第9章集成运算放大器

1、9.1 集成运算放大器的组成运算放大器是具有高开环放大倍数并带有深度负反馈的多级直接耦合放大电路。随着半导体工艺的发展，运算放大器由分立元件电路发展到了集成运算放大器，其应用也远远超出信号运算的界限，在信号处理、信号测量及波形产生等方面获得广泛应用。 集成运算放大器内部的多级放大电路可分为输入级、中间级、输出级以及偏置电路四个基本组成部分。参见 集成运放电路方框图1. 输入级都采用差动放大电路，有同相和反相两个输入端。输入级是提高运算放大器质量的关键部分，要求其输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号。2. 中间级主要进行信号放大，要求其电压放大倍数高，一般由共射放大电路构成。3. 输出级与负

2、载相接，要求其输出电阻低，带负载能力强，一般由射极输出器构成。4. 偏置电路的作用是为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点，一般由恒流源电路构成。下图（a） 为集成运算放大器的符号，除图示的同相输入端、反相输入端和输出端外，还有未在图中标出的正电源端和负电源端（单电源运放则为接地）。在实际运放器件中，由于具体 应用、封装等需要，有时还会增加一些辅助端（管脚），此外还有单片集成的多运放器件型号 9.2 理想运放在模拟信号运算方面的应用理想运放的基本应用可分为：线性应用和非线性应用。理想运放工作在线性区时，分析依据有两条：(1)由于输入电阻无穷大，故两个输入端的输入电流为零。

3、 (2)由于开环电压放大倍数无穷大，故两个输入端电位相等。 我们这里只介绍线性应用中的模拟信号运算放大电路。1. 反相比例运算电路电路如下图所示，其中电阻R引入反相输入信号Ui，电阻Rf引入深度负反馈，使运放工作于线性区，根据前述的两个分析依据，很容易可以推出：Up = Un = 0V（即同相和反相输入端皆为虚地）Au = Uo / Ui = Rf / R由式可知为反相比例运算电路，若Rf = R，则Au =1，即为反相器。 2. 同相比例运算电路电路如上图所示，图中电阻R引入同相输入信号Ui，电阻Rf引入深度负反馈，使运放工作于线性区，根据前述的两个分析依据，很容易可以推出Up = Un =

4、 UiAu = Uo / Ui = 1 Rf / R 由式可知为同相比例运算电路。若Rf =0或 R= ，则Au =1，即为电压跟随器。参见下图电压跟随器(3)反相求和运算电路如果在反相输入端增加若干输入电路（如下图所示），则构成反相求和（加法）运算电路。同样容易得出，当R1 = R2 = R3 = Rf时，Uo = （Ui1Ui2Ui3） (4)同相求和运算电路如果在同相输入端增加若干输入电路（如左图所示），则构成同相求和运算电路。容易得出，分析此电路时可先运用节点电压法求出Up，则Uo = (1Rf / R) x Up。(5)差分比例运算电路如果在同相和反相输入端分别加上输入信号（如左图所

5、示），则构成差分比例运算电路。分析此电路可得，Uo = (Ui2 Ui1） x Rf / R。若使Rf = R，则Uo = Ui2 Ui1，即为减法运算。9.3 负反馈放大电路反馈：就是将电路的输出量（电压或电流）的一部分或全部通过反馈网络，引回到输入回路，与输入量一起控制输出量的过程。反馈放大电路由基本放大器和反馈网络构成一个闭环系统，其中有两种信号流通方向：正向传输：信号从输入到输出的流向。反向传输：信号从输出到输入的流向。只有正向传输的电路称为开环系统。既有正向传输，又有反向传输的电路称为闭环系统。在电路中凡联系输入和输出回路的电路元件都是反馈元件。电路中凡有反馈元件存在，则电路有反馈，

6、反之无反馈。反馈电路F基本放大电路A+（1）正反馈-反馈增强净输入信号， 使放大倍数提高。负反馈-反馈削弱净输入信号，使放大倍数降低。判断反馈极性常采用瞬时极性法：先假定放大电路的输入端信号在某一瞬间对地的极性为（+），然后从输入端到输出端，标出放大电路中各点的瞬间极性，再得到反馈信号的极性，最后通过比较反馈信号的极性与输入信号的极性是相同或相反，从而判断对净得量是增强或是削弱。增强为正反馈，削弱为负反馈。（2）直流反馈反馈只对直流分量起作用，反馈元件只能传递直流信号。引入直流负反馈的目的：稳定静态工作点交流反馈反馈只对交流分量起作用，反馈元件只能传递交流信号。引入交流负反馈的目的：改善放大电路的性能（3）电压反馈 反馈信号取自输出电压。电压负反馈具有稳定输出电压、减小输出电阻的作用。电流反馈 反馈信号取自输出电流电流负反馈具有稳定输出电流、增大输出电阻的作用。（4）串联反馈反馈信号与输入信号串联，即反馈信号与输入信号以电压形式作比较。串联反馈使电路的输入电阻增大并联反馈反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入信号以电流形式作比较。并联反馈使电路的输入电阻减小。