电工学_秦增煌_第七版16章
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又因为在同相比例器中有， uo (1
Rf R )U
I+=0
RP=R1//R2//R3
ui1 ui 2 ui 3 ) RP 则实现运算： uo (1 R R R R 2 3 1 Rf
16.2.3 减法运算
----输入信号同时加入反相端与同相端,称为差动输入。
uo
Rf R1
(ui 2 ui1 )
R2
+ R3
R1 Rf R3 (1 ) ui 2 R1 R2 R3
u0
uo (1
Rf
)U
分析图示电路输出电压uo与输入电压ui1、ui2、ui3、ui4的关系
R1
R2 UU+ R3 R4 Rf ui1 ui2 u0 R1 R2 R3 R4 UU+ Rf
II+
-
∞ +
+
-
∞
+
R1 1k R2 R4 R5 10k R3 R6 0.9k
+ u02 + u0 + u01 -
Δ
R3
+
R6
Δ
虚断
I I 0 U U 0
虚接
i1 i f
虚地
ui uo1 R5 uo 2 uo1 R5 R2 ui 10ui R1 R2 R4 R4 R1
R2 uo1 ui 10ui uo uo 2 uo1 20ui R1
分析图示电路输出电压uo与输入电压ui的关系 电路
因为I-=0，所以 i1=if
同相比例运算
if i1 R1
Rf
即，
0 U U uo R1 Rf U U uo 所以， R1 Rf
管脚数有8、10、12 等种类
管脚数有8、10、12、 14、16等种类
16.1.2 电路的简单说明
为什么要加 集成运算放大器 正负电源？ = 具有高电压增益的直接耦合多级放大电路 反相
输入 端
ui1 ui2 - 输 入 + 级
输出 端
中 间 级
输 出 级 uo ui1 ui2 偏置电路 +
+U A
互补对称功 放输出级
输入级为改进 型差动放大电 路
复合管构成高 Au的中间级
保护管
16.1.3 主要参数
开环电压放大倍数Au0 运放开环时输出电压与输入差模电压之比,一般运放可 达80dB，高精度运放可达140dB。 共模抑制比KCMR 差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比,一 般运放可达80dB，高精度运放可达160dB。 差模输入电阻rid--输入差模信号时的输入电阻，可达MΩ数量级。 输出电阻ro --可达几十Ω∽几百Ω。
)ui
if
Rf
uo (1
Rf R1
)ui
i1 + ui -
R1
I-
-
∞ +
R’
+
Δ
+ u0 -
当R1=∞或RF=0
Rf u0 ui ∞ +
Δ
-
∞
Δ
ui
R’
+
+
+
u0
Auf=1
称为电压跟随器
反相比例运算 分析图示电路输出电压uo与输入电压ui的关系 电路 if i1
+ ui R1 R2 R5 R4
由虚短可得 由虚断可得
uo 的值。 ui1 ui 2
∞ +
ua ui1 ub ui 2
理想特性
uo
+UO(sat)
实际特性
u u
-UO(sat)
饱和区 线性区 饱和区
例
F007运算放大器的正、负电源电压为±15V，开 环电压放大倍数Au0=2105,输出最大电压（即Uo(sat)) 为±13V。在下图电路中分别加如下电压，求输出电 压及其极性：
u－ － ＋ u+ ＋
Rf R1
ui1 R1 UU+ ui2 =0 R 2 Rf
ui1单独作用
-
ui1 ui2
U-
-
∞ +
∞
+ u0
Δ
Δ
U+
R2
+ R3
u0
+
R3 Rf
uo
Rf R1
ui1
所以，
uo uo uo
0= ui1
ui2
R1
ui2单独作用
UU+ ∞ +
Δ
若取R1=R2、 R3=Rf则
集成运算放大器的简化等效电路
uid ui2 + rid
ui1 ui2
+
A + uo 等效
ui1
ro
+ uo -
Auouid
理想运算 放大器的 条件
Auo=∞ rid=∞ ro=0 KCRM=∞
符号
ui1 ui2
+
∞ +
uo
运算放大器的传输特性
uo f (ui )
uo Auo(u u )
ui1
ui2
ui3 ui4
+
∞ +
+
∞ +
ui1 ui 2 u R f ( ) R1 R2
' o
Δ
Δ
U0 ’
R’
R’
u (1
" o
Rf R1 // R2
)U
uo u u
' o
R1
R2
'
Rf UU+
" o
若R1 R2 R3 R4 R f R
-
uo u u
+ ui -
-
∞ + + u0 -
