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1、,课题8:集成运算放大器及其线性应用,对应教材章节: 16.1 集成运放简介 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用,16.1 集成运算放大器,集成运算放大器：是一种高放大倍数、高输入 电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路,尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri尽可能大,中间级应有足够大的电压放大倍数,输出级主要提高带负载能力，给出 足够的输出电流io ，输出阻抗 ro小。,1.2 集成运算放大器电路模型及符号,国内外常用符号：,国家标准符号：,1. 3 集成运算放大器的电压传输特性,线性区,饱和区,线性区： uo = Auo(u+ u),非线性区： u+ u +A 时，
2、uo = +Uo(sat) u+ u -A时， uo = Uo(sat),1. 4 理想集成运算放大器的模型及符号,1.5 理想运算放大器分析依据,1. 电压传输特性 uo= f (ui),线性区： uo = Auo(u+ u),非线性区： u+ u +A 时， uo = +Uo(sat) u+ u -A时， uo = Uo(sat),线性区,理想特性,实际特性,饱和区,O,2. 理想运放工作在线性区的特点,(1) 差模输入电压约等于 0 即 u+=u ,称“虚短”,(2) 输入电流约等于 0 即 i+= i 0 ,称“虚断”,电压传输特性,Auo越大，运放的 线性范围越小，必 须加负反馈才能
3、使 其工作于线性区。,O,3. 理想运放工作在饱和区的特点,(1) 输出只有两种可能, +Uo(sat) 或Uo(sat),(2) i+= i 0,仍存在“虚断”现象,电压传输特性,当 u+ u 时， uo = + Uo(sat) u+ u 时， uo = Uo(sat) 不存在 “虚短”现象,例 F007运算放大器的正、负电源电压为15V，开环电压放大倍数AU0=2105,输出最大电压（即Uo(sat)为13V。在下图电路中分别加如下电压，求输出电压及其极性：,解,只要两个输入端之间的电压绝对值超过65V，输出电压就达到正或负的饱和值。,输出电压,输出电压,输出电压,输出电压,16.2 基本
4、线性运放电路,1. 反相输入,1)电路组成,因要求静态时u+、 u 对地电阻相同， 所以平衡电阻 R2 = R1 / RF,2.1 比例运算,2) 技术指标的近似计算,电压增益,因虚短, 所以u=u+= 0， 称反相输入端“虚地” 反相输入的重要特点,因虚断，i+= i = 0 ，,所以 i1 if,输入电阻, 输入电阻小；, 虚地，无共模信号输入。,（4）特点,输出电阻,?问题? 1 运放饱和电压对电路工作有无影响？ 2 已知运放的Usat=10V，Rf=100K、 R1=10K. 若ui=-0.1V，输出电压为多少？ 若ui=1.5V，输出电压? 为保证不失真放大，电路的最大输入电压为多少
5、？,例：电路如下图所示，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？,解：1. Auf = RF R1 = 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 = 10 100 (10 +100) = 9. 1 k,练习：图示为一反相比例运算电路，试证明：,1. 电路组成,因要求静态时u+、u对地电阻相同， 所以平衡电阻R
6、2=R1/RF,2. 同相输入,因虚断，所以u+ = ui,电压增益,因虚短，所以 u = ui ， 反相输入端不“虚地”,2. 技术指标的近似计算,输入电阻,输出电阻,2. 技术指标的近似计算,当 R1= 或 RF = 0 时，,uo = ui ， Auf = 1， 称电压跟随器。,由运放构成的电压跟 随器输入电阻高、输出 电阻低，其跟随性能比 射极输出器更好。,例1：分析图示电路,求输出电压,练习：如图所示电路，,求：,需要帮忙吗？ 点击我会有新发现。,解：,此电路为同相比例运算电路，,返回,负载电流的大小 与负载无关。,例2：负载浮地的电压-电流的转换电路,1. 能测量较小的电压； 2.
7、 输入电阻高，对被 测电路影响小。,流过电流表的电流,2.2 加法运算,1. 反相加法运算电路,因虚短, u= u+= 0,平衡电阻： R2= Ri1 / Ri2 / RF,因虚断，i = 0,所以 ii1+ ii2 = if,2. 同相加法运算电路,根据叠加原理 ui1单独作用(ui20)时，,同理，ui2单独作用时,利用叠加原理 减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相比例运算电路的叠加。,u+,2.3 减法运算,R2 / R3 = R1 / RF,如 R1 = R2 = R3 = RF,常用做测量 放大电路,例：图示是集成电路的串级应用，试求输出电压uo,解答,解：,想一想：为什么要加
8、A1？,返回,2.4 积分运算电路,由虚短及虚断性质可得 i1 = if,if =?,若输入信号电压为恒定直流量，即 ui= Ui 时，则,积分饱和,线性积分时间,线性积分时间,Uo(sat),ui = Ui 0,ui = Ui 0,采用集成运算放大器组成的积分电路，由于充电电流基本上是恒定的，故 uo 是时间 t 的一次函数，从而提高了它的线性度。,输出电压随时 间线性变化,Ui,Ui,将比例运算和积分运算结合在一起，就组成 比例-积分运算电路。,电路的输出电压,上式表明：输出电压是对输入电压的比例-积分,这种运算器又称 PI 调节器, 常用于控制系统中, 以保证自控系统的稳定性和控制精度。改变 RF 和 CF，可调整比例系数和积分时间常数, 以满足控制系统的要求。,2.5 微分运算电路,由虚短及虚断性质可得 i1 = if,Ui,Ui,比例-微分运算电路,上式表明：输出电压是对输入电压的比例-微分,控制系统中， PD调节器在调节过程中起加速作用，即使系统有较快的响应速度和控制精度。,PD调节器,if,课堂小结,（1）理想集成运放的特点 （2）集成运算电路的线性应用,
