍采用了有源负载，简化了电路的设计，并使开环增益有 了明显的提高，各方面性能指标比较均衡，因此属于通用型运放，应用非常 广泛。典型的产品有A741、LM324、国产的F007、F324、5G24等。
由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件， 用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化, 为此，后 面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。
27
2. 电压传输特性 uo= f (u+- u-)
+Uo(sat) uo
理想特性
线性区
u–
u+– u– u+
O
实际特性
饱和区
–+
uo
+
–Uo(sat) 线性区： uo = Auo(u+– u–)
uO
对地电位
偏置电路：为各级放大电路设置合适的静态工作点。
输入级：前置级，多采用带恒流源的差分放大电路。 要求ri大，Ad大， Ac小，输入端耐压高。
第四代产品采用了斩波稳零和动态稳零技术，使各性能指标参数更加理 想化，一般情况下不需要调零就能正常工作，大大提高了精度。典型产品有 HA2900、SN62088、国产的5G7650等。
第一代产品基本沿用了分立元件放大电路的设计思想,采用了集成数字电 路的制造工艺，利用少量横向PNP管,构成以电流源做偏置电路的三级直接耦合 放大电路。但是，它各方面性能都远远优于分立元件电路，满足了一般应用的 要求。典型产品有A709、国产的F003、5G23等。
第二代产品普遍采用了有源负载，简化了电路的设计，并使开环增益有 了明显的提高，各方面性能指标比较均衡，因此属于通用型运放，应用非常 广泛。典型的产品有A741、LM324、国产的F007、F324、5G24等。
由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件， 用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化, 为此，后 面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。
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2. 电压传输特性 uo= f (u+- u-)
+Uo(sat) uo
理想特性
线性区
u–
u+– u– u+
O
实际特性
饱和区
–+
uo
+
–Uo(sat) 线性区： uo = Auo(u+– u–)
uO
对地电位
偏置电路：为各级放大电路设置合适的静态工作点。
输入级：前置级，多采用带恒流源的差分放大电路。 要求ri大，Ad大， Ac小，输入端耐压高。
电子技术基础课件——集成运算放大器
运算放大器在线性应用 时同时存在虚短和虚断
i i 0 虚断 i1 iF
Rif Rif
平衡电阻
u- u 0 虚地 uO iF Rf
Auf
uo ui
iF Rf i1 R1
Rf R1
为使两输入端对地直流电阻相等： R2 = R1 // R f
特点：1.为深度电压并联负反馈，Auf = Rf / R 1
Rf R1
)u
u
R3 // R4 R2 R3 // R4
uI1
R2 // R4 R3 R2 // R4
uI2
uO
(1
Rf R1
)(
R3 // R4 R2 R3 // R4
uI1
R2 // R4 R3 R2 // R4
uI2 )
若 R2 = R3 = R4 ， Rf = 2R1 则 uO = uI1+ uI2
AVO越大，线性区越小， 当AVO→∞时，线性区→0
2.理想运算放大器： 开环电压放大倍数 AV0=∞
差摸输入电阻 Rid=∞
3. 线性区:
输出电阻
R0=0
为了扩大运放的线性区，给运放电路引入负反馈：
理想运放工作在线性区的条件：
电路中有负反馈！
运放工作在线性区的分析方法：
虚短（U+=U-） 虚断（ii+=ii-=0）
R4 R3
(1
2R2 ) R1
为保证测量精度 需元件对称性好
例 3.2.2 电压—电流转换器
u+ = u = us io = i1 = us / R1
特点： 1. 输出电流与负载大小无关 2. 恒压源转换成为恒流源
例 3.2.3 利用积分电路将方波变成三角波
第16章集成运算放大器精品PPT课件
（下）
第16章 集成运算放大器
第16章 集成运算放大器
