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1、第八章 集成运算放大器及其应用 8-1 集成运放的特点及组成框图 特点：高增益；高输入电阻；低输出电阻。,组成框图：,输入级：采用差动放大电路（抑制零漂）； 中间级：直接耦合多级放大电路（提供高增益）； 输出级：互补对称推挽电路（低输出电阻）； 偏置电路：恒流源电路。,双列直插式,圆壳式,扁平式,运放符号,在运放的简化符号中，只画出 两个输入端（反相输入端、同相输入端）； 一个输出端。,1、差模输入电阻 Rid（越大越好） 2、输入偏置电流 IIB=(IB1+IB2)（越小越好） 3、输入失调电压UIO （越小越好） 输入失调电压的温漂dUIO/dT4、 输入失调电流IIO及其温漂dIIO/d
2、T 5、最大差模输入电压UIDM 最大共模输入电压 UICM 6、差模开环电压增益Avd 7、共模抑制比KCMR（越大抑制性越好） 8、输出电阻Ro 9、开环带宽BW,8-2 集成运放的特性参数,8-3 理想运算放大器 各项指标理想化的集成运放。 即：Avd； Rid； Ro=0； KCMR； IIB、UIO 、dUIO/dT 、dIIO/dT 均0； BW,运放的两个工作区 线性区：输入、输出满足Uo=Aud(U+-U-) 工作在线性区的运放必须引入深度负反馈。 非线性区： 工作在开环或引入正反馈的运放工作在非线性区。,一、理想运放线性运用的两个重要特点,理想运放工作在线性区时，有两个重要特
3、点： （1）同相端电位与反相端电位相等：U+=U- 称为“虚短”； （2）同相输入端与反相输入端的输入电流均为零 I+=I-=0 称为“虚断”。 虚短、虚断是分析运放线性运用电路的基本出发点,例1：A为理想运放，写出uo表达式。,U+=0=U- 又I+=I-=0 Uo=5V,(a),U+=3V=U- 又I+=I-=0 uo=U-=3V,(b),例2：写出uo1表达式，设运放为理想运放。,B,解：由虚地及虚断,解出 uo1=3V,例3：写出uo2表达式，设运放为理想运放。,解：,解出 uo1=9V,例4：写出uo3表达式，设运放为理想运放。,解：,解出 uo1=4V,电路形式,Uo与Ui关系式：
4、,要求：RP=R1/Rf,二、运放线性运用的两种基本电路 1、反相比例电路（反相输入放大器）,利用理想运放线性运用两特点（虚短、虚断）推导Auf关系：U+=U- ；I+=I-,由电路U+=0， U-=U+=0（虚地）,特例：当Rf=R1时，Auf= - 1 , 即 Uo=-Ui 称为反相器。,Rif=R1 U+=U- 共模输入电压很小。,2、同相比例电路（同相输入放大器）,电路形式,Uo与Ui关系：,RP=R1/Rf,反馈类型： 电压串联负反馈 电路具有该组态特点。,仍利用理想运放线性运用两特点（虚短、虚断）推导Auf关系：U+=U- ；I+=I-,推导：,特例：当Rf=0，R1= Auf=U
5、o/Ui=1，Uo=Ui 称为电压跟随器。,例1 运放最大输出电压为12V，求下列情况下Uo值：,1、正常 2、R1虚焊而开路 3、Rf虚焊而开路,解：1、是同相比例电路,2、成为跟随器,或：Uo=U-=U+=Ui=0.2V,3、运放处于开环应用,运放工作在非线性区,例: 写出各电路的Uo/Ui,属同相比例电路 (U+Ui),3、差分比例运算电路,电路形式,R+=R- 即RP=Rn,利用叠加定理推导Uo与Ui的关系： Ui1单独作用成为反相比例电路； Ui2单独作用成为同相比例电路。,当Rf=R1时，Uo=Ui2-Ui1 成为减法运算电路。,例：写出uo3表达式,解：应用叠加定理求,4、 比例
