集成运算放大器讲课版

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1、*电工学C1集成运算放大器南京工业大学信息科学与工程学院电子系第五章*电工学C2第五章第五章 集成运算放大器集成运算放大器1 1、集成运算放大器概述、集成运算放大器概述2 2、放大电路中的负反馈、放大电路中的负反馈4 4、集成运放在信号处理方面的运用、集成运放在信号处理方面的运用3 3、集成运放在信号运算方面的运用、集成运放在信号运算方面的运用返回前一页 后一页*电工学C31 1、了解集成运放的基本概念、电压传输特性、了解集成运放的基本概念、电压传输特性 和主要参数。和主要参数。2 2、理解反馈的概念，了解反馈的类型；了解、理解反馈的概念，了解反馈的类型；了解 负反馈对放大电路性能的影响。负反

2、馈对放大电路性能的影响。3 3、掌握理想运算放大器的基本分析方法，理、掌握理想运算放大器的基本分析方法，理 解集成运放组成的比例、加、减、微分和积分解集成运放组成的比例、加、减、微分和积分 电路的工作原理。电路的工作原理。4 4、了解单门限电压比较器的工作原理。、了解单门限电压比较器的工作原理。基本要求：基本要求：后一页返回前一页*电工学C4重点：重点： 了解集成运放的电压传输特性和主要参数。了解集成运放的电压传输特性和主要参数。 理解反馈的概念，了解负反馈对放大电路性能理解反馈的概念，了解负反馈对放大电路性能 的影响。的影响。 掌握理想运算放大器的基本分析方法。掌握理想运算放大器的基本分析方

3、法。 了解单门限电压比较器的工作原理。了解单门限电压比较器的工作原理。 难点难点：反馈的极性和类型判断，理想运放虚短、虚断 的概念。*电工学C5第一节 集成运算放大器概述一、一、 集成运放的基本组成集成运放的基本组成集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的 直直 接耦合放大器。接耦合放大器。四个组成部分：输入级、中间级、输出级四个组成部分：输入级、中间级、输出级 和偏置电路和偏置电路*电工学C6*电工学C7输入级：输入级：具有较高的输入电阻，能减小零点具有较高的输入电阻，能减小零点 漂移和抑制干扰信号，采用差动放大电路。漂移和抑制干扰信号，采用差动放大电路。

4、中间级：中间级：提供足够大的电压放大倍数。常采提供足够大的电压放大倍数。常采用一级或多级共射放大电路。用一级或多级共射放大电路。输出级：输出级：要向负载提供一定的功率，要求输要向负载提供一定的功率，要求输出阻抗出阻抗 R Ro o小，带负载能力强。常采用射极小，带负载能力强。常采用射极输出器或互补射极输出器组成。输出器或互补射极输出器组成。偏置电路：偏置电路：提供合适的工作电流。提供合适的工作电流。*电工学C8二、集成运放的输入级差动放大电路集成运放电路主要采用直接耦合方 式，因此需要解决零点漂移的问题。差动放大电路作为多级放大电路的 输入级，能够抑制零点漂移。*电工学C9电路结构电路结构T1

5、T1和和T2T2特性相同，电路结构对称，特性相同，电路结构对称， 两个输入、两个输出两个输入、两个输出u uo ou ui i1 1+U+UCCCCR RC CT T1 1R RC CT T2 2u ui i2 2+ + + + + u uo o1 1 u uo o2 2 + + +*电工学C10U+UCCu+uou反相 输入端同相 输入端T3T4T5T1T2IS输 入 级中 间 级输 出 级与uo反相与uo同相三、集成运放的封装 电路结构电路结构*电工学C11四、集成运放的特性四、集成运放的特性1 1）开环差模电压增益）开环差模电压增益 A Ao o是决定运放运算精度的主要因素。是决定运放运

6、算精度的主要因素。2 2）最大输出电压）最大输出电压 U UOmaxOmax能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。3)3)输入失调电压输入失调电压 U UIOIO 4)4)输入失调电流输入失调电流 I IIOIO 5)5)输入偏置电流输入偏置电流 I IIBIB愈小愈好愈小愈好1 1集成运放的主要参数集成运放的主要参数*电工学C12、集成运放的电压传输特性、集成运放的电压传输特性u uo o= = f f ( (u ui i) )+Uo-Uoui = u+u- uo线性区饱和区线性区：线性区：u uo o= = A Ao o（ u u+ +u

7、u）饱和区：饱和区：u u+ + u u时，时， u uo o = = + +U Uo ou u+ +Ube， rif 提高。1）串联负反馈无负反馈时：有负反馈时：uiubeib+ uf+使电路的输入电阻提高返回后一页前一页*电工学C44if无负反馈时：有负反馈时：在同样的Ube下，Ii= Ib + If Ib， rif 降低。2）并联负反馈使电路的输入电阻降低iiibube+返回后一页前一页*电工学C45电压负反馈具有稳定输出电压的作用， 即有恒压输出特性，故输出电阻降低。电流负反馈具有稳定输出电流的作用， 即有恒流输出特性，故输出电阻提高。1）电压负反馈使电路的输出电阻降低2）电流负反馈使

