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1、第5章 集成运算放大器,5.1 集成运放的基本组成 5.2 集成运放的基本特性 5.3 放大电路中的负反馈 5.4 集成运放在模拟信号运算方面的应用 5.5 集成运放在幅值比较方面的应用 *5.6 应用举例,5.1 集成运放的基本组成,5.1.1 概述 5.1.2 集成运放的输入级电路差分放大 电路 5.1.3 集成运放的输出级电路互补对称 电路 5.1.4 集成运放的图形符号和信号输入方式,5.1.1 概述,集成运放是一种具有很高的电压放大倍数， 性能优越，集成化的多级放大器。,类型：通用型、专用型,集成运放的基本组成框图,输入级,中间级,输出级,偏置电路,多级放大器的耦合方式：,阻容耦合,
2、直接耦合,变压器耦合,5.1.2 集成运放的输入级电路 差分放大电路,电路特点：对称；双湍输 入，双湍输出。,1.静态分析,温度变化引起的漂移,2.动态分析,差模信号输入,差模信号,大小相同，极性相反。,分别与,大小相同，方向相反 ；,大小相同，极性相反。,有输出电压，具有放大作用。,记差模放大倍数为,共模信号输入,共模信号,大小和极性均相同。,理想情况电路完全对称,无放大作用,实际电路，,但很小。,共模抑制比,记共模放大倍数为,双端输入，双端输出； 双端输入，单端输出； 单端输入，双端输出； 单端输入，单端输出。,差分放大电路的输入输出方式：,5.1.3 集成运放的输出级电路 互补对称电路,
3、静态时，,动态时，在,正半周， 导通，,电流回路：,正半周,在 负半周，,电流回路：,负半周,5.1.4 集成运放的图形符号和信号输入方式,图形符号,反相输入端,同相输入端,输出端,信号传递方向输入端输出端,信号输入方式：,反相输入方式； 同相输入方式； 差分输入方式。,5.2 集成运放的基本特性,5.2.1 集成运放的主要参数 5.2.2 集成运放的电压传输特性和电路模型 5.2.3 集成运放的理想特性,5.2.1 集成运放的主要参数,1.输入失调电压,2.输入失调电流,3.输入偏置电流,4.开环差模电压放大倍数,5.最大差模输入电压,6.最大共模输入电压,9.共模抑制比,7.最大输出电压,
4、8.最大输出电流,10.输入电阻,11.输出电阻,12.电源电压,5.2.2 集成运放的电压传输特性和电路模型,电压传输特性,线性区：,因,很大，故线性区很窄，,饱和区：,正饱和,负饱和,线性工作区模型,电路模型,输入电压,控制输出电压,即为电压控制电压源的模型。,5.2.3 集成运放的理想特性,理想化参数：,开环电压增益,输入电阻,输出电阻,共模抑制比,线性区工作的两个重要特性：,理想的电压传输特性,正饱和,负饱和,集成运放工作状态的判断,开环工作 饱和区,闭环正反馈 饱和区,闭环负反馈 线性区,5.3 放大电路中的负反馈,5.3.1 反馈的基本概念 5.3.2 负反馈的四种类型 5.3.3
5、 负反馈对放大电路性能的影响,5.3.1 反馈的基本概念,反馈将电路的输出信号（电压和电流）的一部 分或全部通过一定的电路（反馈电路）送 回至电路的输入回路。,负反馈反馈信号,与输入信号,极性相反,正反馈反馈信号,与输入信号,极性相同,负反馈用于放大电路，正反馈用于振荡电路。,对于负反馈,反馈系数,开环放大倍数,闭环放大倍数,（深度负反馈）,当,5.3.2 负反馈的四种类型,按输入回路连接方式：,串联反馈 输入量反馈量净输入量 以电压形式比较,并联反馈 输入量反馈量净输入量 以电流形式比较,按输出回路连接方式：,电压反馈 反馈量取决于输出电压,电流反馈 反馈量取决于输出电流,四种类型：,电压串
6、联负反馈 电压并联负反馈 电流串联负反馈 电流并联负反馈,1.电压串联负反馈,如何判定图中各电压极性？,用瞬时极性法判定！,输入回路,反馈电压,2.电流并联负反馈,如何判定图中各电流方向？,输入回路,反馈电流,3.电压并联负反馈,各电流方向如图,输入回路,反馈电流,4.电流串联负反馈,各电压极性如图,输入回路,反馈电压,5.3.3 负反馈对放大电路性能的影响,1.提高放大倍数的稳定性,在深度负反馈下,表示闭环放大倍数相对变化量,表示开环放大倍数相对变化量,闭环放大倍数稳定性高,即,2.减小非线性失真,无负反馈,有负反馈,3.扩展通频带,4.改变输入电阻和输出电阻,串联反馈使输入电阻增大 并联反
7、馈使输入电阻减小 电压反馈使输出电阻减小 电流反馈使输出电阻增大,例题,在图示电压串联负反馈电路中，设,负载电阻,不接，输入电压,为直流电压0.1V，集成运放的,开环电压放大倍数,，输入电阻,，输出电阻,试用集成运放的电路模型求此电路的输出电压,闭环电压放大倍数,输入电阻,和输出电阻,解 集成运放用电路模型表示后，原电路可画成右上图所示的等效电路，据图列出方程：,代入参数可解得电流：,输出电压,闭环电压放大倍数,输入电阻,为求输出电阻，令,得图,整理后代入参数得,可见，,均很小，（理想特性,5.4 集成运放在模拟信号运算方面的应用,5.4.1 比例运算电路 5.4.2 加、减运算电路 5.4.
