5第十一章 集成运算放大器

R2
ui
R1
- ∞
＋ ＋
uO
2. 运算电路
(1) 反相比例运算放大器 if RF ii
(2)同相比例运算放大器 (2)同相比例运算放大器
RF R1
R2
iR2
uo
+ –
+ –
ui
– + +
uo
+ –
放大倍数
Auf
uo RF = =− ui R1
uo RF = 1+ 放大倍数 A uf = ui R1
u–
输出端
同相 输入端
u+
输入级
实际运放 开环电压放大倍数 理想运放
uo
中间级 输出级 –UEE 负电源
运算放大器的符号: 运算放大器的符号 理想运放： 理想运放： 输入级：输入电阻高，能减小零点漂移， 输入级：输入电阻高，能减小零点漂移，都采用差放 。 Ao = ∞ Auo ∞ 反相输入端 u－ － 中间级：放大倍数高,采用共射放大电路。 中间级：放大倍数高,采用共射放大电路。 ＋ ri = ∞ 输出端 uo 同相输入端 u+ ＋ 输出级：带负载能力强，采用互补对称电路或射极输出器。 输出级：带负载能力强，采用互补对称电路或射极输出器。 ro = 0 偏置电路 : 由镜像恒流源等电路组成
3 集成运算放大器在电路结构上放大级之间通常采用 [ A．阻容耦合 B.直接耦合 C.光电耦合
例子
4.
理想运放的开环差模增益AOd为 [ A. 0 B. 1 C. 105
] D. ∞
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（ ）。 (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 6 .理想运放工作在线性区存在虚短和虚断的概念，虚短指 虚断是指 . ，
习题11.3.6 11.3.6的图 图11.05 习题11.3.6的图
11.3.7题 P311） 11.3.7题（P311）
求:求输入输出运算关系 1kΩ Ω ui1 910Ω Ω 【解】
10kΩ Ω _ ∞ + + ∆ ∆ ∆ ∆ 10kΩ Ω 5kΩ Ω 2kΩ Ω
10kΩ Ω
uo1
ui2 ui3
当 ui = 1V uo = – 6 V
u0 = u02 − u01 = −7.5ui − (−1.5ui ) = −6ui
例3
ui1
电路如图示。计算u0 电路如图示。计算
[解] 1. 由虚短可知：
u ab = u a − u b = u i 2 − u i1
+ A1 u01 R – + RF ub ui1 uab Rw ui2 ua RF – A2 + + u02 u R
运算关系； 时 例2：电路如图示。求uo与ui运算关系；当ui = 1 V时， uo ＝？ ： 电路如图示。 30 kΩ Ω 20kΩ Ω ui 12kΩ Ω [解] – + + uo1 10kΩ Ω 8 kΩ Ω 40 kΩ Ω – + + uo2 + uo –
30 u 01 = − u i = −1.5u i 20 40 u 02 = (1 + )u 01 = 5 × (−1.5u i ) = −7.5u i 10
现有信号变化范围为-5V ~ +5V 。试设计一电平转换电路， 试设计一电平转换电路， 例4 现有信号变化范围为 [解] 将其变化范围变为 0V ~ +5V 。 1.根据要求 o与ui关系为： uo = (ui /2)+2.5 V 根据要求u 关系为： 根据要求
uo = 0.5 (ui +5)
2. 电路为加法电路（ ui 及5V是输入）. 电路为加法电路（ 是输入） 是输入 现采用反相输入加法电路，加一级反相器构成。如下图： 现采用反相输入加法电路，加一级反相器构成。如下图： RF R ui 20kΩ Ω RF = 0.5 R R 20kΩ Ω _ ∞ +5V uo 若令 R=20k Ω _ ∞ + uo1 + + + 则：RF=10k Ω 10k Ω R1 R1=R//R//RF 3. 由图可知： 由图可知： =20//20//10
RF RF uo1 = − (ui + 5); uo = (ui + 5) R R
∆ ∆ ∆ ∆
∆ ∆ ∆ ∆
=5k Ω
11.3.2题 P310） 11.3.2题（P310）
已知： 已知：R1=2kΩ , R2=2kΩ , Ω Ω RF=10kΩ , R3=18kΩ ui =1V， Ω Ω =1V， 求:uo 运放构成同相比例电路 【解】 运放构成同相比例电路 ui 2kΩ Ω R1 R2 2kΩ Ω
ui1
_ ∞ + +
∆ ∆ ∆ ∆ R1 ui2 RP
uo1 R1
R2
_ ∞ + + ∆ ∆ ∆ ∆ R2
uo
1. uo1为同相器输出 uo1= ui1= -1V
R1
_
∞ + + ∆ ∆ ∆ ∆
2. uo2为同相比例电路输出
