第三章 集成运算放大器及其应用

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集成运算放大器原理及应用(含习题)

集成运算放大器原理及应用(含习题)

集成运算放大器原理及应用将电路的元器件和连线制作在同一硅片上,制成了集成电路。

随着集成电路制造工艺的日益完善,目前已能将数以千万计的元器件集成在一片面积只有几十平方毫米的硅片上。

按照集成度(每一片硅片中所含元器件数)的高低,将集成电路分为小规模集成电路(简称SSI) ,中规模集成电路(简称MSI), 大规模集成电路(简称LSI)和超大规模集成电路(VLSI)。

运算放大器实质上是高增益的直接耦合放大电路,集成运算放大器是集成电路的一种,简称集成运放,它常用于各种模拟信号的运算,例如比例运算、微分运算、积分运算等,由于它的高性能、低价位,在模拟信号处理和发生电路中几乎完全取代了分立元件放大电路。

集成运放的应用是重点要掌握的内容,此外,本章也介绍集成运放的主要技术指标,性能特点与选择方法。

一、集成运算放大器简介1. 集成运放的结构与符号1. 结构集成运放一般由4部分组成,结构如图1所示。

142图1 集成运放结构方框图其中:输入级常用双端输入的差动放大电路组成,一般要求输入电阻高,差摸放大倍数大,抑制共模信号的能力强,静态电流小,输入级的好坏直接影响运放的输入电阻、共模抑制比等参数。

中间级是一个高放大倍数的放大器,常用多级共发射极放大电路组成,该级的放大倍数可达数千乃数万倍。

输出级具有输出电压线性范围宽、输出电阻小的特点,常用互补对称输出电路。

偏置电路向各级提供静态工作点,一般采用电流源电路组成。

2. 特点:○1硅片上不能制作大容量电容,所以集成运放均采用直接耦合方式。

○2运放中大量采用差动放大电路和恒流源电路,这些电路可以抑制漂移和稳定工作点。

○3电路设计过程中注重电路的性能,而不在乎元件的多一个和少一个○4用有源元件代替大阻值的电阻○5常用符合复合晶体管代替单个晶体管,以使运放性能最好3. 集成运放的符号从运放的结构可知,运放具有两个输入端v P和v N和一个输出端v O,这两个输入端一个称为同相端,另一个称为反相端,这里同相和反相只是输入电压和输出电压之间的关系,若输入正电压从同相端输入,则输出端输出正的输出电压,若输入正电压从反相端输入,则输出端输出负的输出电压。

第3章-集成运算放大器习题集答案

第3章-集成运算放大器习题集答案

第3章 集成运算放大器及其应用一、是非题 (注:请在每小题后[ ]内用"√"表示对,用"×"表示错) 1.运放的输入失调电压U IO 是两输入端电位之差。

( ) 2.运放的输入失调电流I IO 是两端电流之差。

( ) 3.运放的共模抑制比cdCMR A A K( ) 4.有源负载可以增大放大电路的输出电流。

( )5.在输入信号作用时,偏置电路改变了各放大管的动态电流。

( )6.运算电路中一般均引入负反馈。

( )7.在运算电路中,集成运放的反相输入端均为虚地。

( )8.凡是运算电路都可利用“虚短”和“虚断”的概念求解运算关系。

( ) 9.各种滤波电路的通带放大倍数的数值均大于1。

( )二、选择题(注:在每小题的备选答案中选择适合的答案编号填入该题空白处,多选或不选按选错论) 1.集成运放电路采用直接耦合方式是因为 。

A.可获得很大的放大倍数 B .可使温漂小 C.集成工艺难于制造大容量电容 2.通用型集成运放适用于放大 。

A .高频信号 B. 低频信号 C. 任何频率信号 3.集成运放制造工艺使得同类半导体管的 。

A. 指标参数准确B. 参数不受温度影响 C .参数一致性好 4.集成运放的输入级采用差分放大电路是因为可以 。

A .减小温漂 B. 增大放大倍数 C. 提高输入电阻 5.为增大电压放大倍数,集成运放的中间级多采用 。

A .共射放大电路 B. 共集放大电路 C .共基放大电路 6.现有电路:A. 反相比例运算电路 B. 同相比例运算电路C. 积分运算电路D. 微分运算电路E. 加法运算电路选择一个合适的答案填入空内。

