第3章集成运算放大器3.1

1、 第第3章章 集成运算放大器集成运算放大器 3.1 集成运算放大器简介集成运算放大器简介 3.2 集成运放的线性应用集成运放的线性应用 3.3 集成运放的非线性应用集成运放的非线性应用 3.4 集成运放组成的信号发生器集成运放组成的信号发生器 3.5 函数信号发生器函数信号发生器 3.6 集成运放使用常识集成运放使用常识 3.1 集成运算放大器集成运算放大器 知识点知识点 （1）集成运放的基本特性，虚短、虚断的概念。）集成运放的基本特性，虚短、虚断的概念。 （2）反馈的概念及反馈类型的判定。）反馈的概念及反馈类型的判定。 技能点技能点 掌握集成运放两种工作状态的判断。掌握集成运放两种工作状态的

2、判断。 3.1.1 概述概述 1、集成运放的外形与符号、集成运放的外形与符号 常见集成运放的外形多为金封圆壳式和塑封双列直插式两种常见集成运放的外形多为金封圆壳式和塑封双列直插式两种类型。类型。 目前广泛目前广泛应用的主要是双列直插式，根据其内部所包含的运放的个数，应用的主要是双列直插式，根据其内部所包含的运放的个数，又分为单运放、双运放以及四运放等形式。又分为单运放、双运放以及四运放等形式。 a) 圆形封装圆形封装 b) 双列直插式双列直插式 c) LM324的引脚及功能的引脚及功能图图3-1 集成运放的外形、引脚排序及功能集成运放的外形、引脚排序及功能 除了电源端外，每个单元电路都有除了电

3、源端外，每个单元电路都有同相输入端同相输入端u+（简称同（简称同相端）、相端）、反相输入端反相输入端u-（简称反相端）与（简称反相端）与信号输出端信号输出端uo三个端口。三个端口。a) 新符号新符号 b) 旧符号旧符号图图3-2 集成运放的符号集成运放的符号 从外部功能来看，从外部功能来看，集成运放集成运放可以简单地可以简单地等效为等效为一个高性能的一个高性能的电压放大电压放大器器，相当于一个独立的器件。，相当于一个独立的器件。 在将其应用于实际电路的过程中，只需掌握其外部特性，不必考虑芯片在将其应用于实际电路的过程中，只需掌握其外部特性，不必考虑芯片内部的复杂结构。内部的复杂结构。 3.1.

4、2 理想运算放大器理想运算放大器 1、理想运放的性能指标、理想运放的性能指标 所谓理想运算放大器，是指其具有以下主要的所谓理想运算放大器，是指其具有以下主要的性能指标：性能指标： （1）开环电压放大倍数）开环电压放大倍数Aud = ； （2）输入电阻）输入电阻rid = ； （3）输出电阻）输出电阻rod = 0。 此外，其它的性能也认为是理想化的。此外，其它的性能也认为是理想化的。 尽管理想运放实际上并不存在，但尽管理想运放实际上并不存在，但由于集成运放制造工由于集成运放制造工艺的不断改进，其各项性能指标不断提高，故一般在艺的不断改进，其各项性能指标不断提高，故一般在分析分析集成运放的应用电

5、路时集成运放的应用电路时，将实际的集成运放理想化将实际的集成运放理想化所造成所造成的误差极小，在工程估算、分析中是的误差极小，在工程估算、分析中是允许允许的。的。 2、集成运放的传输特性集成运放的传输特性 （1）线性区）线性区 曲线上升部分的斜率：曲线上升部分的斜率：运放的开环电运放的开环电压放大倍数压放大倍数Aud。 在虚线所包括的输入信号范围内，运放在虚线所包括的输入信号范围内，运放的输出电压通常可表示为的输出电压通常可表示为 uo =Aud ( u+u-） =Auduid， uo与与uid成线性放大关系。成线性放大关系。非线性区非线性区线性区0+UomUomuouid图图3-4 集成运放

