集成运算放大器-复习ppt
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电路与电子学
授课教师：黄昉菀
-
下篇 模拟电子技术
第一章 半导体器件 第二章 基本放大电路 第三章 负反馈放大电路 第四章 功率放大电路 第五章 集成运算放大器 第六章 集成直流稳压电源
-
第五章 集成运算放大器
集成运算放大器的内部是一个直接耦合多级放大电路。 它包括了输入级、中间级、输出级三个部分
反相比例运算电路
要求掌握： 1、UO的计算 2、平衡电阻的计算
同相比例运算电路
反相加法运算电路
减法运算电路
-
同相加法运算电路
R1
Ui
Rf
_ A
+
R2
反相比例运算电路
※
Uo
Rf R1
Ui
Uo
当 Rf =R1时， Uo = - Ui
反相器
问题：R2=？ ∵ 集成运放的输入端是差动放大电路
∴ 要求两个输入端完全对称
U+
+
-VCC
集成运算放大器
Uo
+VCC
理想运放的特点： Uo 1、 rid→∞ ro→0
※ I+ = I- = 0 2、开环电压放大倍数 Auo→∞
Ui = U+-U① U+> U- Ui > 0 Uo= +Uom=+VCC ② U+< U- Ui < 0 Uo= -Uom=-VCC
-VCC
Ui =U+-U-
增大电压放大倍数
电压比较器
非线性区 集成运放电压传输特性曲线
在开环或正反馈状态下 -
一、集成运放在线性区的应用 运算电路
负反馈状态
Rf 接在U-和Uo 之间
运算电路：反相比例运算、同相比例运算、加法运算、减法运算
反相比例运算电路
同相比例运算电路
减法运算
加法运算
-
问题：如何区分？
一、集成运放在线性区的应用
+
R4
当 Rf =R1 =R2 =R3 时
Uo Uo = -（Ui1 + Ui2 +Ui3 ）
反相求和
反相加法运算电路
平衡电阻 R4＝R1//R2//R3//Rf
Uo(R R1 f Ui1R R2 f Ui2R R3 f Ui3)
(R R 1 f U i1)(R R 2 f U i2)(R R 3 f U i3)
现实生活中的集成运放达不到这么 高的开环电压放大倍数
-
理想运放电压传输特性曲线
+VCC
U-
_
A
U+
+
-VCC
集成运算放大器
集成运放的应用： Uo 1、在线性区的应用
ui对uo有控制作用 运算电路 减小电压放大倍数
+VCC
Uo 非线性区
应工作在负反馈状态下
线性区
-VCC
2、在非线性区的应用
Ui =U+-U-
同相加法运算
一个从 U- 输入，另一个从 U+ 输入
要求掌握：1、UO的计算 2、平衡电阻的计算-
减法运算
9-5
平衡电阻R
R＝6//3//4//24
叠加原理
A1:反相加法运算 A2:同相比例运算 A3:减法运算
UO1=
24 6
2 +
24 （ 6）+
3
24 4
6
=4V
UO2
(14)(3) 4
=
-6V
叠加原理
Ui1单独作用 Ui2单独作用 - Ui3单独作用
Rf
R0
_
Ui 1
R1
U+
A +
Ui 2
R2
Ui 3
R3
R4
同相加法运算电路
-
+ Ui1
U+
R1
-
+ Ui2
-
R2
+ Ui3
R4 R3
RP＝R1//R2//R3//R4
Uo (1R R0f )U (Ri11U Ri22U Ri33)RP
同相比例运算
Uo (1R R0f )U (Ri11U Ri22U Ri33)RP
同相比例运算
※
Uo
(1
Rf R0
)U
问题：U+ =?
两节点电压公式
Ui1 Ui2 Ui2
百度文库
U
R1 1
R1 11
R1 1
-
R1 R2 R3 R4
Ui 1
R1
Ui 2
R2
Rf
_
U+
A
+
R3
Uo Uo(1R R1 f )R2R 3R3Ui2R R1 f Ui1
※
Uo
(1
Rf R0
)U
问题：U+ =?