(1)欲将正弦波电压移相+90O ,应选用 。

(2)欲将正弦波电压叠加上一个直流量,应选用 。

(3)欲实现A u =-100的放大电路,应选用 。

(4)欲将方波电压转换成三角波电压,应选用 。

(5)欲将方波电压转换成尖顶波波电压,应选用 。

第三章 差动放大电路及集成运算放大器 第一节差动放大电路

第三章 差动放大电路及集成运算放大器  第一节差动放大电路
温漂严重干扰了放大器的工作,会引起输出信号失真, 严重时会把有用信号完全淹没。这是直流放大器必须克服的 问题。实用中常采用多种补偿措施来抑制温漂,其中最为有 效的方法是使用差动放大电路。该电路也是集成运算放大器 的输入级电路。
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.1.1 差动放大电路的基本结构 差动放大电路如图3-1所示。
图3-2中可以算出差模输入电阻为: Rid=2(rbe+Rb) 输出电阻为: Rο=2RC
差动放大电路及集成运算放大器
3.1.3 共模输入信号与共模抑制比KCMR
在差动放大器两输入端同时输入一对极性相同、幅度相 同的信号称为共模输入方式。定义共模信号uic为两个输入信 号的算术平均值,即:
uic
ui1
差动放大电路及集成运算放大器
因此,其差模电压放大倍数为:
Aud
uo uid
Rc
Rb rbe
上式说明,该电压放大倍数与单管共射放大电路的电压
放大倍数相等。
这里我们用两套电路的元件实现的电压放大倍数和一套 电路相同。但该电路具有很好的超低频性能和很强的抑制零 点漂移的能力,这个问题下面还要详细讨论。
uo uo1 uo2 2uo1
差动放大电路及集成运算放大器
由图3-2可以计算出VT1、VT2的输出电压分别为:
VT1的输出电压:
uo1
Rcuid
2(Rb rbe )
VT2的输出电压:
uo 2
Rcuid
2(Rb rbe )
则差动放大电路的双端输出电压为:
uo
uo1
uo2
RCuid
Rb rbe
在一些超低频及直流放大电路中,级间耦合必须采用直 接耦合方式。直接耦合电路既能放大交流信号又能放大直流 信号,具有相当好的低频特性,所以又常称为直流放大器。 但由于其内部各级电路的静态工作点相互影响,给电路设计 和调整带来诸多不便。

电工与电子技术第三章 集成运算放大器及其应用

电工与电子技术第三章 集成运算放大器及其应用

各级工作点相互影响 适于放大直流或变化缓慢的信号 电压放大倍数为各级放大倍数之积 零点漂移
零点漂移---当输入信号为零时,输出端电压 偏离原来的起始电压缓慢地无规则的上下漂动, 这种现象叫零点漂移。
产生原因---温度变化、电源电压的波动、电 路元件参数的变化等等。
第一级产生的零漂对放大电路影响最大。
∴ i 1= i f
即 ui/R1=-uo/ Rf
uo、ui 符合比例关系,负号表示输出输入电 压变化方向相反。
电路中引入深度负反馈, 闭环放大倍数Auf 与运放的Au无关,仅与R1、Rf 有关。
当R1=Rf 时, uo=-ui ,该电路称为反相器。 R2--平衡电阻 同相端与地的等效电阻 。其作用是保持输入 级电路的对称性,以保持电路的静态平衡。
共模信号--极性相同,幅值相同的信号。
u i1= u i2
差模输入(信号)
ui1 ui2 ui 2
IC1 IC2
UCE1 UCE2 u0 UCE1 Δ UCE2 2 UCE1
Ad 2 UCE1 / ui 2 UCE1 / 2ui1 UCE1 / ui1
i3 ui3 R3
i f u0 Rf
ui1 R1 i1
Rf if
ui2 R2 i2 ui3 R3 i3
- + +∞
uo
RP
u0 ui1 ui 2 ui 3 R f R1 R2 R3
uo R f ( ui1 ui2 ui3 ) R1 R2 R3
若 R1 R2 R3 R f
AOUi
uo
I-≈I+ ≈0
二、Rf if
ui R1 i1 R2