+ R’
Δ
参数计算
因为I-=0，所以 i1=if
ui U U uo 即， R1 Rf
若输出端加 负载，uo改 变吗？
+ ui R1 i1
if I-
Rf
-
∞ + + u0 -
+ R’
Δ
又因为U-=U+=R’I+=0
u u 所以， i o R1 R f
因为I-=0，所以 i1=if
-
∞ + + u0 -
+ ui -
R’
+
Δ
0 U U uo 即， ，又因为U-=U+=ui R1 Rf ui ui uo 所以， R1 Rf
Rf uo 即电压放大倍数 Auf 1 ui R1
则实现运算：
uo (1
Rf R1
反相加法器 电路结 构特点 Rf引入深度负反馈 输入信号均加入反向端 平衡电阻R’=R1//R2//R3//Rf
ui3 ui2 ui1
i3
R3
R2 R1 i2 i1
if
Rf
-
∞ + uo
+ R’
Δ
输入输出关系计算 因为I-=0，所以 i1+i2+i3=if 又因为U-=U+=R’I+=0 即，
uo
(1)u 15V, u 10V; (2)u 5V, u 10V; (3)u 0V, u 5mV; (4)u 5mV, u 0V;
解:
uo 13 u u 65 V 5 Au 0 2 10
I-=0
ui1 ui 2 ui 3 则实现运算： o R f u R R R 2 3 1
若取R1=R2=R3=R，则
ui1 ui 2 ui 3 0 uo R1 R2 R3 Rf
uo
Rf R
(ui1 ui 2 u i 3 )
同相加法器 电路结 构特点 Rf引入深度负反馈 输入信号均加入同相端
集成电路中元器件的特点 1. 单个的精度不是很高,但由于是在同一硅片上、用 相同工艺生产出来的，性能比较一致 2. 元器件相互离得很近,温度特性较一致 3.电阻一般在几十欧至几十千欧、太高或太低都不易 制造 4.电感难于制造,电容一般不超过200pF,大电容不易制 造
集成电路的封装 金属壳封装 双列直插式塑料封装
{end}
16.1 集成运算放大器的简单介绍
16.1.1 集成运算放大器的特点 集成电路:它是用一定的生产工艺把晶体管、场效应管、 二极管、电阻、电容、以及它们之间的连 线所组成的整个电路集成在一块半导体基 片上，封装在一个管壳内，构成一个完整 的、具有一定功能的器件，也称为固体器 件 优 点：工作稳定、使用方便、体积小、重量 轻、功耗小，实现了元件、电路和系统的 三结合
虚 地
Rf Rf uo 即电压放大倍数 Auf 则实现运算：uo R ui ui R1 1 ui 输入电阻 rif i R1 1
因为电路引入电压负反馈，输出电阻 ro=0
2、同相输入
该反馈为何 种组态？
i1
if R1 I-
Rf
Rf引入深度负反馈 电路结构特点 输入信号加入同相端 平衡电阻R’=R1//Rf 参数计算
II+
-
∞
+ + uo -
Δ
又因为U-=U+
+ ui -
R2
+
R3
则： uo (1
Rf R1
)U
U+=？
R3 U ui R2 R 3
R3 uo (1 )U (1 ) ui R1 R1 R2 R3
Rf
RfBaidu Nhomakorabea
因为I+=0，所 以R2，R3串联
16.2.2 加法运算
输入失调电压UIO 指当输入电压为零时，为使输出电压也为零所必须在输入端 加的补偿电压。 一般为1∽5mV，高精度运放可达±0.5mV。 IB1 Rb 输入失调电流IIO A 输入为零时，IIO=|IB1-IB2|。一般 + Rb uo + 为几十nA。 I
B2
16.1.4
理想运算放大器及其分析依据
1. 差模输入电阻 rid ,两个输入端的输入电流 可认为是零，即虚断。
2. 开环电压放大倍数 Au 0 输出电压是一个 uo 有限值， u u 0 Au 0
u u
即虚短。
如果信号从反相端输入，同相端接地
u 0反相端近于“地”电位，即虚地。
u 0,
16.2 运算放大器在信号运算方面的应用
16.2.1 比例运算
反相输入 -----实现运算uo=-kui 该反馈为 同相输入 -----实现运算uo=+kui 何种组态？
Rf R1
实现将输入信号按比 例放大的电路，称为 比例运算电路
1、反相输入 电路结 构特点
Rf引入深度负反馈
输入信号加入反相端 平衡电阻R’=R1//Rf
运算放大器工作在饱和区的条件：
uo
+UO(sat)
在开环与正反馈 条件下，运放工作在 饱和区。
运算放大器在 饱和区时的情况：
u u
-UO(sat)
饱和区 线性区 饱和区
u u
uo Uo(sat)
u u
uo Uo(sat)