16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的运用 16.3 运算放大器在信号处理方面的运用 16.5 使用运算放大器应注意的几个问题
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
u0
(1
RF R1
)ui
结论：
① Auf 为正值，即 uo与 ui 极性相同。∵ 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。
当 R1= 或 RF = 0 时， uo = ui ， Auf = 1，
② i+= i– 0 ，仍存在“虚断”现象
16.2 运算放大器 在信号运算方面的运用
16.2.1 比 例 电 路 16.2.2 加 法 运 算 电 路 16.2.3 减 法 运 算 电 路 16.2.4 积 分 运 算 电 路 16.2.5 微 分 运 算 电 路
16.2.1 比例运算
1. 反相比例运算
（1）电路组成 if RF
+ ui
i1
R1
i–
– +
+
– R2 i+
+ u–o
（2）电压放大倍数
∵ 虚断，i+= i– = 0 ，
∴ i1 if
i1
ui
u R1
if
u u0 RF
∵ 虚短 ∴ u– = u+ = 0， 称反相输入端“虚
第16章 集成运算放大器
第16章 集成运算放大器
16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的运用 16.3 运算放大器在信号处理方面的运用 16.5 使用运算放大器应注意的几个问题
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
u0
(1
RF R1
)ui
结论：
① Auf 为正值，即 uo与 ui 极性相同。∵ 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。
当 R1= 或 RF = 0 时， uo = ui ， Auf = 1，
② i+= i– 0 ，仍存在“虚断”现象
16.2 运算放大器 在信号运算方面的运用
16.2.1 比 例 电 路 16.2.2 加 法 运 算 电 路 16.2.3 减 法 运 算 电 路 16.2.4 积 分 运 算 电 路 16.2.5 微 分 运 算 电 路
16.2.1 比例运算
1. 反相比例运算
（1）电路组成 if RF
+ ui
i1
R1
i–
– +
+
– R2 i+
+ u–o
（2）电压放大倍数
∵ 虚断，i+= i– = 0 ，
∴ i1 if
i1
ui
u R1
if
u u0 RF
∵ 虚短 ∴ u– = u+ = 0， 称反相输入端“虚
第16章集成运算放大器及其应用PPT课件
T3
– T2
T4
T9 T12
反相 输入 C
R5
T13
R7 T18
R8
T7
T5
T6 T10
R1
R3 R2
R4
T16 T16
T11
T19
R11
R12
+VCC
T14
T15
输出
R9
u R10
O
T20
-VEE
2. 集成运放 741的电路原理图
5
3. 集成运算放大器的符号
第16章 16
信号传 输方向
反相
u 输入端 – ui
u 同相
输入端 +
理实想际运放开环 电压放大倍数
A
输出端
uo
6
16.1.4 理想运算放大器及其分析依据
1. 运算放大器的电压传输特性
uo= f ( ui ) , 其中 ui = u+ – u– ui
uO
uO
+
– + uo
UOM
UOM
–Uim 0 Uim
ui
0
ui
–UOM 实际运放
–UOM
理想运放
7
+
i1
RRF2
i2 + RRF3
)
i3
16
2. 同相加法运算电路
ＲF
Ｒ1
ui1 ui2 ui3
Ｒ21 Ｒ22 Ｒ23
Ｒ
uo
u u u u O
=
1+
RRF1 R
i1
R21
+
i2
R22
+
i3
R23
– T2
T4
T9 T12
反相 输入 C
R5
T13
R7 T18
R8
T7
T5
T6 T10
R1
R3 R2
R4
T16 T16
T11
T19
R11
R12
+VCC
T14
T15
输出
R9
u R10
O
T20
-VEE
2. 集成运放 741的电路原理图
5
3. 集成运算放大器的符号
第16章 16
信号传 输方向
反相
u 输入端 – ui
u 同相
输入端 +
理实想际运放开环 电压放大倍数
A
输出端
uo
6
16.1.4 理想运算放大器及其分析依据
1. 运算放大器的电压传输特性
uo= f ( ui ) , 其中 ui = u+ – u– ui
uO
uO
+