电子课件电子技术基础第六版第三章集成运算放大器及其应用

电子课件电子技术基础第六版第三章集成运算放大器及其应用
1. 组成框图 集成运算放大器的组成框图如图所示,通常包括输入级、 中间级、输出级和偏置电路。
集成运算放大器的组成框图
(1)输入级 通常是具有较大输入电阻和一定放大倍数的差动放大电路 ,利用它可以使集成运算放大器获得尽可能高的共模抑制比 。 (2)中间级 中间级的作用是使集成运算放大器具有较强的放大能力, 通常由多级共射极放大器构成。
一、零点漂移
放大直流信号和缓慢变化的信号必须采用直接耦合方式, 但简单的直接耦合放大器,常会发生输入信号为零输出信号 不为零的现象。产生这种现象的原因很多,如温度的变化、 电源电压的波动、电路元件参数的变化等,都会使静态工作 点发生缓慢变化,该变化量被逐级放大,便会使放大器输出 端出现不规则的输出量,这种现象称为“零点漂移”,简称“零 漂”。
三、集成运算放大器的主要参数
为了表征集成运算放大器的性能,生产厂家制定了很多参 数,作为合理选择和正确使用集成运算放大器的依据。下面 介绍几项主要的参数,见表。
集成运算放大器的主要参数
集成运算放大器的主要参数
§3-3 集成运算放大器的基本电路
学习目标
1. 了解理想集成运算放大器的基本概念。 2. 了解集成运算放大器线性工作区和非线性工作区的 特性及工作特点。 3. 理解集成运算放大器“虚短”“虚断”的概念。 4. 了解集成运算放大器电路直流平衡电阻的配置。
2. 消除自激振荡 集成运算放大器是多级放大器,具有极高的电压放大倍数 ,但它极易产生自激振荡,使运算放大器不能正常工作。为 了防止自激振荡的产生,通常按产品手册要求,在补偿端子 上接指定的补偿电容或 RC 移相网络,以便消除自激振荡现 象。
四、集成运算放大器的保护 电路
1. 防止电源极性接反 为了防止电源极性接反而损坏集 成运算放大器,可利用二极管的单向 导电特性来控制,如图所示,二极管 V1、V2 串入集成电路直流电源电路 中,当电源极性接反时,相应的二极 管便截止,从而保护了集成电路。 防止电源极性接反保护电路

集成运算放大器及其应用

集成运算放大器及其应用

相当于两输入端之间短路
u + O
3 “虚地”的概念
当同相输入端接地时,
u i 由“虚断路”原则 i = 0 , 有 +=0
u u 由“虚短路”原则
+
–=0
u R1
i
R2
结论:反相输入端为 “虚地”。
注意
R1
在右图所示电路中,
相因输为入存端在负不反是馈“信虚号地, 同”!u


i
R 第3章 3 3
io
uo RL
u u f
R1 RF RL
第3章 3 4
RF
u u f
=
——R1–
R1+ RF
o
R1
u 虚短路
i R2
uo
u+
故有:
=u – uo =
1+
RRF1 u+
=
1+
u RF
R1
i
同相跟随器
RF
第3章 3 4
uo= ui
ui R
uo
若接入电阻R、RF,运算关系不变
3. 差动比例运算电路
第3章 3 4
利用叠加原理进行分析
RF
u u u ′O = - RRF1 i1
第3章 3 4
uo
3.4.3 减法运算电路 1. 差动比例运算电路
第3章 3 4
RF
u 差动比例运算
R1
i2
是减法运算电
u 路的一种形式
i1
R2
uo
R3
u u u o = 1+ RR1F R2R+3R3
i2 -
RF R1

《电子技术基础》第三章集成运算放大器及其应用试卷

《电子技术基础》第三章集成运算放大器及其应用试卷

《电子技术基础》第三章集成运算放大器及其应用试卷一、单项选择题1.集成运算反相器应是( )。

(2 分)A.A uf=lB.A uf=∞C.A uf=-1D.A uf=02.差动放大器是利用( )抑制零漂的。

(2 分)A.电路的对称性B.共模负反馈C.电路的对称性和共模负反馈D.差模负反馈3.输入失调电压是( )。

(2 分)A.两个输入端电压之差B.输入端都为零时的输出电压C.输出端为零时输入端的等效补偿电压。

4.同相比例运算电路在分析时不用( )概念。

(2 分)A.虚短B.虚断C.虚地5.集成运算放大器若输入电压过高,会对输入级( )。

(2 分)A.造成损坏B.造成输入管的不平稳,使运放的各项性能变差C.影响很小6.集成反相器的条件是( )(2 分)A.A uf=-1B.A uf=1C.R f=0D.R f=∞E.R f=R7.抑制零点漂移最有效的方法是( )。

(2 分)A.采用差动放大器B.采用温度补偿电路C.尽量减小电源电压波动8.所谓差模输入信号是指两输入信号为( )。

(2 分)A.大小和相位都相同B.相位相反C.大小相同,相位相反9.电压比较器中,集成运放工作在( )状态。

(2 分)A.非线性B.开环放大C.闭环放大10.克服零点漂移最有效且最常用的是( )(2 分)A.放大电路B.振荡电路C.差动放大电路D.滤波电路二、判断题11.( )开环差模电压增益越高,构成的电路运算精度越高,工作也越稳定。

