第16章集成运算放大器92696

RF
解：1. Auf = – RF R1
+ ui
R1
– +
+
+
uo
–
R2
–
= –50 10 = –5 R2 = R1 RF
=10 50 (10+50)
= 8.3 k
2. 因 Auf = – RF / R1 = – RF 10 = –10
故得 RF = –Auf R1 = –(–10) 10 =100 k
R2
–
– +
+
iL
i1
u R1
ui R1
负载电流的大小
与负载无关。
IG
R1
–
+
+
+
Ux
R2
– 流过电流表的电流
IG
Ux R1
1. 能测量较小的电压；
2. 输入电阻高，对被 测电路影响小。
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16.2.2 加法运算电路
电子技术
1. 反相加法运算电路 ui2 ii2 R12 if RF
(2) i+= i– 0,仍存在“虚断”现象
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电子技术
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电子技术
16.2 运算放大器在信号运算方面的运用
集成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，能对各种模拟信号进 行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反 对数、乘法和除法等运算。
运算放大器工作在线性区时，通常要引入深 度负反馈。所以，它的输出电压和输入电压的 关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构与 参数，而与运算放大器本身的参数关系不大。 改变输入电路和反馈电路的结构形式，就可以 实现不同的运算。
集成电路 是把整个电路的各个元件以及相互之 间的联接同时制造在一块半导体芯片上, 组成一个不 可分的整体。
集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可 靠性高、价格低。
按集成度 小、中、大和超大规模 集成电路分类 按导电类型 双、单极性和两种兼容
按功能 数字和模拟
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电子技术
各类型号集成芯片
1. 理想运算放大器的条件
Auo ， rid ，
ro 0 ， KCMR
u–
2. 电压传输特性 uo= f (ui) u+
–+
uo
+
+Uo(sat) uo
线性区：
理想特性
线性区
uo = Auo(u+– u–)
实际特性
u+– u–
O
饱和区
–Uo(sat)
非线性区（饱和区）： u+> u– 时， uo = +Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat)
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2. 同相比例运算 （1）电路组成
iF RF
i1 R1 u– –
+ ui
R2
i+i-
u+
+
+
–
电子技术
（2）电压放大倍数
因虚断i+ = 0，所以u+ = ui
0u u uo
R1
RF
即u
R1 R1 RF
uo
+ 因虚短，所以 u– = ui ，
uo 反相输入端不“虚地”
–
uo
(1
RF R1
)ui
低，带负载能力强。
偏置电路：恒流源电路构成，提供合适的偏流，决定各级Q。
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电子技术
在应用集成运放时,需要知道它的几个管脚的用途
以及放大器的主要参数,至于它的内部电路结构如何一
般是无关紧要的。
集成运算放大器有铝壳封装和双列直插式塑壳封
装两种。
+15V
常有八个引脚，
如图所示，
反相输入端
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16.1.2 电路的简单说明
反相 输入端
u–
+UCC
电子技术
输出端
u+
uo
同相 输入端
输入级
中间级 输出级 –UEE
输入级：采用带恒流源的差分放大电路，输入电阻高，能减
小零点漂移和抑制干扰信号。
中间级：常用带恒流源的共发射极放大电路构成，电压放大
倍数高。
输出级：一般由互补对称电路或射极输出器构成，输出电阻
uo (R R1F1ui1R R1F2ui2)
2则 020/5/11 u o： (u i1u i2)
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2. 同相加法运算电路
电子技术
RF
方法1: 根据叠加原理 ui1单独作用(ui2＝0)时，
ui1 ui2
R1
–
+
+
R21
R22
+ u
uo –
uo
同理，ui2单独作用时
uo (1R RF 1)R2R 12R 122ui2
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16.1.1 集成运算放大器的特点
电子技术
1. 元器件参数的一致性和对称性好；
2. 电阻的阻值受到限制，大电阻常用三极管恒流
源代替，电位器需外接；
3. 电容的容量受到限制，电感不能集成，故大电
容、电感和变压器均需外接；
4. 二极管多用三极管的发射结代替。
Auo 高: 80dB~140dB rid 高: 105 ~ 1011 ro 低: 几十 ~ 几百 KCMR高: 70dB~130dB
ui1
3. 当改变某一路输入电阻时，
R11 – +
对其它路无影响。
– +
+
+
uo
–
例：
7.5k
–
+15V
这是一电压跟随器，电源
15k 15k
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– +
+ RL
经两个电阻分压后加在电压
+ 跟随器的输入端，当负载
uo
RL变化时，其两端电压 uo 不会随之变化， uo =7.5V。
–
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例3：负载浮地的电压-电流的转换电路
电子技术
iL RL
i1 R1
+
ui
静态时u+、u对地电阻相同， 所以平衡电阻R2=R1//RF
Auf
uo ui
1 RF R1
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电子技术
结论：
① Auf 为正值，即 uo与 ui 极性相同。因为 ui 加 在同相输入端。
② Auf只与外部电阻 R1、RF 有关，与运放本 身参数无关。
③ Auf ≥ 1 ，不能小于 1 。
RF
电子技术
R1
–
u+ + +
R21
+ uo –
R22 平衡电阻：
R21 // R22 = R1 // RF
u o(1R R F 1)R (2R 1 2R 2 2u 2i1R 2R 1 2R 1 2u 2i2)
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反1. 相输加入法电阻运低算；电路的特点：ui2
R12
RF
2. 共模电压低；
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集成运算放大器的等效电路模型（1）
电子技术
线性工作区
线性工作受控源,
uu+
Auo uo
uu+
Auo(u+- u-) uo
集成运算放大器的等效电路模型(2)
饱和工作区（非线性）
饱和工作恒压源
uu+
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UOM
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正饱和
u-
uo
u+
负饱和
-UOM
uo
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3. 理想运放工作在线性区的分析依据
+UCC输出
87 6 5
9
F007
10 1 2 3 4
u- u+ -UCC
781 6 F007 2
5 43
集成运算放大器的管脚和符号
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16.1.3 主要参数
电子技术
1. 最大输出电压 UOPP