两节点电压公式
Ui1 Ui2 Ui2
U
R1 1
R1 11
R1 1
-
R1 R2 R3 R4
Rf
R0
_
Ui 1
R1
U+
A +
Ui 2
R2
Ui 3
R3
R4
同相加法运算电路
输入端电阻平衡条件： R0 //Rf ＝R1//R2//R3//R4
RP＝R1//R2//R3//R4
负反馈状态
Rf 接在U-和Uo 之间
运算电路：反相比例运算、同相比例运算、加法运算、减法运算
区分方法：看输入信号 单一信号
输入信号
从 U- 输入 反相比例运算
从 U+ 输入 同相比例运算
全部从 U- 输入
反相加法运算
多个信号 全部从 U+ 输入
同相加法运算
一个从 U- 输入，另一个从 U+ 输入
-
减法运算
能抑制零点漂移问 电压放 功率放 题的差动放大电路 大电路 大电路
+VCC
① u+: 同相输入端 uo与u+同相
u-
_
② u- : 反相输入端 uo与u-反相
A
u+
+
uo ③ 输入信号可以是交流信号也可以 是直流信号（直接耦合）
-VCC
④- +VCC 和-VCC 可以忽略不画
+VCC
U-
_
rid A
∴ R2称为输入平衡电阻 =另一个输入端除源后的等效电阻
∴ R2 = R1//Rf
-
R1
Ui
R2
Rf
_ A
+
同相比例运算电路
※
Uo
(1
Rf R1
)U
Uo
(1
Rf R1
)Ui
当 Rf =0 、 R1=∞时
短路
开路
Ui
-
_
A
Uo
+
Uo = Ui 电压跟随器
Ui 1
R1
Ui 2
R2
Ui 3
R3
Rf
_ A
减法运算
(1R R1 f )R2R 3R3Ui2(R R1 f Ui1)
Ui2单独作用U+
Ui1单独作用
叠加原理
-
集成运放的应用总结： 1、在线性区的应用 在负反馈状态
运算电路
单一信号 输入信号
多个信号
从 U- 输入 反相比例运算
从 U+ 输入 同相比例运算
全部从 U- 输入
反相加法运算
全部从 U+ 输入
若在一个输入端输入一个变化电压
在另一个输入端输入一个固定电压
Ui = U+-U-
-Uom
电压传输特性曲线
可以根据输出值，比较其大小
电压比较器 -
基准电压或门限电压 UR
二、集成运放在非线性区的应用 开环或正反馈状态
电压比较器：过零比较器、任意电压比较器、迟滞电压比较器
ui
R1
_
ui
R2
A
+
uo
U+= ui U-= 0
被比较电压 门限电压UR
① ui > 0 U+> U- Uo= +Uom
UO3=
6 12
U-
01
+
(1162)U02 = -11V
二、集成运放在非线性区的应用 开环或正反馈状态
+VCC
U-
_
电压放大倍数非常大
A
U+
+
Uo +Uom
-VCC
Uo
令 Ui = U+-U-
① U+> U② U+< U-
Ui > 0 Ui < 0
Uo= +Uom =+VCC Uo= -Uom =-VCC
授课教师：黄昉菀
-
下篇 模拟电子技术
第一章 半导体器件 第二章 基本放大电路 第三章 负反馈放大电路 第四章 功率放大电路 第五章 集成运算放大器 第六章 集成直流稳压电源
-
第五章 集成运算放大器
集成运算放大器的内部是一个直接耦合多级放大电路。 它包括了输入级、中间级、输出级三个部分
反相比例运算电路
要求掌握： 1、UO的计算 2、平衡电阻的计算
同相比例运算电路
反相加法运算电路
减法运算电路
-
同相加法运算电路
R1
Ui
Rf
_ A
+
R2
反相比例运算电路
※
Uo
Rf R1
Ui
Uo
当 Rf =R1时， Uo = - Ui
反相器
问题：R2=？ ∵ 集成运放的输入端是差动放大电路
∴ 要求两个输入端完全对称
U+
+
-VCC
集成运算放大器
Uo
+VCC
理想运放的特点： Uo 1、 rid→∞ ro→0
※ I+ = I- = 0 2、开环电压放大倍数 Auo→∞
Ui = U+-U① U+> U- Ui > 0 Uo= +Uom=+VCC ② U+< U- Ui < 0 Uo= -Uom=-VCC
-VCC
Ui =U+-U-
增大电压放大倍数
电压比较器
非线性区 集成运放电压传输特性曲线
在开环或正反馈状态下 -
一、集成运放在线性区的应用 运算电路
负反馈状态
Rf 接在U-和Uo 之间
运算电路：反相比例运算、同相比例运算、加法运算、减法运算
反相比例运算电路
同相比例运算电路
减法运算
加法运算
-
问题：如何区分？
一、集成运放在线性区的应用
+
R4
当 Rf =R1 =R2 =R3 时
Uo Uo = -（Ui1 + Ui2 +Ui3 ）
反相求和
反相加法运算电路
平衡电阻 R4＝R1//R2//R3//Rf
Uo(R R1 f Ui1R R2 f Ui2R R3 f Ui3)
(R R 1 f U i1)(R R 2 f U i2)(R R 3 f U i3)
现实生活中的集成运放达不到这么 高的开环电压放大倍数
-
理想运放电压传输特性曲线
+VCC
U-
_
A
U+
+
-VCC
集成运算放大器
集成运放的应用： Uo 1、在线性区的应用
ui对uo有控制作用 运算电路 减小电压放大倍数
+VCC
Uo 非线性区
应工作在负反馈状态下
线性区
-VCC
2、在非线性区的应用
Ui =U+-U-
同相加法运算
一个从 U- 输入，另一个从 U+ 输入
要求掌握：1、UO的计算 2、平衡电阻的计算-
减法运算
9-5
平衡电阻R
R＝6//3//4//24
叠加原理
A1:反相加法运算 A2:同相比例运算 A3:减法运算
UO1=
24 6
2 +
24 （ 6）+
3
24 4
6
=4V
UO2
(14)(3) 4
=
-6V
叠加原理
Ui1单独作用 Ui2单独作用 - Ui3单独作用
Rf
R0
_
Ui 1
R1
U+
A +
Ui 2
R2
Ui 3
R3
R4
同相加法运算电路
-
+ Ui1
U+
R1
-
+ Ui2
-
R2
+ Ui3
R4 R3
RP＝R1//R2//R3//R4
Uo (1R R0f )U (Ri11U Ri22U Ri33)RP
同相比例运算
Uo (1R R0f )U (Ri11U Ri22U Ri33)RP
同相比例运算
※
Uo
(1
Rf R0
)U
问题：U+ =?