(2 分)12.( )直接耦合放大电路能够放大缓慢变化的信号和直流信号,但不能放大漂移信号。

(2 分)13.( )变压器耦合能使零点漂移信号传递到后级。

(2 分)14.( )差动放大电路的共模放大倍数实际上为零。

(2 分)15.( )集成运放工作在线性状态下,要实现信号运算时,两个输入端对地的直流电阻必须相等,才能防止偏置电流带来的运算误差。

(2 分)16.( )为防止自激,集成运放的补偿电容若制作在内部,无需外部补偿。

电子技术单元检测题

电子技术单元检测题

第三章集成运算放大器及其应用一、单选题1.对差分放大电路而言,下列说法不正确的为()。

A.可以用作直流放大器B.可以用作交流放大器C.可以用作限幅器D.具有很强的放大共模信号的能力2.为了减小温度漂移,集成放大电路输入级大多采用()。

A. 共基极放大电路B. 互补对称放大电路C. 差分放大电路D. 电容耦合放大电路3.选用差分放大电路的主要原因是()。

A.减小温漂B.提高输入电阻C.稳定放大倍数D.减小失真4.集成运放的输出级一般采用互补对称放大电路是为了( )A.增大电压放大倍数B.稳定电压放大倍数C.提高带负载能力D. 减小线性失真4.选用差分放大电路的主要原因是()。

A.减小温漂B.提高输入电阻C.稳定放大倍数D.减小失真5、理想运放的两个重要结论是()。

A、虚短与虚地;B、虚断与虚短;C、断路与短路。

三、填空题1.当输入信号为零时,输出信号不为零且产生缓慢波动变化的现象称为。

差分放大电路对之具有很强的作用。

2.当差分放大电路输入端加入大小相等、极性相反的信号时,称为输入;当加入大小和极性都相同的信号时,称为输入。

3.理想集成运放差模输入电阻为,开环差模电压放大倍数为,输出电阻为。

4.差动放大电路具有电路结构___ _的特点,因此具有很强的__ 零点漂移的能力。

它能放大__ _模信号,而抑制___ __模信号。

5.差动放大电路中,差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比,称为,理想差动放大电路中其值为。

6.集成运放的输入级一般采用差动放大电路,用来克服温漂;中间电压放大级多采用共极电路以提高电压增益;输出级多采用功率放大电路,以提高带负载能力。

7、运算电路可实现A u>1的放大器,运算电路可实现A u<0的放大器.8、“虚地”是输入电路的特殊情况。

四、问题1、集成运放一般由哪几部分组成?各部分的作用如何?2、何谓“虚地”?何谓“虚短”?在什么输入方式下才有“虚地”?五、计算题图3.42所示电路中,已知R1=2KΩ,R f=5KΩ,R2=2KΩ,R3=18KΩ,U i=1V,求输出电压U o。

集成运算放大器应用

集成运算放大器应用

01
人工智能和机器学习
随着人工智能和机器学习技术的发展,集成运算放大器有望在这些领域
发挥更大的作用。例如,用于数据采集和处理、信号处理和模式识别等
应用。
02
物联网和智能传感器
随着物联网和智能传感器技术的发展,集成运算放大器在智能传感器和
物联网节点中的应用将更加广泛。例如,用于环境监测、智能家居和工
业自动化等领域。
详细描述
集成运算放大器作为核心器件,在信号运算处理中发挥着关键作用。通过配置适当的反馈网络,集成 运算放大器可以实现加法、减法、积分、微分等运算功能,广泛应用于信号调理、控制系统等领域。
有源滤波器
总结词
集成运算放大器可用于构建有源滤波器,对信号进行频率选 择和噪声抑制。
详细描述
有源滤波器是一种能够实现特定频率范围通过或抑制的电路 ,利用集成运算放大器的高开环增益和低噪声特性,可以构 建多种有源滤波器,如低通、高通、带通、带阻滤波器等, 广泛应用于信号提取、噪声抑制等领域。
总结词
集成运算放大器可以实现电流-电压转换和 电压-电流转换,将不同类型的信号进行相 互转换。
详细描述
集成运算放大器具有高输入阻抗和低输出阻 抗的特点,可以利用其输入和输出特性实现 电流-电压转换和电压-电流转换。在传感器 信号采集、电子测量等领域,这种转换功能 非常有用,可以将不同类型的信号进行相互 转换,便于后续处理或传输。
降低功耗
随着便携式电子设备的需求增加,集成运算放大器的功耗也受到了越来越多的关注。因此,低功耗设计成为了集成运 算放大器的一个重要发展趋势。
集成化和小型化
随着集成电路技术的发展,集成运算放大器也正朝着集成化和小型化的方向发展。这使得它们在便携式 设备、穿戴设备和物联网等领域的应用更加方便。

集成运算放大器及应用—集成运算放大器(电子技术课件)

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

集成运算放大器及应用—集成运放的非线性应用(电子技术课件)