– + uo
UOM
UOM
–Uim 0 Uim
ui
0
ui
–UOM 实际运放
–UOM
理想运放
7
+
i1
RRF2
i2 + RRF3
)
i3
16
2. 同相加法运算电路
ＲF
Ｒ1
ui1 ui2 ui3
Ｒ21 Ｒ22 Ｒ23
Ｒ
uo
u u u u O
=
1+
RRF1 R
i1
R21
+
i2
R22
+
i3
R23
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前级运算放大器的输出作为后级放大电路的输入信号。可以看成两个单 级运算放大器电路求解。
u+2= ui2 RF RF uo1 u2 u2 uo uo (1 )ui 2 ui1 R1 R1 R1 RF u–2 u+2 练习： P119 习题16.2在信号处理方面的应用
集成运放的外形图 +UCC u– u+ – Auo + +
uo
–UEE 集成运放的符号
16.1.3 主要参数
+UCC
1. 最大输出电压 UOPP A u– – uo 能使输出和输入保持不失真关系的 uo + 最大输出电压。 u+ + uo 2. 开环电压放大倍数 Auo u+ u –UEE 运放没有外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 集成运放的符号 定，运算精度也越高。一般为104 107 。 RF uo 闭环电压放大倍数 Auf ui R1 – Auo + 反馈 feedback + R2 + ui uo + – –
例：已知ui画出uo的波形。 R1 – + R2 + + + + ui uo UR – – –
ui UR O
t1 t2
t
+Uo(sat) uo UR O –Uo(sat)
传输特性
+Uo(sat) ui
uo
O –Uo(sat)
t
输入信号接在反相输入端 R1 – + R2 + + + + ui uo UR – – – 输入信号接在同相输入端 R1 – + R2 + + + + UR uo ui – – – 当 ui < UR 时，uo= – Uo(sat)； ui > UR 时，uo= +Uo(sat)。
(2) uo = 2105 (– 5 – 10) 10–6 V= – 3V (3) uo = –13 V (4) uo = 13V
练习与思考： P96 16.1.1 什么是理想运算放大器？理想运算放大器工作在线性区 和饱和区时各有何特点？分析方法有何不同？ 16.1.2 在例16.1.1中，若将反相输入端接“地”，即u– = 0V， 而在同相输入端输入正弦电压ui = u+ = 5sint mV。试画出uo的 ui /mV 波形。 – 5 uo 2 + + ui 0 t –5 uo 13 V 65μV u u 5 Auo 2 10 uo/V 13 运放工作在开环状态， 2 ui > 65V0时，uo = +Uo(sat) =13V 0 t ui < – 65V0时，uo = – Uo(sat) = – 13V –13
+Uo(sat) uo UR O –Uo(sat)
传输特性
ui
+Uo(sat) O
uo UR ui
–Uo(sat) 传输特性
+UCC
u– u+
Auo – + +
uo
O
实际特性
u+ – u–
–UEE 集成运放的符号
饱和区 –Uo(sat) 线性区 (1) 线性区：uo = Auo(u+– u–) 。 输出只有两种可能，+Uo(sat)或–Uo(sat) 。 (2) 饱和区：
16.1.4 理想运算放大器及其分析依据
1. 理想化的主要条件 Auo ， rid ， ro 0 ， KCMRR 。 2. 理想运算放大器的特点和分析方法 (1) 线性区： uo = Auo(u+– u–) ① rid ，i+= i– 0，称“虚断” 。 ② Auo ，u+ u– ，称“虚短”；
if RF + ii R1 R2 R3 – + +
ui1 + ui2 – –
+ uo –
两级运算放大器组成的电路计算 例16.2.6 下图是运算放大器的串级应用，试求输出电压 uo。 RF 解： A1是电压跟随 R1 – 器，因此uo1 = ui1 。 – A1+ u o1 R ui1 A2+ u + 2 o + ui2
运算放大器的电路模型： i + u+ – – u– +
+UCC + uo –
rid
ro + Auo(u+– u–) –
u– u+
–
+
Auo +
–UEE 集成运放的符号 电压控制电压源
uo
差模输入电阻 rid 开环电压放大倍数 Auo 开环输出电阻 ro