{end}
注意：此时输入端的输入
电流也等于零，即“虚断”
(3)u 0V, u 5mV; uo 13V
(4)u 5mV, u 0V;
uo 13V
运算放大器工作在线性区的条件
uo
+UO(sat)
u u
-UO(sat)
线性区
运放工作在线性区的条件是在电路中加入负反馈。
运算放大器线性应用时的分析依据：
' o
" o
ui3 ui4
R3 R4
+
∞ +
R4 // R ' U u ' i3 R3 R4 // R
U0 ”
Δ
ui 3 ui 4 ui1 ui 2
R’
R3 // R ' u ' i4 R4 R3 // R
例 电路如图所示，R1=R2=R3=R4，试求 解法1： 应用虚短、虚断的特点
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
16.4 运算放大器在波形产生方面的应用
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其主要参数的意义； 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.掌握用运放组成的比例、加减、微分和积分运算电路的分析； 4.理解电压比较器的工作原理和应用。
只要两个输入端之间的电压绝对值超过65µ V，输 出电压就达到正或负的饱和值。
(1)u 15V, u 10V;
uo 2 105 (15 10) 106 V 5V
(2)u 5V, u 10V;
uo 2 105 (5 10) 106 V 3V
ui3 ui2 ui1 R3 R2 R1 i1 R i U+ i3 i2
if
Rf
U-
-
∞
+ uo
+
Δ
输入输出关系计算 因为I+=0，所以 i1+i2+i3=0
ui1 U ui 2 U ui 3 U 0 即， R1 R2 R3 ui1 ui 2 ui 3 整理得，U ( R // R // R ) 1 2 3 R1 R 2 R3
同相 输入 端
符号
+
uo
-U
注意：实际运放在 输入级：多采用差动放大电路，以抑制零漂、提供两个输入端。 使用时必须外加电 中间级：多采用共射放大电路，以提供高电压放大倍数。 源 输出级：多采用功率放大电路，以输出一定的功率。 偏置电路：多采用镜像恒流源电路。
F007集成运算放大器结构简介
F007的简化电路结构
Rf R )U
I+=0
RP=R1//R2//R3
ui1 ui 2 ui 3 ) RP 则实现运算： uo (1 R R R R 2 3 1 Rf
16.2.3 减法运算
----输入信号同时加入反相端与同相端,称为差动输入。
uo
Rf R1
(ui 2 ui1 )
R2
+ R3
R1 Rf R3 (1 ) ui 2 R1 R2 R3
u0
uo (1
Rf
)U
分析图示电路输出电压uo与输入电压ui1、ui2、ui3、ui4的关系
R1
R2 UU+ R3 R4 Rf ui1 ui2 u0 R1 R2 R3 R4 UU+ Rf
II+
-
∞ +
+
-
∞
+
R1 1k R2 R4 R5 10k R3 R6 0.9k
+ u02 + u0 + u01 -
Δ
R3
+
R6
Δ
虚断
I I 0 U U 0
虚接
i1 i f
虚地
ui uo1 R5 uo 2 uo1 R5 R2 ui 10ui R1 R2 R4 R4 R1
R2 uo1 ui 10ui uo uo 2 uo1 20ui R1
分析图示电路输出电压uo与输入电压ui的关系 电路
因为I-=0，所以 i1=if
同相比例运算
if i1 R1
Rf
即，
0 U U uo R1 Rf U U uo 所以， R1 Rf
管脚数有8、10、12 等种类
管脚数有8、10、12、 14、16等种类
16.1.2 电路的简单说明
为什么要加 集成运算放大器 正负电源？ = 具有高电压增益的直接耦合多级放大电路 反相
输入 端
ui1 ui2 - 输 入 + 级
输出 端
中 间 级
输 出 级 uo ui1 ui2 偏置电路 +
+U A
互补对称功 放输出级
输入级为改进 型差动放大电 路
复合管构成高 Au的中间级
保护管
16.1.3 主要参数
开环电压放大倍数Au0 运放开环时输出电压与输入差模电压之比,一般运放可 达80dB，高精度运放可达140dB。 共模抑制比KCMR 差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比,一 般运放可达80dB，高精度运放可达160dB。 差模输入电阻rid--输入差模信号时的输入电阻，可达MΩ数量级。 输出电阻ro --可达几十Ω∽几百Ω。