集成运算放大器及应用—集成运放的非线性应用(电子技术课件)
集成运放的内部结构。无论是输入信号的正向电压或负向电压超过二极管导通电压, 则V1或V2中就会有一个导通,从而限制了输入信号的幅度,起到了保护作用。
(a)反相输入
(b)同相输入
图3.3.9 输入保护电路
(3)输出保护 利用稳压管V1和V2接成反向串联电路。若输出端出现过高电压,集成运放输
出端电压将受到稳压管稳压值的限制,从而避免了损坏。
由于大部分集成运放内部电路的改进,已不需要外加补偿网络。
3.保护电路 (1)电源极性的保护 利用二极管的单向导电特性防止由于电源极性接反而造成的损坏。当
电源极性错接成上负下正时,两二极管均不导通,等于电源断路,从而起 到保护作用。
图3.3.8 电源极性保护电路
(2)输入保护 利用二极管的限幅作用对输入信号幅度加以限制,以免输入信号超过额定值损坏
由图可见,他们之间存在差值称为回差电 压或迟滞宽度u,用 表示,即:
图3.3.7 滞回电压比较器的传输特性
u Uth1 Uth2
三、集成运放使用常识 1.零点调整 方法:将输入端短路接地,调整调零电位器,使输出电压为零。 2.消除自激振荡 方法:加阻容补偿网络。具体参数和接法可查阅使用说明书。目前,
滞回比较器具有两个不同的阈值,且相差较大(通常称我电压 滞回特性),即惯性,因而也就具有一定的抗干扰能力。
(1)滞回电压比较器中的阈值电压
图3.3.6 滞回电压比较器
当 uo U om 时,集成运放同相
输入端的电位为:
u
R1 R1 R2
F
Uth1
(2)滞回电压比较器中的阈值电压
图3.3.6 滞回电压比较器
当 uo U om 时,集成运放同相输入端
的电位为:
u

第三章 差动放大电路及集成运算放大器 第三节集成运算放大器及其应用

第三章 差动放大电路及集成运算放大器 第三节集成运算放大器及其应用

差动放大电路及集成运算放大器
3.3.3.4 差模输入电阻rid
是指运放在输入差模信号时的输入电阻。对信号源来说,
差模输入电阻rid的值越大,对其影响越小。理想运放的rid
为无穷大。
3.3.3.5 开环输出电阻ro
运放在开环状态且负载开路时的输出电阻。其数值越小,
带负载的能力越强。理想运放的ro = 0。
i11
ui1 R11
;i12
ui 2 R12
该参数表示运放两个输入端之间所能承受的最大差模电 压值,输入电压超过该值时,差动放大电路的对管中某侧的 三极管发射结会出现反向击穿,损坏运放电路。运放μA741 的最大差模输入电压为30V。
差动放大电路及集成运算放大器
3.3.3.2 最大共模输入电压Uicmax
这是指运算放大器输入端能承受的最大共模输入电压。 当运放输入端所加的共模电压超过一定幅度时,放大管将退 出放大区,使运放失去差模放大的能力,共模抑制比明显下 降。运放μA741在电源电压为±15V时,输入共模电压应在 ±13V以内。
如果输入信号从同相输入端引入,运放电路就成了同相 比例运算放大电路。如图3-20所示。根据理想运算放大器的 特性:u u ui i1 i f 得:
i1
u R1
ui R1
if
u uo RF
ui uo RF
因而: uo
1
RF R1
ui
Auf
uo ui
1
RF R1
差动放大电路及集成运算放大器
该电路的反馈类型为串联电.3.4.3 反相加法器 如果在反相输入比例运算电路的输入端增加若干输入支
路,就构成反相加法运算电路,也称求和电路,如图3-22所 示。

集成运算放大器及其应用习题解答

集成运算放大器及其应用习题解答

第3章集成运算放大器及其应用习题解答3.1 差动放大电路的工作原理是什么?解:最简单的差动放大电路由两个完全对称的单管放大电路拼接而成。

由于电路的对称性,输出信号电压采用从两管集电极间提取的双端输出方式,对于无论什么原因引起的零点漂移,均能有效地抑制。

在电路的两个输入端输入大小相等、极性相同的信号电压,由于电路的对称性,两管集电极电位的大小、方向变化相同,输出电压为零(双端输出)。

说明差动放大电路对共模信号无放大作用。

共模信号的电压放大倍数为零。

在电路的两个输入端输入大小相等、极性相反的信号电压,由于电路的对称性,差动放大电路的输出电压为两管各自输出电压变化量的两倍。

3.2 集成运算放大器的基本组成有哪些?解:从电路的总体结构上看,集成运算放大器基本上都由输入级、中间放大级、输出级和偏置电路四个部分组成。

3.3 集成运算放大器的主要参数有哪些?解:1.开环差摸电压增益:2.输入失调电压U io:3.输入失调电流I io:4.差摸输入电阻r id和输出电阻r o:5.共模抑制比K CMR:6.最大差模输入电压U idmax:7.最大共模输入电压U icmax:8.静态功耗P co:9.最大输出电压U opp:3.4 理想集成运算放大器的主要条件是什么?解:(1)开环差模电压增益A ud=∞;(2)共模抑制比K CMR=∞;(3)开环差模输入电阻r id=∞;(4)开环共模输入电阻r ic=∞;(5)开环输出电阻r o=0。

