广西大学 电工电子技术 第10章

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图 10.4.2 引入负反馈后的 理想运放电路
uu+
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虚断
∞ － + +
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△
uo
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第 10 章
集成运算放大器
10.5 基本运算电路
(一) 比例运算电路 (1) 反相比例运算电路
if
Rf ∞ +
△
虚地
i1 ui
R1
u － = u += 0 ui i1 = R1 －uo if = Rf ∵ i1 = if ui －uo ∴ = R R1 f
R1
Rf1
∞ － + +
△
Rf2
ui1 R 2 ui2 R
uo´ R4
R5
3
ui3
∞ － + + R6
△
+
－
uo
图 10.5.7 例10.5.2 的电路
Ｒf2 R6 Rf2 ) ui3 － uo= (1+ Ｒ4 uo´ R5+R6 R4 Ｒf1 Ｒf2 Ｒf1 R6 Rf2 ui2 ) ui1 + ) ui3 + ( = (1+ Ｒ2 Ｒ4 Ｒ1 R4 R5+R6
表 10.3
电 路 共集电路 共基电路 反馈元件 正负反馈 交直流反馈 串并联反馈 电压电流反馈 RE RE 负 负 直流和交流 直流和交流 串联 并联 电压 电压
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第 10 章
集成运算放大器
10.5.1 在图 10.5.1 所示反相比例运算电路中，已知某 集成运放的UCC = 15 V，UEE = 15 V，R1= 10 kΩ， Rf = 100 kΩ。(1) ui =－10 mV ；(2) ui = sinωt V ；(3) ui = 3 V； (4) ui =－5 V 。
IB E
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IE
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第 10 章
集成运算放大器
uu+
反相输入端
∞
输出端
i同相输入端
uo
+UCC
i+
图 10.1.2 集成运放的图形符号
1 6 F007 2 5 4 3
7
8
u－ u+
8 7 100 dB
2 6
uo
3 1
5 4
－UEE
图 10.1.3 F007 的外部接线和管脚图
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(2) uo= ui3 + ui2 + ui1 =(0.3 + 0.2 + 0.1) V = 0.6 V
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第 10 章
集成运算放大器
(四) 微分运算电路
Rf ∞ +
△
u－ = u + = 0 + uC－ if ui uC = u i u－ － i1 C if = i1 + u+ duC R2 i1 = C dt ui －uo 微分时间常数 Ui if = Rf 0 uo dui 0 uo =－Rf C dt
10.6 电压比较器
(一) 基本电压比较器
UR ui
∞ － + + uo
+UOM
uo
ui UR
∞ － + +

uo
(a) 信号输入方式
(a) 信号输入方式
+UOM
uo
ui
0
－UOM
UR
ui
0
－UOM
UR
(b) 电压传输特性 图 10.6.1 基本比较器（一）
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(b) 电压传输特性 图 10.6.1 基本比较器（二）
R2
Rf
if
∞ － u－ + +
△
uo
u+
uo= ui
图 10.5.2 同相比例运算电路 ——条件 ？
ui
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∞ － + +
△
uo
图 10.5.3 电压跟随器
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第 10 章
集成运算放大器
(二) 加法运算电路
R11
ui1 R 12 ui2
R2
虚地 R11 相当于开路
Rf ∞ uo － + + 图10.5.5 加法运算电路 相当于开路 虚地
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图 10.6.3 过温度保护电路
◆ R、D1 和 D2 的作用？ ◆ 调节 R2 的目的？
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第 10 章
集成运算放大器
练 习 题 解 答
10.2.1 试判断图 10.01 所示两电路中标有Rf 的反馈电 阻所形成的反馈（正、负、串联、并联、电压、电流）。
Rf R1 R2 ui －∞ + +