运算放大器的传输特性 uo= f (ui) 表示输出电压与输入电压之间关系 的特性曲线称为传输特性。 uo 饱和区 +Uo(sat)
ui1 ui2
ii1 R11 ii2 R12 R2 R11 R12 R2 R11
if
RF – + +
+ uo –
ui1
RF – + +
+ uo' –
RF – + +
ui2
R12 R2
+ uo" –
16.2.3 减法运算
两个输入端都有信号输入， 则为差分输入。 R3 ui 2 由虚断可得 u R2 R3 ii = if ui1 u u uo RF R1 因虚短，u– u+， R3 RF RF ) uo (1 ui 2 ui1 R1 R2 R3 R1 当 R1 = R2 = R3 = RF 时，uo = ui2 – ui1 输出电压与两个输入电压的差值成正比。
u– u+ uo
i– i+
– + +
uo
图形符号
+Uo(sat) O
理想特性
(2)饱和区： –Uo(sat) 输出只有两种可能，+ Uo(sat)或–Uo(sat) u+> u– 时， uo = + Uo(sat) 传输特性 uo= f (ui) u+< u– 时， uo = – Uo(sat) ①存在“虚断”现象；②不存在 “虚短”现象。
(Voltage Comparator) 作用是用来比较输入电压 +Uo(sat) uo 和参考电压(reference voltage)。 + ui – + UR – R1 R2 – + +
16.3.3 电压比较器
+ uo –
UR O –Uo(sat) ui
传输特性 运放处于开环状态。 当 ui < UR 时，uo= +Uo(sat)； 当 u+> u– 时，uo= +Uo(sat)； ui > UR 时，uo= –Uo(sat)。 u+< u– 时，uo= –Uo(sat)。 可见，在 ui =UR 处输出电压 uo 发生跃变。
平衡电阻 R2 ui = 0 uo = 0 u+ = u–
RF + ui – R1 i– R2 i+ – + +
u+ = – R2 i+
u– = – (R1 // RF )i–
+ uo –
i+ = i– R2 i+ = (R1 // RF )i– R1 i– 因要求静态时u+ ，u–对 – 地电阻相同，所以平衡电阻 R2 + R2 = R1 // RF。 + i+ 平衡电阻的求解步骤： 将输入端和输出端接地。求同相输入端到地的等效电阻， 反相输入端到地的电阻，令两者相等，就得到了电阻关系式。
RF
2. 同相输入 因虚断，所以u+= ui； R1 u uo R1 RF + 因虚短，所以u– = u+= ui ， ui 反相输入端不“虚地”。 – R1 ui uo R1 RF uo RF 1 闭环电压放大倍数 Auf ui R1 Auf为正值，即 uo与 ui 极性相同。 ui
第 16 章 集成运算放大器
16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用 16.3 运算放大器在信号处理方面的应用 16.5 使用运算放大器应注意的几个问题 理解 掌握 探究 了解
第 16 章 集成运算放大器
本章要求
1. 了解集成运算放大器的基本组成及主要参数的意义。 2. 理解运算放大器理想化的条件，理解运算放大器的电压传输 特性，并掌握其分析方法。 3. 理解用运算放大器组成的比例、加减、微分和积分运算电路 的工作原理。 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。
解： 右图是一电压跟随器，电源经两个电阻分压后加在电压跟 随器的同相输入端。
uo = u+ = 7.5V
当负载RL变化时，其两端电压 uo不会随之变化。
16.2.2 加法运算
反相加法运算电路 因虚断，i– 0，所以if= ii1+ ii2 u uo ui1 u ui 2 u RF R11 R12 因虚地，u– 0。 uo ui1 ui 2 RF R11 R12 RF RF uo ( ui1 ui 2 ) R11 R12 法二：叠加定理 当R11 = R12 = RF，uo= – (ui1 +ui2)
u+ – u–
例16.1.1 F007运算放大器的正、负电源电压为15V，开环电压 放大倍数Auo= 2105，输出最大电压(即 Uo(sat) )为13V。今在 下图中分别加入下列输入电压，求输出电压及其极性： (1) u+= +15V，u– = – 10V； (2) u+= – 5V，u– = +10V； (3) u+= 0V，u– = +5mV； (4) u+= 5mV，u– = 0V。 u– 解： uo = Auo(u+– u–) – uo + uo 13 u+ V 65μV u u + 5 Auo 2 10 可见，只要两个输入端之间的电压绝对值超过65V，输出 电压就达到正或负的饱和值。 (1) uo = 2105 (15+10) 10–6 V= +5V