)ui
if
Rf
uo (1
Rf R1
)ui
i1 + ui -
R1
I-
-
∞ +
R’
+
Δ
+ u0 -
当R1=∞或RF=0
Rf u0 ui ∞ +
Δ
-
∞
Δ
ui
R’
+
+
+
u0
Auf=1
称为电压跟随器
反相比例运算 分析图示电路输出电压uo与输入电压ui的关系 电路 if i1
+ ui R1 R2 R5 R4
由虚短可得 由虚断可得
uo 的值。 ui1 ui 2
∞ +
ua ui1 ub ui 2
理想特性
uo
+UO(sat)
实际特性
u u
-UO(sat)
饱和区 线性区 饱和区
例
F007运算放大器的正、负电源电压为±15V，开 环电压放大倍数Au0=2105,输出最大电压（即Uo(sat)) 为±13V。在下图电路中分别加如下电压，求输出电 压及其极性：
u－ － ＋ u+ ＋
Rf R1
ui1 R1 UU+ ui2 =0 R 2 Rf
ui1单独作用
-
ui1 ui2
U-
-
∞ +
∞
+ u0
Δ
Δ
U+
R2
+ R3
u0
+
R3 Rf
uo
Rf R1
ui1
所以，
uo uo uo
0= ui1
ui2
R1
ui2单独作用
UU+ ∞ +
Δ
若取R1=R2、 R3=Rf则
集成运算放大器的简化等效电路
uid ui2 + rid
ui1 ui2
+
A + uo 等效
ui1
ro
+ uo -
Auouid
理想运算 放大器的 条件
Auo=∞ rid=∞ ro=0 KCRM=∞
符号
ui1 ui2
+
∞ +
uo
运算放大器的传输特性
uo f (ui )
uo Auo(u u )
ui1
ui2
ui3 ui4
+
∞ +
+
∞ +
ui1 ui 2 u R f ( ) R1 R2
' o
Δ
Δ
U0 ’
R’
R’
u (1
" o
Rf R1 // R2
)U
uo u u
' o
R1
R2
'
Rf UU+
" o
若R1 R2 R3 R4 R f R
-
uo u u
+ ui -
-
∞ + + u0 -
+ R’
Δ
参数计算
因为I-=0，所以 i1=if
ui U U uo 即， R1 Rf
若输出端加 负载，uo改 变吗？
+ ui R1 i1
if I-
Rf
-
∞ + + u0 -
+ R’
Δ
又因为U-=U+=R’I+=0
u u 所以， i o R1 R f
因为I-=0，所以 i1=if
-
∞ + + u0 -
+ ui -
R’
+
Δ
0 U U uo 即， ，又因为U-=U+=ui R1 Rf ui ui uo 所以， R1 Rf
Rf uo 即电压放大倍数 Auf 1 ui R1
则实现运算：
uo (1
Rf R1
反相加法器 电路结 构特点 Rf引入深度负反馈 输入信号均加入反向端 平衡电阻R’=R1//R2//R3//Rf
ui3 ui2 ui1
i3
R3
R2 R1 i2 i1
if
Rf
-
∞ + uo
+ R’
Δ
输入输出关系计算 因为I-=0，所以 i1+i2+i3=if 又因为U-=U+=R’I+=0 即，
uo
(1)u 15V, u 10V; (2)u 5V, u 10V; (3)u 0V, u 5mV; (4)u 5mV, u 0V;
解:
uo 13 u u 65 V 5 Au 0 2 10
I-=0
ui1 ui 2 ui 3 则实现运算： o R f u R R R 2 3 1
若取R1=R2=R3=R，则
ui1 ui 2 ui 3 0 uo R1 R2 R3 Rf
uo
Rf R
(ui1 ui 2 u i 3 )
同相加法器 电路结 构特点 Rf引入深度负反馈 输入信号均加入同相端
集成电路中元器件的特点 1. 单个的精度不是很高,但由于是在同一硅片上、用 相同工艺生产出来的，性能比较一致 2. 元器件相互离得很近,温度特性较一致 3.电阻一般在几十欧至几十千欧、太高或太低都不易 制造 4.电感难于制造,电容一般不超过200pF,大电容不易制 造
集成电路的封装 金属壳封装 双列直插式塑料封装
{end}
16.1 集成运算放大器的简单介绍
16.1.1 集成运算放大器的特点 集成电路:它是用一定的生产工艺把晶体管、场效应管、 二极管、电阻、电容、以及它们之间的连 线所组成的整个电路集成在一块半导体基 片上，封装在一个管壳内，构成一个完整 的、具有一定功能的器件，也称为固体器 件 优 点：工作稳定、使用方便、体积小、重量 轻、功耗小，实现了元件、电路和系统的 三结合