3.5 通用型集成运放一般由几部分电路组成,每一部分常采用哪种基本电路?通常对每一部分性能的要求分别是什么?解:(1)输入级:一般采用具有恒流源的双输入端的差分放大电路,主要作用是减小放大电路的零点漂移、提高输入阻抗。

(2)中间放大级:一般采用多级放大电路,主要作用是放大电压,使整个集成运算放大器有足够高的电压放大倍数。

(3)输出级:一般采用射级输出器或互补对称电路,其目的是实现与负载的匹配,使电路有较大的输出功率和较强的带负载能力。

【电工学】集成运算放大器全篇

【电工学】集成运算放大器全篇

当 u+> u– 时, uo = + Uopp u+< u– 时, uo = – Uopp
(2) 由于rid→∞,仍然有: i+=i-≈0
3.3 基本运算电路
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,可以实现对模拟信号进行比 例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、 乘法和除法等数学运算。
i1 R1 +
– +
uo +
+
ui –
i2 R2 i3
R3

因 i+=0, 所以 i2=i3 ,
u
R1 R1 RF
uo
而 u+=u- ,所以
uo
(1
RF R1
)u
u
ui R2 R3
R3
所以,u0
(1
RF R1
)(
R3 R2 R3
)ui
3 差动输入电路
iF RF
+ i1 R1

+
+
ui1
理想运算放大器的图形符号

i–

u–

i+
+
uo
u+
+
这里省略了其 它引线,而只画 出了两个输入端 和一个输出端,
其中:
“- ”为反相输入端;
“+”为同相输入端; “∞”表示开环电压放大倍数满足理想化条件;
“ ” 表示运放输入。
运放的三种工作方式
1)当信号从同相输入端对公共地端输入时,输出 电压与输入电压同相,——同相输入方式;
3.1.2 主要技术指标
1.开环差模电压增益 Aod 指无反馈电路时的差模电压放大倍数。

实验3集成运算放大器的基本应用

实验3集成运算放大器的基本应用

规范操作
在实验过程中,严格遵守操作规范, 避免对设备造成不必要的损害。
07 总结与展望
实验总结
实验目的
通过搭建集成运算放大器的基本 应用电路,掌握运算放大器的工 作原理、性能指标及基本分析方 法。
实验内容
设计并搭建反相、同相及差分放 大电路,观察并分析电路输入输 出特性,验证运算放大器的线性 放大功能。
无输出或输出异常 检查电源是否接通,以及电源电压是否符合要求。
检查输入信号是否正常,如有问题则调整信号源。
常见故障及排除方法
• 检查电路连接是否正确,如有虚焊或短路现象应及时修复。
常见故障及排除方法
01
02
03
04
放大倍数不准确
检查反馈电阻的阻值是否准确 ,如有偏差应更换。
检查输入电阻和输出电阻的阻 值是否合适,如不合适应调整
06 注意事项与故障排除
实验安全注意事项
电源安全
确保实验电源稳定且符合设备要求,避免过高或过低的电压导致 设备损坏或引发危险。
操作规范
按照实验指导书和教师指导进行操作,不要随意更改电路连接或 参数设置。
防静电措施
在操作过程中,采取防静电措施,如佩戴防静电手环,避免静电 对设备造成损害。
常见故障及排除方法
运算放大器的应用电路
除了基本的反相、同相和差分放大电路外,运算 放大器还可以构成积分器、微分器、比较器等复 杂电路,实现更多功能。
对未来研究的建议
深入研究运算放大器的性能指标
针对不同应用场景,研究如何优化运算放大器的性能指标,提高电 路性能。
探索新型运算放大器
随着半导体技术的发展,探索具有更高性能、更低功耗的新型运算 放大器,满足未来电子系统的需求。
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由集成运放构成的4种不同类型的负反馈放大电路如图 3.7 所示。
图3.7 4种负反馈放大电路



电压反馈和电流反馈的判别,可假想将放大电路的输出端 交流短路,即令uo=0,若反馈信号不复存在,则为电压反 馈,否则为电流反馈。 例如,在图3.7(a)所示的集成运放中,当输出端交流短 路时,反馈电阻Rf一端直接接地,反馈电压uf=0,即反馈 信号消失,所以为电压反馈;而在图3.7(c)所示的电路 中,当将其输出端交流短路时,虽然uo=0,但输出电流io 仍随输入信号而改变,在电阻 R上仍会产生反馈电压 uf, 所以可判定该电路引入的是电流反馈。 用同样方法可判定图 3.7(b)所示电路引入的是电压反馈, 而图3.7(d)所示电路引入的是电流反馈。

这样,净输入信号ud=ui-uf与没有反馈时相比增大了,即 反馈信号增强了输入信号的作用,所以可确定为正反馈。 用同样方法可判断图3.6(b)所示集成运放引入的是负反 馈。
图3.6 反馈极性判别举例
3.2.2 负反馈的基本类型及其判别