6、电路应用实例,通用数据放大器,A3为基本差动放大器,A3的同、反相输入端接入R5、R7、R4、R6时的电路,当R2=R3，R1中点为交流地电位。 ui=ui1-ui2，ui1= 0.5ui ，ui2= - 0.5ui,ui=ui1-ui2， ui1= 0.5ui ， ui2= - 0.5ui,ui1 、ui2分别送入A1、A2 ,（1/2R1处为交流地）， 分别构成两个同相比例电路。,A3为差分放大电路，若R4=R5，R6=R7,例 (1)R1=2k, R2=R3=1k R6=R7=100k R4=R5=2k, 求Au=uo/ui=?,解（1）：带入已知电阻值,例 求Auf及Rif表达式。,解
7、： 由理想运放两特点推导uo表达式。 i1=i2（i - =0） u1=i1R1=i2R1 (u-=u+=0),uo=-(i2R2+i3R3)=-i2R2+(i2+i4)R3 uM=-i2R2=-i4R4 i4=R2i2/R4 带入uo式中:,u-=0（虚地）Rif=R1,由以上分析得：T型网络也是一种反相比例运算电路。 特点：在电路中阻值不太高的情况下，可获得较高电 压增益。,例: 运放为理想运放，求电路Au=uo/ui=？,解：A1为同相比例电路， 输出uo1； A2为反相比例电路， 输出uo2。,8-2 求和（加法）电路 1、反相求和电路（以三输入为例）,电路形式,Uo与Ui1、Ui2、
8、Ui3关系： （利用虚短、虚断求出）,I+= I- i1+i2+i3=io 又U+=0=U-,也可利用叠加定理推出。,例 试用运放实现以下运算关系: uo=0.2u11-10u12+1.3u13,解:用两个集成运放构成两级反相求和电路实现.,设计各电阻阻值满足:,由电路写出uo符号表达式为:,对比得:,2、同相求和电路（三输入为例）,电路形式,利用理想运放线性应用两特点推导如下：,其中,也可利用叠加定理推出uo表达式。（三个同相比例电路输出的叠加）,由于R+与各输入回路的电阻有关，因此，电路元件参数的调节和估算麻烦；且由于不存在“虚地”，运放的共模输入电压较高，故同相求和电路的应用不如反相求和
9、电路广泛。,一般在需要实现减法运算时，采用两级反相求和电路实现。,例：求uo表达式,解：,例 写出输入、输出关系,解：利用叠加定理,6.3 积分和微分电路 6.3.1 积分电路 1、反相积分器（基本积分电路）,Uo与Ui的关系：,电路形式,推导：运用理想运放线性应用两特点 由“虚地” uo=-uc 由“虚断” i1=iC u1=i1R=iCR 由电容电压、电流关系得：,解：积分时间常数 RC=1001030.110-6 =0.01S,2、求和积分器（三输入）,电路形式,Uo表达式,可利用叠加定理对三个基本积分器输出叠加求得,6. 微分电路 基本微分器电路,Uo、Ui关系：,电路形式,推导：,电
10、路缺点：对高频噪声敏感；电路稳定性差。,实用微分电路,要求：,1、高频时C1反馈作用增强，R1分压作用增强， 均使Auf， 可抑制高频噪声； 2、RC1的相位补偿可还提高电路稳定性。,2000级 用集成运放设计一个电路，使输出电压uo 与输入 电压 u1、u2满足：,小结：,模拟运算电路是由集成运放接成负反馈的电路形式，可实现比例、加、减、积分、微分、对数、反对数等多种数学运算，此时运放工作在线性区内。,1、对反相比例电路、同相比例电路、反相求和电路、 反相积分电路、微分电路等这类典型电路直接运用Uo 公式求解； 2、对差动比例电路、同相求和电路、加减运算电路、 求和积分电路这类常用电路利用叠加定理求解； 3、对于其它功能的运算电路，可利用理想运放线性 区工作的虚短、虚断两个特点，进行推导求解。,分析这类运算电路，求输出与输入之间函数关系的方法：,例1：写出uo表达式,解： A1A3为跟随器 uo1=ui1 uo2=ui2 uo3=ui3 uo=u+4 i1+i2+i3=i+=0,解：A1为同相比例电路 uo1=(1+9)ui=10ui uB=u+= 0,例3：写出输出电压表达式,A2为反相求和积分电路,解：A1为反相比例电路,解：同相比例电路的比例系数0 用两级反相比例电路实现。,各电阻取值原则,