虚 地
Rf Rf uo 即电压放大倍数 Auf 则实现运算：uo R ui ui R1 1 ui 输入电阻 rif i R1 1
因为电路引入电压负反馈，输出电阻 ro=0
2、同相输入
该反馈为何 种组态？
i1
if R1 I-
Rf
Rf引入深度负反馈 电路结构特点 输入信号加入同相端 平衡电阻R’=R1//Rf 参数计算
II+
-
∞
+ + uo -
Δ
又因为U-=U+
+ ui -
R2
+
R3
则： uo (1
Rf R1
)U
U+=？
R3 U ui R2 R 3
R3 uo (1 )U (1 ) ui R1 R1 R2 R3
Rf
RfBaidu Nhomakorabea
因为I+=0，所 以R2，R3串联
16.2.2 加法运算
输入失调电压UIO 指当输入电压为零时，为使输出电压也为零所必须在输入端 加的补偿电压。 一般为1∽5mV，高精度运放可达±0.5mV。 IB1 Rb 输入失调电流IIO A 输入为零时，IIO=|IB1-IB2|。一般 + Rb uo + 为几十nA。 I
B2
16.1.4
理想运算放大器及其分析依据
1. 差模输入电阻 rid ,两个输入端的输入电流 可认为是零，即虚断。
2. 开环电压放大倍数 Au 0 输出电压是一个 uo 有限值， u u 0 Au 0
u u
即虚短。
如果信号从反相端输入，同相端接地
u 0反相端近于“地”电位，即虚地。
u 0,
16.2 运算放大器在信号运算方面的应用
16.2.1 比例运算
反相输入 -----实现运算uo=-kui 该反馈为 同相输入 -----实现运算uo=+kui 何种组态？
Rf R1
实现将输入信号按比 例放大的电路，称为 比例运算电路
1、反相输入 电路结 构特点
Rf引入深度负反馈
输入信号加入反相端 平衡电阻R’=R1//Rf
运算放大器工作在饱和区的条件：
uo
+UO(sat)
在开环与正反馈 条件下，运放工作在 饱和区。
运算放大器在 饱和区时的情况：
u u
-UO(sat)
饱和区 线性区 饱和区
u u
uo Uo(sat)
u u
uo Uo(sat)
{end}
注意：此时输入端的输入
电流也等于零，即“虚断”
(3)u 0V, u 5mV; uo 13V
(4)u 5mV, u 0V;
uo 13V
运算放大器工作在线性区的条件
uo
+UO(sat)
u u
-UO(sat)
线性区
运放工作在线性区的条件是在电路中加入负反馈。
运算放大器线性应用时的分析依据：
' o
" o
ui3 ui4
R3 R4
+
∞ +
R4 // R ' U u ' i3 R3 R4 // R
U0 ”
Δ
ui 3 ui 4 ui1 ui 2
R’
R3 // R ' u ' i4 R4 R3 // R
例 电路如图所示，R1=R2=R3=R4，试求 解法1： 应用虚短、虚断的特点
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
16.4 运算放大器在波形产生方面的应用
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其主要参数的意义； 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.掌握用运放组成的比例、加减、微分和积分运算电路的分析； 4.理解电压比较器的工作原理和应用。
只要两个输入端之间的电压绝对值超过65µ V，输 出电压就达到正或负的饱和值。
(1)u 15V, u 10V;
uo 2 105 (15 10) 106 V 5V
(2)u 5V, u 10V;
uo 2 105 (5 10) 106 V 3V
ui3 ui2 ui1 R3 R2 R1 i1 R i U+ i3 i2
if
Rf
U-
-
∞
+ uo
+
Δ
输入输出关系计算 因为I+=0，所以 i1+i2+i3=0
ui1 U ui 2 U ui 3 U 0 即， R1 R2 R3 ui1 ui 2 ui 3 整理得，U ( R // R // R ) 1 2 3 R1 R 2 R3
同相 输入 端
符号
+
uo
-U
注意：实际运放在 输入级：多采用差动放大电路，以抑制零漂、提供两个输入端。 使用时必须外加电 中间级：多采用共射放大电路，以提供高电压放大倍数。 源 输出级：多采用功率放大电路，以输出一定的功率。 偏置电路：多采用镜像恒流源电路。
F007集成运算放大器结构简介
F007的简化电路结构