按反馈电路与放大电路输出端连接方式的不同,即根据反 馈信号是取自输出电压还是取自输出电流,可将反馈分为 电压反馈和电流反馈。
图3.2 集成运放的电路符号

其中u+端的输入电压与输出电压uo同相,称为同相输入端; u-端的输入电压与输出电压uo反相,称为反相输入端。

Aod是集成运放无外接反馈回路时的差模电压放大倍数, 称为开环差模电压放大倍数或开环差模电压增益。
2. 集成运放的主要参数
(1) 开环差模电压放大倍数Aod Aod是指集成运放在没有外接反馈回路时的差模电压放大 倍数,即Aod=uo/(u+-u-)。 它体现了集成运放的电压放大能力,常用分贝( dB )表 示,Aod(dB)=20lg|Aod|。 Aod值越大越稳定,相应的运算电路的运算精度越高。所 以,它是决定运算精度的主要因素。理想条件下,可以认 为Aod≈∞。


有反馈的放大倍数Af称为闭环放大倍数或闭环增益,它是 输出信号xo与输入信号xi之比,即 Af=xo/xi 这样,可以得出反馈放大电路中的闭环放大倍数Af与开环 放大倍数A、反馈系数F之间的基本关系式为 Af=xo/xi=xo/(xd+xf)=xo/(xd+Fxo) =(xo/xd)/(1+Fxo/xd)=A/(1+FA) (3-1) 1+FA|称为反馈深度。
( 2 )中间级。中间级的主要作用是进行电压放大,通常采 用共射(或共源)放大电路,其电压放大倍数可达千倍以 上。
( 3 )输出级。输出级一般采用互补对称功率放大电路,要 求其输出电阻小,带负载能力强。此外,输出级还带有保 护电路,以防意外短路或过载时造成电路损坏。
( 4 )偏置电路。偏置电路的作用是为集成运放中各级电路 提供稳定、合适的偏置电流,确立各级的静态工作点,一 般由各种恒流源电路构成。 从外部作为一个整体来看,集成运放是一个双端输入、单 端输出、具有高输入电阻、低输出电阻、高差模放大倍数 和高共模抑制比的差分放大电路,其电路符号如图 3.2 所 示。
此外,对于理想运放,如果信号从反相输入端输入,而同 相输入端接地,即 u+=0,基于“虚短”的概念,必有 u-=0 , 即反相输入端的电位为“地”电位,通常称之为“虚地”。 以上概念是分析理想运放线性应用时的基本依据。


例3.1 集成运放CF741的开环差模电压放大倍数Aod=105 ,即 Aod=100dB ,差模输入电阻 ri=2MΩ ,当工作在线性区 时,若输出电压 uo=10V ,求输入端应加的差模信号电压 的大小和输入电流。 解 (1) 输入电压ui=u+-u-=uo/Aod=0.1mV (2) 输入电流ii=ui/rid=0.05nA


电压反馈的反馈信号xf取自输出电压uo,xf与uo成正比; 电流反馈的反馈信号xf取自输出电流io,xf与io成正比。

按反馈电路与放大电路输入端连接方式的不同,可将反馈 分为串联反馈和并联反馈。 串联反馈的反馈信号和输入信号以电压串联方式叠加,即 ud=ui-uf,以得到放大电路的净输入电压ud。 并联反馈的反馈信号和输入信号以电流并联方式叠加,即 id=ii-if,以得到放大电路的净输入电流id。 根据以上分析,有 4 种类型的负反馈,即电压串联负反馈、 电压并联负反馈、电流串联负反馈、电流并联负反馈。
第3章 集成运算放大器及其应用
本章主要内容
(1)集成运算放大器的特点及参数 (2)放大器中的负反馈 (3)集成运放的线性应用 (4)集成运放的非线性应用
5.1 集成运算放大器

集成运算放大器是一种高电压放大倍数、高输入电阻和低 输出电阻的多级直接耦合放大电路。由于早期它主要用于 模拟量的某些数学运算,故名运算放大器,简称集成运放。
3.1.2 集成运放的组成及主要参数
1. 集成运放的组成

集成运放通常由 4部分组成,即输入级、中间级、输出级 及偏置电路,如图3.1所示。
图3.1 集成运放组成框图
( 1 )输入级。输入级是构成高质量集成运放的关键部分, 通常由具有恒流源的双端输入、单端输出的差分放大电路 构成,其目的是为了抑制放大电路的零点漂移,提高输入 电阻。

