第四章 集成运算放大器的线性应用

1、电子技术基础精品资源共享课电子技术基础精品资源共享课河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院1第四章 集成运算放大器的线性应用主讲人：詹华伟河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章21.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数Avd= ，实际上，实际上Avd80dB即可。即可。 一、理想运放的性能指标（一、理想运放的性能指标（动画动画） 2.差模输入电阻差模输入电阻Rid= ，实际上，实际上Rid比输入端外电路的电阻大比输入端外电路的电阻大23个个量级即可。量级即可。 3.输出电阻输出电阻Ro=0，实际，实际Ro比输入端外电路的电阻小比输入端

2、外电路的电阻小12个量级即可。个量级即可。 5.带宽足够宽，上限截止频率带宽足够宽，上限截止频率 fH= 。 4.共模抑制比足够大，共模抑制比足够大，KCMR = 。 实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器都可以视为理想的。实际上在做一般原理性分析时，产品运算放大器都可以视为理想的。只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指标明显下降即可。只要实际的运用条件不使运算放大器的某个技术指标明显下降即可。7.1.2 7.1.2 理想运算放大器的两个工作区理想运算放大器的两个工作区 6.失调电压、失调电流和他们的温漂均为零，且无任何内部噪声失调电压、失调电流和他们的温漂均为零，且无任何内部噪声

3、。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章3 (1)(1)虚短虚短 开环电压放大倍数都在开环电压放大倍数都在80dB80dB以上，输出电压一般在以上，输出电压一般在10 V10 V14 V14 V，差模，差模输入电压不足输入电压不足1 mV1 mV，两输入端近似等电位，相当于，两输入端近似等电位，相当于“短路短路”。 开环电压放大倍数越大，两输入端电位越接近。开环电压放大倍数越大，两输入端电位越接近。 理想运算放大器具有理想运算放大器具有“虚短虚短”和和“虚断虚断”的特性。的特性。 为保证线性运用，运放必须在闭环为保证线性运用，运放必须在闭环( (负反馈）下工作

4、。负反馈）下工作。 二、理想运放在线性工作区（二、理想运放在线性工作区（动画动画）)(NPodouuAuNPNPoduuuuA0河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章4 通用型运输入电阻都在通用型运输入电阻都在1 M1 M 以上。输入电流不足以上。输入电流不足1 1 A A，可把运放的两输，可把运放的两输入端视为开路，入端视为开路， 输入电阻越大，两输入端越接近开路。输入电阻越大，两输入端越接近开路。 “ “两虚两虚”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开短路，这一特性称为虚假开短路。短路，

5、这一特性称为虚假开短路。 显然不能将两输入端真正断短路。显然不能将两输入端真正断短路。 (2)(2)虚断虚断0NPiiiR河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章5集成运放工作在线性区的集成运放工作在线性区的特征特征是是电路引入了负反馈。电路引入了负反馈。OMOMoodUUuA或河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章6理想运放工作在非线性区的两个特点：理想运放工作在非线性区的两个特点：输出电压分别为输出电压分别为净输入电流为零。净输入电流为零。OMUOMONPUuuuOMONPUuuu0NPii河南师范大学物理与电子工程学院河南

6、师范大学物理与电子工程学院第四章第四章77.2 基本运算电路基本运算电路 比例运算电路比例运算电路 积分微分运算电路积分微分运算电路 对数指数运算电路对数指数运算电路 加减运算电路加减运算电路 乘法除法运算电路乘法除法运算电路河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章8为提高精度，一般取为提高精度，一般取f12/ RRR 7.2.1 比例运算电路比例运算电路电压并联负反馈电压并联负反馈电路满足电路满足深度深度负反馈条件，负反馈条件，虚短虚短和和虚断虚断成立。成立。一、一、反相比例运算电路反相比例运算电路IfOuRRun 运算放大器输入端无共模信号运算放大器输入端无

7、共模信号n 运算电路输入电阻较小运算电路输入电阻较小输出与输入反相输出与输入反相1、基本电路、基本电路河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章92、T型网络反相比例运算电路型网络反相比例运算电路2M1IRuRuIMuRRu1232M4MRuRuRuuMoIMuRRRuRRRu124o432/IouRRRRRRu)/1 (342142目的：在高比例系数时，为避免目的：在高比例系数时，为避免RF阻值太大。阻值太大。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章10电压串联负反馈电压串联负反馈二、二、同相比例运算电路同相比例运算电路IfO)1

8、 (uRRun 运算放大器输入端有共模信号运算放大器输入端有共模信号n 运算电路输入电阻很大运算电路输入电阻很大输出与输入同相输出与输入同相电压跟随器电压跟随器IOuu 输入电阻大，输输入电阻大，输出电阻小。出电阻小。在电路中作用与在电路中作用与分离元件的射极输分离元件的射极输出器相同，但是电出器相同，但是电压跟随性能好。压跟随性能好。河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章117.2.2 加减运算电路加减运算电路一、求和运算电路一、求和运算电路 1. 反相求和运算电路反相求和运算电路33f2I2f1I1fORRu-IuuRRuRRf321RRRR若若则有则有3