u+2= ui2 RF RF uo1 u2 u2 uo uo (1 )ui 2 ui1 R1 R1 R1 RF u–2 u+2 练习： P119 习题16.2在信号处理方面的应用
集成运放的外形图 +UCC u– u+ – Auo + +
uo
–UEE 集成运放的符号
16.1.3 主要参数
+UCC
1. 最大输出电压 UOPP A u– – uo 能使输出和输入保持不失真关系的 uo + 最大输出电压。 u+ + uo 2. 开环电压放大倍数 Auo u+ u –UEE 运放没有外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 集成运放的符号 定，运算精度也越高。一般为104 107 。 RF uo 闭环电压放大倍数 Auf ui R1 – Auo + 反馈 feedback + R2 + ui uo + – –
例：已知ui画出uo的波形。 R1 – + R2 + + + + ui uo UR – – –
ui UR O
t1 t2
t
+Uo(sat) uo UR O –Uo(sat)
传输特性
+Uo(sat) ui
uo
O –Uo(sat)
t
输入信号接在反相输入端 R1 – + R2 + + + + ui uo UR – – – 输入信号接在同相输入端 R1 – + R2 + + + + UR uo ui – – – 当 ui < UR 时，uo= – Uo(sat)； ui > UR 时，uo= +Uo(sat)。
(2) uo = 2105 (– 5 – 10) 10–6 V= – 3V (3) uo = –13 V (4) uo = 13V
练习与思考： P96 16.1.1 什么是理想运算放大器？理想运算放大器工作在线性区 和饱和区时各有何特点？分析方法有何不同？ 16.1.2 在例16.1.1中，若将反相输入端接“地”，即u– = 0V， 而在同相输入端输入正弦电压ui = u+ = 5sint mV。试画出uo的 ui /mV 波形。 – 5 uo 2 + + ui 0 t –5 uo 13 V 65μV u u 5 Auo 2 10 uo/V 13 运放工作在开环状态， 2 ui > 65V0时，uo = +Uo(sat) =13V 0 t ui < – 65V0时，uo = – Uo(sat) = – 13V –13
+Uo(sat) uo UR O –Uo(sat)
传输特性
ui
+Uo(sat) O
uo UR ui
–Uo(sat) 传输特性
+UCC
u– u+
Auo – + +
uo
O
实际特性
u+ – u–
–UEE 集成运放的符号
饱和区 –Uo(sat) 线性区 (1) 线性区：uo = Auo(u+– u–) 。 输出只有两种可能，+Uo(sat)或–Uo(sat) 。 (2) 饱和区：
16.1.4 理想运算放大器及其分析依据
1. 理想化的主要条件 Auo ， rid ， ro 0 ， KCMRR 。 2. 理想运算放大器的特点和分析方法 (1) 线性区： uo = Auo(u+– u–) ① rid ，i+= i– 0，称“虚断” 。 ② Auo ，u+ u– ，称“虚短”；
if RF + ii R1 R2 R3 – + +
ui1 + ui2 – –
+ uo –
两级运算放大器组成的电路计算 例16.2.6 下图是运算放大器的串级应用，试求输出电压 uo。 RF 解： A1是电压跟随 R1 – 器，因此uo1 = ui1 。 – A1+ u o1 R ui1 A2+ u + 2 o + ui2
运算放大器的电路模型： i + u+ – – u– +
+UCC + uo –
rid
ro + Auo(u+– u–) –
u– u+
–
+
Auo +
–UEE 集成运放的符号 电压控制电压源
uo
差模输入电阻 rid 开环电压放大倍数 Auo 开环输出电阻 ro
运算放大器的传输特性 uo= f (ui) 表示输出电压与输入电压之间关系 的特性曲线称为传输特性。 uo 饱和区 +Uo(sat)
ui1 ui2
ii1 R11 ii2 R12 R2 R11 R12 R2 R11
if
RF – + +
+ uo –
ui1
RF – + +
+ uo' –