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R2
ui2
uo´´
R3 ui2 u+ = R2+R3
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第 10 章
集成运算放大器
则： uo = uo´ + uo´´ Ｒf R3 Rf ) = (1 + ui2 － Ｒ ui1 R1 R2+R3 1
Ｒf Ｒ3 时： 当 = Ｒ1 Ｒ2 Ｒf uo= Ｒ (ui2－ui1) 1
△
ui1 R 12
R2
uo = uo´+ uo´´
´ Ｒf uo´=－Ｒ ui1 11
Rf ∞ － + +
△
①
+
②
R11
R12
uo
ui2
R2
Rf ∞ － + +
△
uo´´
Ｒf uo´´=－ ui2 Ｒ12
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第 10 章
集成运算放大器
uo = uo’+ uo’’
Ｒf Ｒf ui1 + ui2 ) =－( Ｒ11 Ｒ12
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第 10 章
集成运算放大器
［例10.6.1］ 分析电路的功能和工作原理。
热敏电阻 R3 R1 UR KA +UCC
［解］
①当温度低于某值时， R3 的阻值大： D2 ui＜UR , uo=－UOM
ui
R4 R2
_ R uo´ + uo +

T
D1
T 截止， 不通电； KA ②当温度高于某值时， R3 的阻值小： ui＞UR , uo = + UOM T 饱和导通， KA 通电，触点动作。
积分时间常数 ▲平衡电阻: R2 = R1
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+ uC－
ui
i1
R1
if
u－
R2 u+ ui
Ui
C ∞ － + +
△
uo
(a) 电路
1 uo － R1C Ui t 0 t
－UOM (b) 波形 图 10.5.8 微分运算电路及其 阶跃响应波形
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0
t
第 10 章
集成运算放大器
【解】 (1) ui =－10 mV 时， Rf 100 uo =－ R ui =－ × (－10 ) mV = 100 mV 10 1 (2) ui = sinωt V 时， Rf 100 uo =－ R ui =－ sinωt V =－10 sinωt V 10 1
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ui1 R 2 ui2 R
3
∞ － + +
△
uo´ R4
R5
ui3
∞ － + + R6
△
+ －
uo
图 10.5.7 例10.5.2 的电路
［解］ (1) 第一级运算为加法运算：
Ｒf1 Ｒf1 uo´=－( Ｒ ui1 + Ｒ ui2 ) 2 1
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第 10 章
集成运算放大器
第 10 章
集成运算放大器
(3) ui = 3 V 时，若 Rf 100 uo = － R ui = － × 3 V = －30 V 10 1 | uo | ＞UEE ，这是不可能的，说明它已工作在于负饱和 区，故 uo =－UOM =－UEE = －15 V。 (4) ui = －5 V 时，若 Rf 100 uo = － R ui = － × (－5 ) V = 50 V 10 1 | uo | ＞UCC ，这是不可能的，说明它已工作在于正饱和 区，故 uo = +UOM = +UCC = 15 V。
第 10 章
集成运算放大器
教学基本要求
1. 了解集成运算放大器的基本组成和电压传输特性； 2. 理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法； 4. 理解基本运算电路的工作原理和分析方法； 5. 理解基本电压比较器的组成和电压传输特性。
第 10 章 集成运算放大器
10.1 集成运算放大器概述
（本节包括教材第1、4两小节）
10.5 基本运算电路 10.6 电压比较器
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第 10 章
集成运算放大器
10.1 集成运算放大器概述
一、集成运算放大器的组成、特点和符号
输入端
输入级 中间级 输出级
输出端
图 10.1.1 集成运放的组成 ◆ 特点： 1、多级直接耦合放大电路； 2、输入级采用差分放大电路，KCMRR 和 ri 很高； 3 、中间级采用多级共射电路，Au 很高； 4、 输出级采用互补对称功率放大电路，ro 很小， C I C 带负载能力很强。 B 5、电路中的二极管都用晶体管构成。
▲ 若 R11 = R12 = R1， 则：
R11
ui1 R 12 ui2
R2
Rf ∞ － + +
△
uo
Ｒf uo=－Ｒ (ui1 + ui2) 1
▲ 若 R11 = R12 = Rf ，
图 10.5.5 加法运算电路
则： uo=－(ui1 + ui2) ▲平衡电阻: R2 = R11 // R12 // Rf