9、2 I1 IOu-Iuuu河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章12（叠加原理）（叠加原理）333222111,IfOIfOIfOuRRuuRRuuRRu332211321IfIfIfOOOOuRRuRRuRRuuuu河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章132. 同相求和运算电路同相求和运算电路33p2I2p1I1ppRRuIuuRRuRR4321/RRRRRp)RR()1 (u33p2I2p1I1poIfuuRRuRRRRfNpRRRR/)R111(u332I21I1oIfuuRuRR河南师范大学物理与电子工程学院河南师范

10、大学物理与电子工程学院第四章第四章14叠加原理叠加原理314231422I43124311I4321432p/R/uIuRRRRRRuRRRRRRRuRRRRRRR)()1 (uoPfuRR河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章15双端输入求和运算电路双端输入求和运算电路 当当ui1=ui2 =0时，用时，用叠加原理分别求出叠加原理分别求出ui3=0和和ui4 =0时的输出时的输出电压电压uop。 当当ui3 = ui4 =0时，时，分别求出分别求出ui1=0，和，和ui2 =0时的时的uon。二、加二、加 减运算电路减运算电路 差动输入差动输入河南师范大学物

11、理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章16I22fI11fo1uRRuRRu)()( 2I21I1f4I43I3fo2o1oRuRuRRuRuRuuu时，当 5f4321RRRRRRR)(u I2I1I4I3fouuuuRR于是于是I42fI31fo2uRRuRRunpRR 河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章17利用差分式电路以实现减法运算利用差分式电路以实现减法运算I1fI2fffO)(uRRuRRRRRRu则则)(I1I2fOuuRRu若继续有若继续有,fRR 则则I1I2Ouuu河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子

12、工程学院第四章第四章18O1uI111f)1 (uRR第一级同相比例第一级同相比例第二级差分比例第二级差分比例Ouo132fuRRI232f)1 (uRR 高输入电阻高输入电阻差分比例运算电路差分比例运算电路当当 时时12f31f RRRR，（减法运算）（减法运算）)(1 (I1I232fuuRRuo河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章197.2.3 积分、微分运算电路积分、微分运算电路式中，负号表示式中，负号表示uO与与uI在相位上是相反的。在相位上是相反的。因此因此RuiiI1c设电容器设电容器C的初始电压为零，则的初始电压为零，则tiCuCd1OtuR

13、Cud1IO一、反相积分运算电路一、反相积分运算电路 （动画动画）河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章20画出在给定输入波形作用下积分器的输出波形。画出在给定输入波形作用下积分器的输出波形。积分器的输入和输出波形积分器的输入和输出波形 当当uI为阶跃电压为阶跃电压时，有时，有dtuRCuIO1tRCuI)(12IttuuO与与 t 成线性关系成线性关系河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章21 t0oUdtRC1utui0UMomUTRC1U URCUTomM tuo0-UomTM积分时限积分时限 dtuRC1uio= t

14、URC设设Uom=15V,U=+3V, R=10k ,C=1 ,C=1 F F=0.05秒秒河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章22方波输入信号方波输入信号dtuRCuomO1tRCuom)(12omttudtuRCuomO1tRCuom)(23omttuomuu IomuuI河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章23 正弦波输入信号正弦波输入信号dtuRCuIO1Cju1otdtRCsin1tRCcos1 这里要注意当输入信号在某一个时间段等于零时，积分器的输出是不变的，这里要注意当输入信号在某一个时间段等于零时，积分器的

15、输出是不变的，保持前一个时间段的最终数值。保持前一个时间段的最终数值。 因为虚地的原因，积分电阻因为虚地的原因，积分电阻 R 两端无电位差，因此两端无电位差，因此 C 不能放电，故输出电不能放电，故输出电压保持不变。压保持不变。RuIoCuj河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章24练习练习: : 画出在画出在给定输入波形给定输入波形作用下积分器作用下积分器的输出波形。的输出波形。(a) 阶跃输入信号阶跃输入信号(b)方波输入信号方波输入信号积分器的输入和输出波形图积分器的输入和输出波形图河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章25二、二、 微分电路（微分电路（动画动画）tRCudduIOtRCtRCRiRiddu ddu u ICCRO显然河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章26实用实用 微分电路微分电路2111ZZDDCR、tRCudduIO输出波形输出波形河南师范大学物理与电子工程学院河南师范大学物理与电子工程学院第四章第四章27即即例例7.2.41c1ii2c2iiRutuCtuCtuCtuCt