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1、集成运算放大器是将电子器件和电路集成在硅片上的放大器。,同相输入端的输入信号与输出信号相位相同； 反相输入端的输入信号与输出信号相位相反。,5.1 集成运算放大器的符号、模型和电压传输特性,5.1.1集成运算放大器的符号,2,5.1.1集成运算放大器的模型,uid = ui+ - ui-：差模输入电压； Auo：集成运放的开环电压放大倍数； Ri：集成运放的输入电阻； Ro：集成运放的输出电阻。,Ri Ro0 Auo Ii+= Ii-0,理想化,理想化条件,“虚断路”,3,5.1.2集成运算放大器的电压传输特性,线性放大区：uo = Auo(ui+ - ui-) = Auouid,“虚短路”：
2、Auo uid 0,限幅区：uo = UCC 或 UEE，uid 可以较大，不再“虚短路”。,4,反相电压传输特性,5,扩展线性放大范围引入深度负反馈,反相输入组态,负反馈将反馈信号引向反相输入端，使反馈信号抵消部分输入信号，保证在输入信号较大时，uid仍然很小，在“虚短路”范围内，从而集成运算放大器工作在线性放大区。,6,同相输入组态,可以保证运放工作在线性区,7,1)闭环增益与电压传输特性,5.2.1反相比例放大器,5.2 反相比例放大器与同相比例放大器,8,9,2)闭环输入电阻,反相比例放大器的特点： (1) 信号从反相端输入，输出信号与输入信号反相； (2) U- = U+ = 0，因
3、为同相端电压为零( 接地) ，所以反相端呈现“虚地”特性； (3) 闭环放大倍数 Auf = - R2 / R1； (4) 闭环输入电阻较小，Rif R1，闭环输出电阻Rof 0。,10,【例5.2.1】设计一个放大器电路，要求输入电阻大于等于 50k，uo =-6ui。,【例5.2.2】有一运放组成的反相比例放大器，电源电压UCC=UEE=12V，求输入信号分别为 ui1=1sint(V)和ui2=2sint(V) 时的输出波形图。,11,【例 2.3.3】电路如图所示，试问 (1) 运放 A1、A2 的功能各是什么？ (2) 求输出电压 与输入电压 的关系式，即总增益 的表达式。,12,【
4、例 2.3.4】有一运放组成的反相比例放大器，如右图所示，电源电压UCC = | UEE | = 12 V，求输入信号分别为ui1 = 1sint (V) 和 ui2 = 2sint (V) 时的输出波形图。,13,5.2.2同相比例放大器,14,15,同相比例放大器的特点： (1) 信号从同相端输入，输出信号与输入信号同相； (2) U+ = U- 0，反相端和同相端电压相等,即“虚短路”； (3) 闭环放大倍数大于等于1，可以设计成电压跟随器；,16,(4) 闭环输入阻抗进一步增大，趋向于理想条件，即Rif ；,(5) 闭环输出阻抗进一步减小，也趋向于理想条件，即Rof 0。,17,【例
5、5.2.3】彰显电压跟随器的隔离 (缓冲) 作用。 有一内阻 Rs = 100 k 的信号源，为一个负载 (RL = 1 k) 提供电流和电压。一种方案是将它们直接相连 (如图(a) 所示) ；另一种方案是在信号源与负载之间插入一级电压跟随器 ( 如图(b) 所示) 。试分析两种方案负载 RL 所得到的电压 uL 和电流 iL 。,18,5.2.3两种放大器比较,反相比例放大器的特点： 1.信号从反相端输入，输出信号与输入信号反相。共模输入为零。 2.U- = U+ = 0，因为同相端电压为零(接地)，所以反相端呈现“虚地”特性。 3.闭环放大倍数 。 4.闭环输入电阻较小，Rif RI， 等
6、效到运放输入端的等效电阻 。 5.闭环输出电阻 Rof 0 。,同相比例放大器的特点： 1.信号从同相端输入，输出信号与输入信号同相。共模输入不为零。 2. U- = U+ 0，反相端与同相端电压相等，呈现“虚短路”特性。 3.闭环放大倍数大于等于1。 4.闭环输入阻抗进一步增大， Rif ，闭环输入电阻为 。 5.闭环输出电阻Rof 0 。,19,【例5.2.4】电路如图所示，试问： (1) 运放 A1、A2 的功能各是什么？ (2) 求输出电压 与输入电压 的关系式，即总增益 的表达式。,20,5.3加法器,5.3.1反相加法器,【例 5.3.1】试设计一个相加器，完成 uo = - (2
