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1、 电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路 电工与电子技术基础 华南理工大学电子与信息学院第12章 集成运算放大电路12.1 集成运放及其理想电路模型12.2 集成运放的基本运算电路12.3 集成运放的其他应用电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路 电工与电子技术基础 华南理工大学电子与信息学院集成电路: 是相对于分立元件而指的一类半导体器 件，它将元件和电路“集成”在一个半导体芯片内， 完成一定的功能，由于电路和元件是同时制作完成的 ，所以，具有很好的元件一致性；另一方面，组成电 路的各元件之间空间距离非常小，因此，构成电路有 一套特殊的理论、方法和工艺。不能用分立元件电路 的
2、理论来解释集成电路的内部工作情况。12.1.集成运放及其理想电路模型 运算放大器是由许多晶体管组成的集成电路。 它是一种具有很高电压放大倍数和深度负反馈的直 接耦合放大电路。早期主要用于完成信号的加法,积 分，微分等数学运算因而被称为运算放大器。电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路 电工与电子技术基础 华南理工大学电子与信息学院优点 :工作稳定、使用方便、体积小、重 量轻、功耗小。集成电路的分类集成电路数字集成电路模拟集成电路门电路 触发器 存储器 功能部件 微处理器线性电路非线性电路集成电路双极型 单极型（MOS）集成电路小规模(10100元件/片)SSI 中规模(1001000元
3、件/片)MSI 大规模(100010万元件/片)LSI 超大规模(10万元件/片)VLSI按功能分 按导电类型分混合型按集成度分电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路随着集成电路技术的发展，制造集成电路的 成本越来越低，使集成运算放大器的应用越来越 广泛。电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路运算放大器的实际应用(1)信号的运算电路比例、加、减、对数、指数 、积分、微分等运算。产生正弦波、方波、锯齿 波等波形。(2)信号的处理电路(3)信号的产生电路有源滤波器、精密整流电 路、电压比较器、采样 保持电路。电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路1.运算放大器的组成（内部电
4、路）12.1.1集成运放的组成及主要技术指标在电子电路中，集成电路已经作为一种功能 模块器件得到广泛应用，使用集成电路只需要了 解它的外部特性，对内部结构一般没有必要也不 可能仔细分析。电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路集成运放LM324内部结构两个输入端一个输出端正电源负电源电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路集成运放的基本结构输入级中间级输出级反相输入端同相输入端T3T4T5T1T2IS差动输入功率放大射极输出电压放大电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路Auo Auou-u+u-u+uououo=-Auo(u-u+)Auo开环电压放大倍数双列直插式单运放 外
5、部引脚2、集成运算放大器的电路符号及器件外形8个管脚的运放87654321 -UCC+UCCuou+u-调零空调零标志电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路1）、输入电阻很大 :几十k 几百k 2）、输出电阻很小:几十 几百 3）、开环放大倍数Auo很大: 104以上 1074、集成运算放大器的电压传输特性输出信号与输入信号之间的关系曲线3、集成运算放大器的特点uou -u+0线性工作范围正饱和负饱和Ao越大，运放的线性 范围越小。+Uom-Uom线性区：非线性区：电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路5、运算放大器的主要技术指标（1）开环电压放大倍数 即是无负反馈时的放大倍数
6、，一般实际运放的 开环电压放大倍数为（2）最大输出电压UoM即是在不失真的情况下输出的最大电压，此电 压一般等于正、负电源的电压。即电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路（3）差模输入电阻ridrid通常为几兆欧。（4）差模输出电阻roro通常为几十欧。电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路（5）共模抑制比KCMR衡量抑制零点漂移的效果指标，它越 大抑制的效果越好此值很高。即是差模放大倍数与共模放大倍数之比。电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路 12.1.2 理想运放的条件及分析依据 1.理想运放的条件(1) A (2) ri (3) ro 02.理想运放线性应用的分