② 因 Aod=∞ ,而 uo 为有限值,故有 u+-u-=0 ,即 u+=u- , 即理想运放的两个输入端的电位相等,但又不是短路,故 称为“虚短”。

以上“虚断”和“虚短”的两个概念,看上去似乎是矛盾 的,其实不然,“虚断”是对理想运放的输入电阻无限大 而言,而“虚短”是对理想运放的开环电压增益无限大来 说的。


集成运放的电压传输特性如图 3.3 所示,它描述了输出电 压与输入电压之间的关系。
该传输特性分为线性区和非线性区(饱和区)。当集成运 放工作在线性区时,输出电压 uo 与输入电压 ui(=u+-u-) 是 一种线性关系,即 uo=Aod· ui=Aod(u+ - u-)

图3.3 集成运放的电压传输特性

正反馈的结果,导致输入信号增强,输出信号相应增大,亦 即使放大器的放大倍数增大。 正反馈常用在振荡电路中。但正反馈常使电路工作不稳定, 使放大器的性能变差。 负反馈的结果,使放大器的放大倍数减小,可以改善放大器 的性能,因此在放大电路中几乎都采用负反馈。



如图3.5所示是负反馈放大电路的组成框图。
图3.5负反馈放大电路框图

由图可见,它由基本放大电路、反馈网络和比较环节3部 分组成。 基本放大电路可以是单级或多级放大电路,实现信号从输 入端到输出端的正向传输,A是开环放大倍数; 反馈网络联系放大电路的输出和输入,一般由电阻元件组 成,实现信号从输出端到输入端的反向传输,F是反馈网 络的反馈系数。
(2) 输入失调电压UIO 在理想的集成运放中,当输入电压ui=0时,输出电压uo应 为零。但在实际电路中,ui=0时,输出uo并不为零。如果 要使uo=0,必须在输入端加入一个很小的电压来补偿。这 个电压就是输入失调电压,用UIO表示。 (3) 输入失调电流IIO 静态时,流入集成运放两个输入端的电流之差称为输入失 调电流,用IIO表示。它反映了集成运放两个静态输入电流 的不对称性。IIO的存在会产生输出失调,因而IIO的值越小 越好。理想条件下,可以认为IIO≈0。


xi、xo、xf和xd分别表示放大电路的外部输入信号、输出 信号、反馈信号和基本放大电路的净输入信号。它们既可 以是电压信号,也可以是电流信号。信号的传递方向如图 中箭头所示。 比较环节实现外部输入信号与反馈信号的叠加,以得到净 输入信号xd。
2. 反馈基本关系式



在图3.5中,基本放大电路的净输入为 xd=xi-xf 反馈系数F为反馈信号xf与输出信号xo的比值,即 F=xf/xo 无反馈的开环放大倍数或开环增益 A是输出信号 xo与净输 入信号xd的比值,即 A=xo/xd
3.1 集成运算放大器
3.1.1 集成运放的特点
① 所有元器件处于同一晶片上,由同一工艺做成,易做 到电气特性对称,温度特性一致,适于制造对称性高的电 路。因此 ,容易制成温度漂移很小的运算放大器。
② 在集成运放中常用晶体管恒流源代替电阻。必须用的高 阻值电阻,常采用外接方式。 ③ 集成运放各级之间的连接多采用直接耦合方式,基本上不 采用电容元件。必须使用电容器的场合,也常采用外接方 式。 ④ 集成电路中制作晶体管容易,二极管通常是用晶体管的基 极与集电极短接后的发射结来代替。
(6) 最大共模输入电压Uicmax 集成运放对共模信号有抑制能力,但当共模输入电压超过 一定极限时,集成运放将不能正常工作甚至损坏。 共模输入电压的这一极限数值就是集成运放的最大共模输 入Uicmax。
3.1.3 集成运放的理想模型
在分析和计算集成运放的实际电路时,为了使问题的分析 简化,常将集成运放看作一个理想的运放,即把运放的各 项参数都理想化。 由于实际集成运放的性能参数与理想运放十分接近,所以 在分析计算时用理想运放代替实际运放所引起的误差并不 大,在工程计算中是允许的,并且可以使问题的分析和计 算大为简化。 集成运放的理想参数主要有: ① 开环差模电压放大倍数Aod=∞; ② 差模输入电阻rid=∞; ③ 输出电阻ro=0; ④ 共模抑制比KCMR=∞。



反馈的正、负极性(正反馈、负反馈)通常可采用瞬时极 性法来判别。 采用这种方法判别反馈的正、负极性时,可先任意设定输 入信号的极性为正或为负,并以+或-来标记,然后沿反馈 环路逐步确定反馈信号的瞬时极性,最后根据对输入信号 的作用是增强还是消弱,即可确定反馈极性。 例如,对于图 3.6(a)所示的集成运放,设输入信号 ui为 正(标以+),则输出信号uo的瞬时极性为负(标以-), 经电阻Rf返送到同相输入端,反馈信号uf的瞬时极性为负 (标以-)。
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