8、3 积分、微分运算电路,5.4.1 比例运算电路,输出电压与输入电压成比例无系。,1.反相输入比例运算电路,电路构成负反馈，集成 运放工作在线性区。,反相输入端非接地，但电位为地（零）电位 “虚地”,的阻值一般取,得,即,反相器,电路的输入电阻,平衡电阻,当,2.同相输入比例运算电路,即,当,电压跟随器,电路的输入电阻,集成运放承受的共模电压,5.4.2 加、减运算电路,1. 加法运算电路,根据,得,如取,和放大,加法运算,如取,2. 减法运算电路,常取,则,差分放大,当取,得,减法运算,集成运放承受的共模电压,（此电路也可用叠加原理分析输入、输出关系）,双运放同相输入减法运算电路,用叠加原理
9、分析输入、输出关系式：,当,单独作用时，,单独作用时，输出电压分量：,当,输出电压分量：,得,特点：输入电阻大,例题5.4.2 图示由差分输入运算电路和电桥组成的测温,电路。其中 为热敏电阻，设电阻温度系数 在 时的阻值 为精密固定电阻，且,求当环境温度T分别为25和5时的输出电压,试,解 在25时，,的阻值为,因,的阻值远大于,同理，在5时,5.4.3 积分、微分运算电路,1.积分运算电路,基本积分电路,设电容电压初始值为,当,当输入电压为直流电压时，,输入、输出电压波形如图,比例积分电路,和积分电路,当,积分电路可将矩形波电压变换为三角波电压。,例题5.4.3 在图示电路中，设,储储能），
10、,（无初始,时输入电压,其波形如图所示。,试写出,期间输出电压,的表达式，并画出其波形图。,解,时，,波形如图。,例题5.4.4 图示电路中，集成运放的电源电压为,时加入,电容无初始储能。试求,输出电压上升到6V所需的时间。,解 集成运放,等构成差值放大电路，,等构成基本积分,电路。,当,2.微分运算电路,微分电路可将矩形波变换成正负尖脉冲波。,练习：设A1、A2、A3均为理想运算放大器，输出电压uO与uI1、uI2有何种运算关系（写出表达式）？,5.5 集成运放在幅值比较方面的应用,5.5.1 开环工作的比较器 5.5.2 滞回比较器,5.5.1 开环工作的比较器,1.反相输入比较器,开环状
11、态集成运放工作在非线性区。,输入电压,参考电压,当,运放正饱和，,运放负饱和，,2.同相输入比较器,3.输出加限幅电路的比较器,4.过零比较器,可将其它波形变换为矩形图。,如输入为正弦波，输出为方波。,5.5.2 滞回比较器,集成运放同相输入端电压,闭环正反馈集成运放工作在非线性区,由输出电压,和参考电压,共同确定。,设加电源后集成运放正饱和，,并设,（正值）,加入,当,增大至,运放负饱和，,当,减小至,运放,正饱和，,当,时的电压传输特性如图 。,主要参数,正向阈值电压,负向阈值电压,滞回电压（回差）,滞回电压,改变,值，可改变,改变,可使电压传输特性左、右移动。,当,如图 ：,（正值）,（
12、负值）,（不变）,例题5.5.1 分析图示方波-三角波产生电路的工作原理。,解 电路由电压 比较器和基本积分电 路构成。集成运放 工作在非线性区， 工作在线性区。,设加电源后，集成 运放 正饱和，电容C 无初始储能。则,（下降）,集成运放 同相输入端电压,当,下降至使,集成运放,负饱和，,此时集成运放 同相输入端电压,而,（上升）,当 上升至使,即,集成运放,正饱和，,以后重复。,5.6 应用举例 温度监测控制电路,电路包含：温度传感器、电压跟随器、加法定标电路、滞回比较器、反相器、光电耦合器、继电器、加热器等。,温度传感器：,温度：0100,加法定标电路,要求：,得,即当,时,当,时，,滞回比较器,在加温时，集成运放,正饱和，,当温度上升至控温范围上限时，,集成运放,负饱和。,（反相作用）,光电耦合器件,光电耦合和加温电路,K 继电器,当,为低电平时，,导通，继电器线,圈带电，触头闭合，加热器工作；,当,为高电平时，停止加热。,本章结束返回目录,第6章 波形产生和变换,