u+
∞ － + +
△
平衡电阻ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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第 10 章
集成运算放大器
(2) 同相比例运算电路
u－ = u + = ui if = i 1 uo －u－ u－ = Rf Rf Rf uo= (1 + R ) u+ 1 Rf uo= (1 + R ) ui 1 平衡电阻: R2 = R1 // Rf i1 R1 ui
uo
(a) 电路
t
t
(b) 波形
▲平衡电阻: R2 = Rf
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图 10.5.8 微分运算电路及其 阶跃响应波形
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第 10 章
集成运算放大器
输出 uo 的波形。设 5 Rf C＜tp 。
［补充例题2］ 已知输入 ui 的波形如图所示，试画出 dui ［解］ uo =－Rf C dt
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第 10 章
集成运算放大器
(三) 减法运算电路
Rf
ui1
ui2
R1 R2
∞ － + +
△
ui1 R1 uo
①
R2 + ②
R1
R3
图 10.5.6 减法运算电路
Rf ∞ － + + R3
Rf ∞ － u－ + u+ + R3
△ △
u o´
▲ 当 i1 i2 单独作用时: ▲当uu单独作用时: Ｒf Rf uoo´= (1+ ui1) u+ u ’=－Ｒ R 1 1 R Rf f ) uR3 = (1+ ? = (1+ R ) i2 ui2 R11 R2+R3
R2
u－
－ +
uo
u+
图 10.5.1 反相比例运算电路
Ｒf 即 uo =－ Ｒ1 ui
闭环电压放大倍数 Af
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第 10 章
集成运算放大器
▲静态时:
Rf
R1
当 Rf = R1 时： uo = －ui uo 反相器 平衡电阻: R2 = R1 // Rf
ui
R2
u－
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集成运算放大器
二、理想运放的特征及其分析方法
1、理想运放的特征： (1) 开环放大倍数：Ao→∞ (2) 开环输入电阻：ri→∞ (3) 开环输出电阻：ro→0 (4) 共模抑制比：KCMRR→∞
2、理想运放的分析方法——三虚法
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第 10 章
集成运算放大器
uo =0 ∴ ui = u + — u- = 反馈电路 Ao 虚短 即 u+ = u u∞ － － i+ (2) ∵ ri→∞ + u+ u + = 0 i+ = ∴ i+ = i- = u+ r r
△
(1) ∵
Ao→∞
uo
i
i
(3) 如果一个输入端接地，如图 ∵ u+ = 0 虚地 － ∴ u- = u+ = 0 此时反向输入端是一个不接地的地， + 即虚地。
▲平衡电阻: R2 // R3= R1 // Rf
Rf
ui1 ui2
R1 R2
∞ － + +
△
uo
R3
图 10.5.6 减法运算电路
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集成运算放大器
［例10.5.2］ 两级运算电路如图 10.5.2 所示。(1) 试推
导 uo 与 ui1、ui2、ui3 的运算关系；(2) 若: R1= R2= Rf1= 30 kΩ， R3 = R4 = R5 = R6 =Rf2 = 10 kΩ，ui1= 0.1 V，ui2= 0.2 V，ui3= 0.3 V，求 uo 的值。 Rf2 Rf1 R1
+Ui t p 0
Rf
ui
ui
C t1 t2
t
∞ － + +
△
uo
R2
uo
0 t
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第 10 章
集成运算放大器
(五) 积分运算
u－ = u+ = 0 uC = u－－uo =－uo if = i1 ui i1 = R 1 duC duo =－C if = C dt dt 1 ∫ui dt uo =－ R1C
△
uo R3 ui
－∞ + +
△
－∞ + +
△
uo
(a)
R4
Rf (b) 图 10.01
表 10.2 电压、电流反馈 电压 电压
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【解】 判断结果见表 10.2 所示。
电路 (a) (b) 正、负反馈 负 负 串联、并联反馈 串联 并联
第 10 章
集成运算放大器
10.2.2 试分析第 9 章讨论的共集放大电路和共基放 大电路中有无反馈，是什么反馈（正、负、直流、交流、 串联、并联、电流、电压）？ 【解】 都有反馈，分析结果见表 10.3 所示。