第11章 集成运算放大器

5 、外加深度负反馈后，运算放大器将工作在
区。
6、调试运算放大器电路时，应该先
，在调零。
7、当运算放大器被作为电压比较器时，则该放大器工作于线形区。 （）
8、当集成运算放大器作为电压比较器时，“虚断路”原则不成立。 （）
2021/2/22
42
1、如下图中， 可以实现：ui=uo。
R
2-A
ui
3+
R 1
uf
由分压关系
u–= uf = R—1R+—1R–F uo
由虚短路 u+ u–
R1
ui R2
故有 uo = 1 RRF1 ui = 1 RRF1 u+
闭环电压放大倍数 Auf = 1 RRF1
= // R R R 平衡电阻 2021/2/22
2
1f
第11章 11.3
uo
17
同相跟随器 ：当R1=∞或RF=0时
rid + uo
+
10
集成运放的分析方法总结1：
判断电路有无负 反馈元件，如Rf 有
连接在输出端 和反相输入端 间的元件
无
线性区分析方法
i i 0
u
u
2021/2/22
非线性区分析方法
i i 0
u u u0 U0m u u u0 0 u u u0 U110m
11.3 运算放大器在信号运算方面的应用 第11章 11.3
ui1 ui2
i1 i2
R1 R2
ui3 i3 R3
if RF
由虚地
i1
=
—ui–1
R1
i3
=
—ui–3
R3
i2
if
= —ui–2
= R–2—uo–
RF
R
uo
平衡电阻 R = R1 R2 R3 RF
u = o 2021/2/22 – ( RRF1 ui1 + RRF2 ui2 + RRF3 ui3 )
11.3.1 比例运算
加上深度负反馈
if
RF
由虚断路 id 0
i1= id + if if
由虚地
if =
–i–1u—=o —Rui–1
RF
得输出与输入关系
ui
i1 id
R1
R2
uo RRF1 ui
uo 反相输入
结论： 1. 输出电压与输入电压反相
2021/2/22 2. 比例系数为 –RF / R1
u01 1RRF ui2 2ui2
R
同相单输入
2021/2/22
29
11.4 运算放大器在信号处理方面（非线性）的第应11章用11.4
11.4.2 电压比较器
1.过零比较器
uo
(1) 反相输入过零比较器
UOM
ui
R1
R2
0
ui
uo
-UOM
(2) 同相输入过零比较器
uo
UOM
R1 R2
u20i21/2/22
第11章 11.3
R1=∞、RF=0 →uo = ui
RF
R
ui
uo
若接入电阻 R、RF，运算关系不变
2021/2/22
18
3 差分输入
利用叠加原理进行分析
RF
u'O = - RRF1 ui1
uuii11
R1
u u"O = 1+ RRF1 u+ uii22 R2
= 1 + RRF1 R2R+3R3 ui2
第11章 集成运算放大器
2021/2/22
1
第11章 目录
第11章 集成运算放大器
11.1 运算放大器的简单介绍
11.3 运算放大器在信号运算方面的应用
11.4 运算放大器在信号处理方面的应用
2021/2/22
2
11. 1 运算放大器的简单介绍
集成运放概述
第11章 111
集成运放是具有高开环电压放大倍数,并带有深度负反馈的 的直接耦合放大器。
4. 电压wenku.baidu.com较器
第11章 小结
2021/2/22
40
第11章自我检查复习
一、基本概念（用最精炼的语言概括）
第11章 复习
虚短路和虚断路；电压比较器
二、基本要求（用最精炼的语言概括）
1、掌握集成电路的基本特点；
2、熟悉 运算放大器理想化的条件；
3、熟练运用集成运放线性、非线性的分析方法分析由集 成运放组成的电路；
R3
第11章 11.3
RF
uo
uo = u'o + u"o = 1+ RRF1RR2+3R3ui2- RRF1 ui1
2021/2/22
20
11.3 运算放大器在信号运算方面的应用
第11章11.3
11.3.2 加法运算
1. 反相比例加法运算
虚断路 id = 0
得 KCL方程
i1+i2+ i3= if