8、电路的输出电阻提高5. 5. 对输出电阻的影响对输出电阻的影响返回后一页前一页*电工学C46第三节 集成运放器在信号运 算方面的运用一、比例运算一、比例运算二、加法运算二、加法运算三、减法运算三、减法运算四、积分运算四、积分运算五、微分运算五、微分运算后一页返回前一页*电工学C47一、比例运算一、比例运算1 1、反相比例运算、反相比例运算 （1 1）电路组成）电路组成以后如不加说明，以后如不加说明， 输入、输出的另一端输入、输出的另一端 均为地（均为地（ ）。（2 2）电压放大倍数）电压放大倍数 虚断虚断 虚短虚短 u u- = - = u u+ += 0 = 0 称称“ “虚地虚地” ” 反

9、相反相输入的重要特点输入的重要特点u uo o+ + + . .u ui iR R2 2R RF Fu u+ +u u_ _。R R1 1. .。+ + + + i i1 1i if fi i- -i i+ +*电工学C48一、比例运算一、比例运算要求静态时 u+、 u- 对地电阻相同， 平衡 电阻 R2 = R1 / RF 虚短 u- = u+ = 0 称“虚地” 反相输入运算的重要特点uo +.uiR2RFu+u_。R1 .。+1 1、反相比例运算、反相比例运算电压并联负反馈电压并联负反馈 输入电阻低，共模电压输入电阻低，共模电压 0 0后一页返回前一页*电工学C49 电压并联负反馈，输入

10、电阻低电压并联负反馈，输入电阻低. .结论：结论： A Aufuf为负值，即为负值，即 u uo o与与 u ui i 极性相反。极性相反。 u ui i 加加在反相输入端。在反相输入端。 A Auf uf 只与外部电阻只与外部电阻 R R1 1、R RF F 有关，与运放本有关，与运放本身参数无关。身参数无关。 | | A Aufuf | | 可大于可大于 1 1，也可等于，也可等于 1 1 或小于或小于 1 1 。 u u- -= u = u+ += 0 = 0 ， 反相输入端反相输入端“ “虚地虚地” ”。*电工学C50例：电路如下图所示，已知 R1= 10 k ，RF = 50 k 。

11、求：1、Auf ；2、若 R1不变，要求Au f为 10，则RF 应为 多少？RF+.uiuo R2u+u_。R1解：1、 Au f = RF R1 = 50 10 = 52、 Au f = RF R1 = RF 10 = 10 RF = Auf R1 = 10 10 = 100返回*电工学C51 虚短虚短 虚断虚断 + + + . . .u uo oR R2 2R RF Fu u+ +u_u_。u ui i。R R1 1i iF Fi i1 1输入电阻高输入电阻高2 2、同相比例运算电路、同相比例运算电路（1 1）电路组成）电路组成（2 2）电压放大倍数）电压放大倍数电压串联负反馈电压串联负

12、反馈*电工学C52 电压串联负反馈，输入电阻高、输出电阻电压串联负反馈，输入电阻高、输出电阻低。低。结论：结论： A Auf uf 为正值，即为正值，即 u uo o与与 u ui i 极性相同。极性相同。 u ui i 加加在同相输入端。在同相输入端。 A Aufuf只与外部电阻只与外部电阻 R R1 1、R RF F 有关，与运放本有关，与运放本身参数无关。身参数无关。 A Auf uf 1 1 ，不能小于，不能小于 1 1 。 u- = uu- = u+ + 0 0 ，反相输入端不存在，反相输入端不存在“ “虚地虚地” ”现象。现象。后一页返回前一页*电工学C53当当 R R1 1= =

13、 或或 R RF F = = 0 0 时，时，uiuo+. u+u_。 。URLR1R2+. uoR2RFu+u_。ui。R1u uo o= = u ui i ，A Au fu f = 1= 1，称称电压跟随器电压跟随器。此电路是电压串联负反馈，输入电阻高，输出电阻低，在电路中的作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能更好。后一页返回前一页*电工学C54二、加法运算二、加法运算 虚短虚短 u u- = - = u u+ += = 0 0 虚断虚断 + + + . . . .u ui i2 2u ui i1 1u uo oR R2 2R RF Fu u+ +u u_ _。R Ri i1

14、1R Ri i2 2。i i1 1i i2 2i iF Fi i- -i i1 1+ + i i2 2= = i if f ，即，即后一页返回前一页*电工学C55三、减法运算三、减法运算由虚断可得：由虚断可得：由虚短可得：由虚短可得：分析方法一：分析方法一：+ + + . . . . .u ui i2 2u ui i1 1u uo oR R3 3R RF Fu u+ +u-u-。R R1 1。R R2 2后一页返回前一页*电工学C56如果取 R1 = R2 ， R3 = RF 如果取 R1 = R2 = R3 = RF 输出与两个输入信号的差值成正比。+.ui2ui1 uoR3RFu+u-。R

15、1。R2后一页返回前一页*电工学C57分析方法二：利用叠加原理分析方法二：利用叠加原理减法运算电路可看作是反相比例运算电路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。与同相比例运算电路的叠加。+.ui2ui1 uoR3RFu+u-。R1。R2后一页返回前一页*电工学C58四、积分运算四、积分运算由虚短及虚断性质可得由虚短及虚断性质可得i i1 1= i = if fi iF F=?=?C CF F+ + + . .u uo oR R2 2u u+ +u u_ _。R R1 1u ui i。. .i i1 1i if f+ + 后一页返回前一页*电工学C59若输入信号电压为恒定直流量，即 ui= Ui时，则uot0-UOM+UOMt0ui积分饱和线性积分时间输出电压随时 间线性变化后一页