RF – + +
ui2
R12 R2
+ uo" –
16.2.3 减法运算
两个输入端都有信号输入， 则为差分输入。 R3 ui 2 由虚断可得 u R2 R3 ii = if ui1 u u uo RF R1 因虚短，u– u+， R3 RF RF ) uo (1 ui 2 ui1 R1 R2 R3 R1 当 R1 = R2 = R3 = RF 时，uo = ui2 – ui1 输出电压与两个输入电压的差值成正比。
u– u+ uo
i– i+
– + +
uo
图形符号
+Uo(sat) O
理想特性
(2)饱和区： –Uo(sat) 输出只有两种可能，+ Uo(sat)或–Uo(sat) u+> u– 时， uo = + Uo(sat) 传输特性 uo= f (ui) u+< u– 时， uo = – Uo(sat) ①存在“虚断”现象；②不存在 “虚短”现象。
(Voltage Comparator) 作用是用来比较输入电压 +Uo(sat) uo 和参考电压(reference voltage)。 + ui – + UR – R1 R2 – + +
16.3.3 电压比较器
+ uo –
UR O –Uo(sat) ui
传输特性 运放处于开环状态。 当 ui < UR 时，uo= +Uo(sat)； 当 u+> u– 时，uo= +Uo(sat)； ui > UR 时，uo= –Uo(sat)。 u+< u– 时，uo= –Uo(sat)。 可见，在 ui =UR 处输出电压 uo 发生跃变。
平衡电阻 R2 ui = 0 uo = 0 u+ = u–
RF + ui – R1 i– R2 i+ – + +
u+ = – R2 i+
u– = – (R1 // RF )i–
+ uo –
i+ = i– R2 i+ = (R1 // RF )i– R1 i– 因要求静态时u+ ，u–对 – 地电阻相同，所以平衡电阻 R2 + R2 = R1 // RF。 + i+ 平衡电阻的求解步骤： 将输入端和输出端接地。求同相输入端到地的等效电阻， 反相输入端到地的电阻，令两者相等，就得到了电阻关系式。
RF
2. 同相输入 因虚断，所以u+= ui； R1 u uo R1 RF + 因虚短，所以u– = u+= ui ， ui 反相输入端不“虚地”。 – R1 ui uo R1 RF uo RF 1 闭环电压放大倍数 Auf ui R1 Auf为正值，即 uo与 ui 极性相同。 ui
第 16 章 集成运算放大器
16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用 16.3 运算放大器在信号处理方面的应用 16.5 使用运算放大器应注意的几个问题 理解 掌握 探究 了解
第 16 章 集成运算放大器
本章要求
1. 了解集成运算放大器的基本组成及主要参数的意义。 2. 理解运算放大器理想化的条件，理解运算放大器的电压传输 特性，并掌握其分析方法。 3. 理解用运算放大器组成的比例、加减、微分和积分运算电路 的工作原理。 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。
解： 右图是一电压跟随器，电源经两个电阻分压后加在电压跟 随器的同相输入端。
uo = u+ = 7.5V
当负载RL变化时，其两端电压 uo不会随之变化。
16.2.2 加法运算
反相加法运算电路 因虚断，i– 0，所以if= ii1+ ii2 u uo ui1 u ui 2 u RF R11 R12 因虚地，u– 0。 uo ui1 ui 2 RF R11 R12 RF RF uo ( ui1 ui 2 ) R11 R12 法二：叠加定理 当R11 = R12 = RF，uo= – (ui1 +ui2)
u+ – u–
例16.1.1 F007运算放大器的正、负电源电压为15V，开环电压 放大倍数Auo= 2105，输出最大电压(即 Uo(sat) )为13V。今在 下图中分别加入下列输入电压，求输出电压及其极性： (1) u+= +15V，u– = – 10V； (2) u+= – 5V，u– = +10V； (3) u+= 0V，u– = +5mV； (4) u+= 5mV，u– = 0V。 u– 解： uo = Auo(u+– u–) – uo + uo 13 u+ V 65μV u u + 5 Auo 2 10 可见，只要两个输入端之间的电压绝对值超过65V，输出 电压就达到正或负的饱和值。 (1) uo = 2105 (15+10) 10–6 V= +5V