二、 理想运放的电压传输特性及其分析依据
1. 运算放大器的电压传输特性
uo= Au0 ·ui, 其中 ui = u+ – u– ui
uo
uo
+ – + uo
UOM
UOM
–Uim 0 Uim
ui
0
ui
–UOM 实际运放 2021/2/22
–UOM
理想运放
7
2. 理想运放线性工作（有RF）的分析依据 第11章 11.1
uo
RF
uo
9
第11章 11.1
运放工作在线性工作状态的必要条件： 运放必须加上深度负反馈，如RF。
3.理想运放非线性工作的分析依据
“虚断路”原则
ii
ii
=
ui rid
rid
对于理想运放
ui
有 ii 0 或 i-=i+ 0
相当于两输入端之间 断路
uiu u
则当:ui＞0uoUOM 2注021/则 2意/22 :当“:虚ui短＜路0 ”原uo则不U成OM 立！
R3
uo = u'o + u"o = 1+ RRF1RR2+3R3ui2- RRF1 ui1
2021/2/22
第11章 11.3
u o''
19
3 差分比例运算电路
利用叠加原理进行分析
平衡电阻
R2//R3 = R1//Rf ui1 R1
在改变比例系数
时，将涉及电路中 ui2
R2
所有电阻参数，故 调整比较困难。
14
反相比例运算电路
uo RRF1 ui
闭环电压放大倍数 ui
Auf =
uo ui
=
–
RF R1
if i1 id R1 R2
若取 R1 = Rf
电路成为反相器 放大倍数
2021/2/22
uo ui
Auf = –1
第11章 11.3
RF
uo
15
2 同相输入
由虚断路 id 0
RF
有 u+ = ui
RF
u-
Δ
∞
-
u+
+
+
u0 R R1F1ui1R R1F2ui2R R1F3ui3
uu uo00
u 0
1
RF R1
u
R 1 R 11 // R 12 // R 13
+ -
u i4 u i5
u
R 21 1
R 22 1
R 21
R 22
26
(2) 两级反相输入减法运算电路
第11章11.3
R1n为uin连接到u-端的电阻
24
同相输入 其中：
u0
1
Rf R1
u
R1
u
m u in
n1
Rn
k
1
R j 1
j
R 21
u i1
+ R 22
u i2
+ R 23
u i3
+
RF
u-
Δ
∞
-
u+
+
+
R3
Rn为uin连接到u+端的电阻
Rj为连接到u+端的电阻 R1为2021所/2/22有连接到u-端与接地间的总电阻
(1) “虚断路”原则 ii = –ru—idi 对于理想运放 rid 有 ii-=ii+ 0
ii
ui
–
uo
rid +
+
相当于两输入端之间（虚）断路
(2) “虚短路”原则
ui = u+ – u-= —Au–ouo
–
ui
+ uo
+
对于理想运放 Auo ui 0
u u 2021/2–/22
+
相当于两输入端之间（虚）短路 8
uo
0
ui
-UOM
30
例题：反相输入过零比较器的应用
ui
R1
R2
ui uo 0
第11章11.4
t
uo
UOM
0
-UOM
2021/2/22
uo
UOM
ui
0
-UOM
t
31
集成运算放大器学习重点
1. 差动放大器在结构和性能方面的特点 2. 集成运放的理想化模型及分析依据
3. 集成运放在信号运算方面的应用 比例运算、加减运算、
1. 电路符号
反相 输入端
信号传 输方向
u–
实际理运想放运开放环 电压放大电倍压数放通大常，为∞
A
输出端
ui
uo
同相 输入端 2021/2/22
u+
ui = u+ – u–
3
第11章 111
11.1 集成运放的结构、分类和参数
2. 集成运放的内部电路结构框图
输入级 中间级 输出级
偏置电路
输入级 — 差分放大器 中间级 — 电压放大器
RF1
R11
ui2 R12 RF2
ui1
反相单输入
A1
R21
uo1 R13
A2
uo
uo1= – —RRF1–11 ui1
R22
反相多输入
—– = —R – uo
F1
R 2021/2/22
11
• —RR1F–32
u i1 –
R F2 R12