uo2
uo2= (1+R2/R1) ui2 =3V 3. uo为减法电路输出 为减法电路输出 R2 20 uo = ( u o 2 − u o1 ) = (3 − ( − 1)) = 8 V R1 10
第11章 集成运算放大器 章
1. 集成运放概述 2. 运算电路 3. 比较电路
1. 集成运算放大器概述
结构:集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接耦合放大器。 结构 集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接耦合放大器。 集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接耦合放大器 +UCC 正电源 反相 输入端
Ω RF 10kΩ ∞ + + R3 18kΩ Ω
_
∆ ∆ ∆ ∆
uo
RF uo = (1 + )u+ R1 RF R3 ) = (1 + ui R1 R2 + R3 10 18 = (1 + ) ui = 5.4ui 2 2 + 18
习题11.3.2 11.3.2的图 图11.01 习题11.3.2的图
主要参数 1. 最大输出电压 UOPP 2. 开环电压 Auo 3. 输入失调电压 UIO 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
由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件， 由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，而 用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化， 用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化，因此 后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的 运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。 后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。
∇ ∇
集成运算放大器的技术指标
(1) 开环差模电压放大倍数大 Auo= uo/(u+-u-)=105-107倍; (2) 共模抑制比高 CMRR=100db以上; CMRR=100db以上; 以上 (3) 输入电阻大 >1MΩ 有的可达100 以上; 100M ri>1MΩ, 有的可达100MΩ以上; (4) 输出电阻小 几十Ω ro =几Ω-几十Ω
则 ±UIM = ±0.015 mV 运放要工作在线性 因为理想运放 A o →∞ u 区必须有负反馈。 UIM ≈0 故： 区必须有负反馈。
uo ≠ Auo (u+ − u− )
–UO(sat) 负饱和区 实际运放电压传输特性 理想运放电压传输特性
例子
1 集 成 运 算 放 大 器 的 失 调 电 压 uid 是 指[ [ 1 (1) 输入电压ui=0时的输出电压 (2) 输入电压ui=0时的输出电压折算到输入端 的 电 压 (3.) 输 入 电 压ui=0时 的 输 出 电 压 2 为了减小温漂，通用型集成运放的输入级多采用 [ A.共射电路 B.共集电路 C.差动放大电路 ] ] ]。
uo 正饱和区
线性区 Uim
2. 非线性区 非线性区:
| u+ u− = UiM u+ > u−时：−uo |>+Uo(sat)
u+ − u−
u+ < u−时： uo = −Uo(sat)
1. u+ ≈ u– 不再成立 若 Auo = 106 UO(sat) = ±15 V 2. id ≈ 0 依然成立
11.3.6题 P310） 11.3.6题（P310）
已知： 已知： RF=2 R1 , 求:uo _ ∞ + + ∆ ∆ ∆ ∆ ui R1
RF _ ∞ + + ∆ ∆ ∆ ∆
uo
【解】 1. 2.
uo1
R2
uo1 = ui
uo为反相比例电路输出
RF uo = − uo1 = −2uo1 = −2ui R1
uo = uo '+uo ' '
R3 RF RF uo = (1+ ) ui2 − ui1 R R R2 + R3 1 1
RF RF 当R3 = ∞时 ： uo = (1+ )ui2 − ui1 R1 R1
(5) 积分运算 i1 R uc iF
C
(6)微分运算 (6)微分运算
iF i1 C R
ui
RP
- ∞ + +
ui uo
－+ +