两节点电压公式
Ui1 Ui2 Ui2
百度文库
U
R1 1
R1 11
R1 1
-
R1 R2 R3 R4
Ui 1
R1
Ui 2
R2
Rf
_
U+
A
+
R3
Uo Uo(1R R1 f )R2R 3R3Ui2R R1 f Ui1
※
Uo
(1
Rf R0
)U
问题：U+ =?
两节点电压公式
Ui1 Ui2 Ui2
U
R1 1
R1 11
R1 1
-
R1 R2 R3 R4
Rf
R0
_
Ui 1
R1
U+
A +
Ui 2
R2
Ui 3
R3
R4
同相加法运算电路
输入端电阻平衡条件： R0 //Rf ＝R1//R2//R3//R4
RP＝R1//R2//R3//R4
负反馈状态
Rf 接在U-和Uo 之间
运算电路：反相比例运算、同相比例运算、加法运算、减法运算
区分方法：看输入信号 单一信号
输入信号
从 U- 输入 反相比例运算
从 U+ 输入 同相比例运算
全部从 U- 输入
反相加法运算
多个信号 全部从 U+ 输入
同相加法运算
一个从 U- 输入，另一个从 U+ 输入
-
减法运算
能抑制零点漂移问 电压放 功率放 题的差动放大电路 大电路 大电路
+VCC
① u+: 同相输入端 uo与u+同相
u-
_
② u- : 反相输入端 uo与u-反相
A
u+
+
uo ③ 输入信号可以是交流信号也可以 是直流信号（直接耦合）
-VCC
④- +VCC 和-VCC 可以忽略不画
+VCC
U-
_
rid A
∴ R2称为输入平衡电阻 =另一个输入端除源后的等效电阻
∴ R2 = R1//Rf
-
R1
Ui
R2
Rf
_ A
+
同相比例运算电路
※
Uo
(1
Rf R1
)U
Uo
(1
Rf R1
)Ui
当 Rf =0 、 R1=∞时
短路
开路
Ui
-
_
A
Uo
+
Uo = Ui 电压跟随器
Ui 1
R1
Ui 2
R2
Ui 3
R3
Rf
_ A
减法运算
(1R R1 f )R2R 3R3Ui2(R R1 f Ui1)
Ui2单独作用U+
Ui1单独作用
叠加原理
-
集成运放的应用总结： 1、在线性区的应用 在负反馈状态
运算电路
单一信号 输入信号
多个信号
从 U- 输入 反相比例运算
从 U+ 输入 同相比例运算
全部从 U- 输入
反相加法运算
全部从 U+ 输入
若在一个输入端输入一个变化电压
在另一个输入端输入一个固定电压
Ui = U+-U-
-Uom
电压传输特性曲线
可以根据输出值，比较其大小
电压比较器 -
基准电压或门限电压 UR
二、集成运放在非线性区的应用 开环或正反馈状态
电压比较器：过零比较器、任意电压比较器、迟滞电压比较器
ui
R1
_
ui
R2
A
+
uo
U+= ui U-= 0
被比较电压 门限电压UR
① ui > 0 U+> U- Uo= +Uom
UO3=
6 12
U-
01
+
(1162)U02 = -11V
二、集成运放在非线性区的应用 开环或正反馈状态
+VCC
U-
_
电压放大倍数非常大
A
U+
+
Uo +Uom
-VCC
Uo
令 Ui = U+-U-
① U+> U② U+< U-
Ui > 0 Ui < 0
Uo= +Uom =+VCC Uo= -Uom =-VCC