能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。
2. 开环电压放大倍数 Auo 运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 Auo
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16.2.1 比例运算
1. 反相比例运算
电子技术
（2）电压放大倍数
（1）电路组成
因虚断，i+= i– = 0 ，
if RF
所以 i1 if
+ ui
i1 R1 i– – +
+
–
R2 i+
+ uo
–
i1
ui
u R1
if
u uo RF
因虚短, 所以u–=u+= 0，
称反相输入端“虚
因虚断，i– = 0 所以 ii1+ ii2 = if
ui1 ii1 R11
– +
+
R2
R2= R11 // R12 // RF
若 R11 = R12 = R1
ui1uui2uuuo
+ R11
R12
RF
uo –
因虚短, u–= u+= 0
故得 ui1 ui2 uo
R11 R12
RF
若则R： 1u=o RFR RF 1 (ui1ui2)
将电压表的量程选为 50 V 是否有意义？
解：(1)
uo
=－
Ｒx Ｒ1
ui
Ｒx=－
Ｒ1
ui
uo
=－105 uo Ω
ui R1
+ 1MΩ
U －
△
Rx －∞
+
+
uo
－ V
+ 0~5V
(2) 查附录可知：
CF741 型的最大输出电压为±13 V。 因此，选用量程为 50 V 的电压表无意义。
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R2 = 10 100 (10 +100) = 9. 1 k
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电子技术
例2 测量电阻的电路如图所示。其中 ui = U = 10 V，输出
端接有满量程为 5 V 的电压表，被测电阻为 Rx 。 (1) 试找出 Rx 与电压表读数的关系； (2) (2) 若所用运放为 CF741 型，为了扩大测量电阻的范围，
愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。
3. 输入失调电压 UIO 4. 输入失调电流 IIO 愈小愈好 5. 输入偏置电流 IIB
6. 最大共模输入电压 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值，
运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。
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电子技术
16.1.4 理想运算放大器及其分析依据
Auo越大，运放的线性 范围越小，必须加负反 馈使其工作于线性区。
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4. 理想运放工作在饱和区的特点
电压传输特性
uo +Uo(sat)
饱和区
O
u+– u–
–Uo(sat)
(1) 输出只有两种可能, +Uo(sat) 或–Uo(sat) 当 u+> u– 时， uo = + Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat) 不存在 “虚短”现象
④ u– = u+ ≠ 0 ，反相输入端不存在“虚地”现象。
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当 R1= 且 RF = 0 时， uo = ui ， Auf = 1，
电子技术
RF 由运放构成的电压跟
称电压跟随器。
u+–i电随射阻器 极RR低输输12 ，入出其电器+–跟阻更+随高好性、。u能输–+o 比出
+ ui
运算放大器并掌握其基本分析方法。 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和
积分运算电路的工作原理，了解有源滤波器 的工作原理。 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。
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电子技术
16.1 集成运算放大器的简单介绍
集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多
级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的 一种模拟集成电路。
电子技术
u– u+
i– –
i+ +
∞ +
因为 uo = Auo(u+– u– )， Auo
uo
rid
ro 0
所以(1) 差模输入电压约等于 0
即 u+= u– ,称“虚短”
电压传输特性
(2) 输入电流约等于 0
uo +Uo(sat) 线性区
O
u+– u–
–Uo(sat)
即 i+= i– 0 ,称“虚断” (3) 输出电压uo与负载无关
电子技术
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
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第16章 集成运算放大器
本章要求
电子技术
1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。 2. 理解运算放大器的电压传输特性，理解理想
7
2
用途是：
F007 6
3
1和5为外接调 同相输入端 4 1 5
输出端
零电位器的两 个端子。
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-15V
RP
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电子技术
2为反相输入端，由此端接输入信号，则输出信号
与输入信号是反相的（或两者极性相反）。
3为同相输入端，由此端接输入信号，则输出信号 与输入信号是同相的（或两者极性相同）。
4为负电源端，
+15V
接-15V稳压电源。 反相输入端
7
7为正电源端，
接+15V稳于电源。 6为输出端。 同相输入端
2 3 F007 6 41 5
输出端
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-15V
RP
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信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数
输入端
u–
u+
同相 输入端
Auo
– +
+
–UEE
uo 输出端
电子技术
R22 R21R22
ui1
(1
RF R1
)u
(1RRF1 )R2R12R2 22ui1
u o(1R R F 1)R (2R 1 2R 2 2u 2i1R 2R 1 2R 1 2u 2i2)
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方法2：
uo
(1
RF R1
)u
ui1
ui1u R21
ui2u R22
i0
ui2
uR2R 12R 222ui1R2R 12R 122ui2
身参数无关。 ③ | Auf | 可大于 1，也可等于 1 或小于 1 。 ④ 因u–= u+= 0 ， 所以反相输入端“虚地”。
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电子技术
例1：电路如图所示，已知 R1= 10 k ，RF = 50 k 。
求：1. Auf 、R2 ；
2. 若 R1不变，要求Auf为 – 10，则RF 、 R2 应为 多少？
地”— 反相输入的重要
uo
RF R1
ui
特点
Auf
uo ui
RF R1
静态时u+、 u– 对地电阻相同，
所以平衡电阻
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R2
=
R1
//
RF
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电子技术
结论：
① Auf为负值，即 uo与 ui 极性相反。因为 ui 加 在反相输入端。
② Auf 只与外部电阻 R1、RF 有关，与运放本