7、析依据电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路（1）输入端的虚短（2）输入端的虚断电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路（3）输入端的虚地线性应用的两个 重要分析依据：当同相输入端接地时：反相输入端相当于接地电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路 12.2.集成运放的基本运算电路 分析的问题：1.输出电压与输入电压之间的关系。 运算电路：比例、加法、减法、积分与微分、对数与反对数及乘除法等运算。2.放大倍数 3.分析输出波形4.设计运算电路运算电路是集成运算放大器的线性应用电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路其中A、B、F分别为一部分电路对这样的电路，求输出电压
8、的方法 可分5步进行：Step 1、利用i+=0，由B电路求出同相输入端电压 u+Step 2、利用u+ = u-，确定反相输入端电压 u- = u+Step 3、利用已知电压u-，由A电路求出电流i1 Step 4、利用i-=0，求出电流 if =i1 Step 5、由电路F的特性和u-确定输出电压：uo=u-F(if )下面我们对一些具体应用电路进行分析Step 6*、检验输出电压是否在线性范围内。 u-u+uoFABi1if运算电路的一般分析方法电路结构一般为电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路集成运算放大器的线性应用举例 -信号运算方面的运用反相比例运算同相比例运算1、比例运
9、算电路3、积分微分电路基本反相积分基本反相微分2、求和运算电路反相求和运算同相求和运算差动求和运算电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路反相比例运算电路Step 1、i+=0 u+0V Step 2、u-=u+=0V Step 3、i1=ui /R1 Step 4、i-=0，if =i1= ui /R1Step 5、电路分析由此可见： 1）输出电压与输入电压比值是一个负常数，所以这样的电路称 为反相比例运算器。 2）整个电路的电压放大倍数只与R1、Rf有关，与开环Auo无关。 3）Rf=R1时，Au =-，称为反相器。 4）Au 与R2（平衡电阻R2 ）无关6）u-= 0常称为“虚地”
10、点，即电位可以认为是0，但不是真正接地。5）R2 = R1/Rf ，作用是消除静态基极电流对输出电压的影响。i1ifuiR1R2Rfuo电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路Step 4、i-=0，if =i1Step 5、Step 1、i+=0 Step 2、Step 3、电路1分析uiR1Rfuoi1ifR2可见： 1）输出电压uo与输入电压ui比值 是正常数，称为同相比例运算。2）Au仅与R1，Rf 有关，而与 Auo无关。3）、Rf=0，或R1=，或两者 同时出现时，Au=1,输出电压全 部等于输入电压，是电压跟随 器，此时反馈最深。uiR1Rfuoi1ifR2同相比例运算电路
11、同相比例运算电路电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路电压跟随器的作用 负载电阻开路时:接入负载电阻时:接入运放之后:负载的接入不影响电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路 同相比例运算电路同相比例运算电路uiR1R3Rfuoi1ifR2Step 1、i+=0 Step 2、Step 3、Step 4、i-=0，if =i1Step 5、电路2R2/R3=R1/Rf构成要求分析电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路【例12.1】已知电路如图所示，试求输出电压uo 和静态平衡电阻R2、R3。解：第一级为同相比 例运算电路，即第二级为反相比 例运算电路，即静态平衡电阻：电工
12、与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路 反相求和Step 1、i+=0 u+0VStep 2、u-=u+=0VStep 3、i1=ui1 /R1， i2=ui2 /R2Step 4、i-=0，if =i1+ i2 = ui1 /R1+ ui2 /R2Step 5、电路分析_+RfR1R2ui2uoR2ui1 i1i2iF当R1=R2=Rf时，uo= -(ui1+ui2)电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路 同相求和 电路叠加法：u1单独作用时，u2单独作用时，R4RF+u1+_uoR1R2u2-R3电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路 差动求和电路减法 Rfui2R1R
13、3uoi1ifR2ui1Step 4、i-=0，if =i1Step 5、Step 1、i+=0 Step 2、Step 3、分析电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路ui2R1R3Rfuoi1ifR2ui1方法二：叠加法ui1单独作用，ui2接地。-反相比例ui2单独作用，ui1接地。同相比例当 R1=R2=R3=Rf 时，uo=ui2 - ui1电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路 例 电路如图所示，要求 (1)写出输出电压 与输入电压 ， 之间运算关系的表达式。 (2)若 ， ， ，写出此时 与 ， 的关系式。(1)因此整理后得：(2)则解：电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路【例12.3】电工与电子技术基础 第12章 集成运算放大电路 反相积分Step 1、i+=0