ui2
27
应用举例：测量电路 同相输入式直流电压表原理电路
第11章11.3
输出级 — 射极输出器或互补对称功率放大器
偏置电路 2021/2/22 — 由镜像恒流源等电路组成
4
第11章 11.1
11.1.3 理想运算放大器及其分析依据
一、 集成运放的理想化模型
运放的理想化模型是一组理想化的参数，是 将实际运放等效为理想运放的条件。
1. 开环电压放大倍数 Auo→ 2. 开环差模输入电阻 rid →
A
2、如下图中，
R
R
R
2-A
2-A
6uo ui
3+
6uo ui
3+
R 1
R 1
B
C
可以实现：uo=ui2+ui1。
6uo
R
R
R
ui1
2 -A
ui2 R
3+
6 ui1 R
R
ui2
R
R 2
-A 3+
ui2 R
ui1
6uo
R
R 2
-A 3+
6uo
R
A
3、以下说法中，
B
C
不是集成运放的特点。
A：开环输入电阻极高；B：开环输出电阻极低；C：闭环电压放大倍数
uo
+ -
25
差分输入 u0 u0 u0 （反相工作+同相工作）
其中：
u
0
为所有同相信号对地短路时的输出；——反相输入
u
0
为所有反相信号对地短路时的输出；——同相输入
ui 1
+
短ui路2
去除+
ui 3
+
R1 1
等R1 2效 为R1
R1 3
R2 1
ui 4
短路+ R2 2
u去i 5除
+
2021/2/22
(3) “虚地”的概念
当同相输入端接地时，
ui
R1
由“虚断路”原则 ii = 0 , 有 u+= 0
R2
由“虚短路”原则 u_ u+ = 0
结论：反相输入端为 “虚地”。
注意 当反相输入端接地
R1
时, 因为存在负反馈信号, 同
相输入端 不是“虚地”！ui
R2
2021/2/22
RF 第11章 11.1
极高；
2021/2/22
43
简答：理想运算放大器的理想化条件有哪几条？ 计算题：作业题
2021/2/22
44
携手共进，齐创精品工程
Thank You
2021/2/22
世界触手可及
45
21
11.3.3 减法运算
（1）差分比例运算电路
RF
差分比例运算 ui1
R1
是减法运算电
R2
路的一种形式 ui2
R3
uo
=
1
+
RF
R1
R2 R+3R3
ui2
RRF1
ui1
2021/2/22
第11章11.3
uo
23
集成运放的分析方法总结2：
u0
RF R1
ui
从信号的基输本入公情式况来分析
u0
1
Rf R1
u
反相输入
差分输入
同相输入
i1 R11
if
RF
u0
m
n1
RF R1n
uin
ui1
i2 R12
ui2
i3 R13
u-
Δ
∞
ui3
-
uo
单输入
u0
RF R1
ui
R 2 u+
+
+
+
多输入
2021/2/22
u 0 R R 1 F 1u i1 R R 1 F 2u i2 R R 1 F nu in
4、熟悉集成运放的比例、减法、反相和跟随器的分析方 法和基本公式。
2021/2/22
41
1、集成运算放大器的电路通常由
四部分电路组成。
2、运算放大电路是具有
带有 的多级直接耦合放大电路。
3、在集成电路中，通常在其内部用 代替高阻值电阻。
4、集成运算放大器的输入级都采用 放大电路，所以它都有同相和反 相两个输入端。
RF
同相单输入
R1 UX
R2
U = ( + 1 O 2021/2/22
RF R1
)
Ux
UO
+ V
–
28
证明：u 02u i1u i22u i
ui1 +
2 - A1 3+
6
uo
R
差分输入
第11章11.3
ui
-
ui2
2 - A2
3+
R
uo1 6
R
u0
1
RF R
ui1
RF R
u01
2ui1-2ui2
3. 开环输出电阻 ro → 0
4. 共模抑制比 KCMRR → 5. 通频带 BW →
实2际021/2使/22 用的运放非常接近理想化的条件！ 5
集成运放的等效电路
第11章 11.1
u+
+
ro
uo
ui
ri
u-
-
~ AUi
运 算放 大 器 的低 频 等效 电 路
2021/2/22
6
第11章 111