7、ui1 + 3ui2) 的运算，并要求对ui1、ui2的输入电阻均大于等于100 k。,21,5.3.2同相加法器,22,5.4基本减法器及仪用放大器,5.4.1基本减法器电路,23,【例 5.4.1】利用减法器电路可以构成“称重放大器” 。,试问，输出电压 uo 与重量 ( 体现在 Rx 变化上) 有何关系。,24,5.4.2精密相减器电路-仪用放大器,25,5.5积分器和微分器,差动积分器,5.5.1积分器,26,27,【例 5.5.1】电路如图所示，当t = t1 (1s) 时，开关 S 接 a 点； 当t = t1 (1s) t2 (3s) 时，开关 S 接 b 点；而当 t t2 (
8、3s) 时，开关 S 接 c 点。已知运算放大器电源电压 15 V，初始电压 uC(0) = 0，试画出输出电压 uo(t) 的波形图。,28,29,5.5.2微分器,利用积分器和相加器求解微分方程,30,5.6 电压一电流变换(V-I)和电流一电压变换(I-V),5.6.1 V-I变换器,负载电流 与负载 无关，而与输入信号 成正比,31,5.6.2 I-V变换器,32,【例 5.6.1】精密直流电压测量电路如图所示，一般要求电压测量仪表的输入电阻要尽量大，否则测量精度会受影响。利用同相输入且施加负反馈的运算放大器电路输入电阻大的特点，有助于提高测量精度。由图可见，流过 的电流 等于流过表头
9、的电流 ，若电阻 R1=100k，表头最大量程电流IMm=100A ，则被测电压ui的最大值为10 V，即,精密直流电压测量电路,33,【例 5.6.2】运放电路如图所示，求 uo 与 ui 的关系式。,方法一：利用“虚地”、“虚断路”概念,方法二：利用戴维南定理将图示电路简化,34,增益可调电路,35,【例 5.6.3】将典型的反相比例放大器的R1、R2推广到一般的阻抗Z1、Z2，如图(a)所示，则会演变出许多新的电路。如图(b)所示，就是一个比例-积分-微分电路，用于自动控制系统中的PID调节校正电路。,36,【例 5.6.4】运放电路如图所示，试计算uo1、uo2以及各支路电流值。,37
10、,【例5.6.5】电路如图所示，求输出与输入的关系式。,38,5.7 对数、反对数放大器及乘除器,5.7.1对数运算器,39,5.7.2 反对数（指数）运算器,5.7.3 乘法器和除法器,40,5.8.1精密整流(限幅)电路,5.8 精密整流、检波（峰值检波、相敏检波）及取样保持电路,1.精密半波整流电路,41,2. 精密全波整流电路绝对值电路,精密全波整流电路的传输特性及输出波形,42,5.8.2峰值检波电路,43,5.8.3相敏检波电路,44,5.8.4取样保持电路,45,5.9.1高速电流反馈型集成运算放大器,5.9 特殊用途的集成运算放大器,1. 电流模集成运算放大器的基本框图与基本特
11、性,46,47,若干电流模运放的型号及其参数,48,宽带、高速集成运算放大器举例,(一) 电压反馈型、输入输出轨对轨运算放大器OPA830,49,(二)电流反馈型THS3120/THS3121,50,5.9.2集成仪表放大器,INA128/129,增益与电阻的对应表,51,INA128/129应用举例,具有右腿驱动的心电信号（ECG）放大电路,INA128共模电流提供路径,52,5.9.3增益可控集成运算放大器,1.可编程增益放大器-PGA103,增益与数字连接的关系,53,增益可编程仪表放大器电路,54,2.电压控制增益放大器VCA820/VCA822/VCA824,55,5.10.1运放开
12、环应用-电压比较器,5.10 运放开环应用及电压比较器,电压比较器及其输出波形,56,【例5.10.1】 电路及输入信号波形 分别如图5.10.2（a）(b) 所示，其中C为交流耦合（隔直）电容，试分别画出 和 的波形及两级电路的电压传输特性。,57,5.10.2 单片集成专用电压比较器,比较器LM (通用低速型),比较器MAX 系列（高速/低功耗）,58,5.11.1 正确选用集成运算放大器,5.11 实际集成运算放大器选型指南及应用注意事项,(1) 信号源性质 (2) 负载的性质 (3) 精度要求 (4) 环境条件,“精度”和“速度”,59,5.11.1 正确选用集成运算放大器,集成运放的电源供给方式 集成运放的自激振荡问题 集成运放的调零问题 集成运放的保护电路 运放的负载能力,集成运放应用中的注意事项,知识回顾Knowledge Review,祝您成功！,