6、的传输特性集成运放的传输特性 （2）非线性区）非线性区 在虚线框以外所对应的输入信号区域。在虚线框以外所对应的输入信号区域。 输出电压仅为输出电压仅为Uom或或-Uom（近似为正、（近似为正、负电源的电压值），且不随输入信号而负电源的电压值），且不随输入信号而改变，即改变，即uo与与ui 为非线性关系。为非线性关系。通常通常Aud非常高，可达几十万倍非常高，可达几十万倍 电压传输特性中的线性区电压传输特性中的线性区非常窄。非常窄。电路引入负反馈电路引入负反馈 运放运放开环开环或电路中或电路中引入引入正反馈正反馈3、集成运放工作在线性区的特点、集成运放工作在线性区的特点以以通用型集成运放通用型集

7、成运放F741为例。为例。例：已知例：已知F741开环电压增益的典型值开环电压增益的典型值Aud =200000（倍），差模（倍），差模输入电阻为输入电阻为rid =2M，若输出电压的最大峰值为，若输出电压的最大峰值为 uo =12V（设所用的电源为（设所用的电源为12V），试求），试求 1）输入电压）输入电压( u+u-）的最大值；）的最大值；2）输入电流）输入电流i+（i-）的最大值。）的最大值。 解：运放工作在线性区，则有解：运放工作在线性区，则有uo =Auduid = Aud（u+u-），由此），由此可得可得 1）( u+u-）= uo / Aud =12V/ 200000 =0.0

8、6mV； 2）i+ = ( u+u-）/ rid = 0.06mV/2M =0.06mV/2000000=0.03A 。 计算表明，计算表明，集成运放工作在线性区时有集成运放工作在线性区时有 u+u-0，u+u-；i+ =i-0。 集成运放工作在线性区时的两个重要概念：集成运放工作在线性区时的两个重要概念： （1）集成运放的两个输入端的电压近似相等，理想化时可以）集成运放的两个输入端的电压近似相等，理想化时可以认为认为u+ =u-，即运放的两个输入端为等电位，可视为短路，称，即运放的两个输入端为等电位，可视为短路，称之为之为“虚短虚短”。 （2）集成运放两个输入端的输入电流近似为）集成运放两个

9、输入端的输入电流近似为0，理想化时可以，理想化时可以认为认为i+ =i- =0，无电流输入运放，即运放的两个输入端相当于，无电流输入运放，即运放的两个输入端相当于断路，称之为断路，称之为“虚断虚断”。 在实际应用电路中，要输入几乎为在实际应用电路中，要输入几乎为0的的信号是不现实的，所以，实现运放工作在线信号是不现实的，所以，实现运放工作在线性区的必要条件是在电路中引入性区的必要条件是在电路中引入深度的负反深度的负反馈。馈。 4、集成运放工作在非线性区的特点、集成运放工作在非线性区的特点 （1）输出电压只有正向饱和电压）输出电压只有正向饱和电压+Uom和负向饱和电压和负向饱和电压-Uom两两种

10、状态，即种状态，即 uo =+Uom （u+ u- ）；）； uo =-Uom （u+ u- ）。）。 （2）由于集成运放的输入电阻极大（理想时）由于集成运放的输入电阻极大（理想时rid = ），故输入），故输入端电流端电流i+ =i-0。即运放的两个输入端仍然是。即运放的两个输入端仍然是“虚断虚断”。 由于集成运放的开环极大（理想时由于集成运放的开环极大（理想时Aud = ），极小的输入），极小的输入信号即可使输出信号为信号即可使输出信号为+Uom或或-Uom，故，故集成运放处于开环集成运放处于开环或正反馈时，工作在非线性工作区。或正反馈时，工作在非线性工作区。反馈的基本概念反馈的基本概念反

11、馈：反馈：将输出量的一部分将输出量的一部分 或全部通过一定的电路形式作用或全部通过一定的电路形式作用 到输入回路，用来影响其输入量到输入回路，用来影响其输入量 的措施。的措施。基本放大电路基本放大电路反馈网络反馈网络输入量输入量净输入量净输入量反馈量反馈量 输出量输出量反馈放大电路的方框图反馈放大电路的方框图一、什么是反馈一、什么是反馈3.1.3 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈二、如何判断有无反馈二、如何判断有无反馈通过寻找电路中有无反馈通路可判断出电路是否引了反馈。通过寻找电路中有无反馈通路可判断出电路是否引了反馈。有无反馈的判断有无反馈的判断无反馈无反馈无反馈无反馈有反馈有反馈反馈的

12、分类及判别反馈的分类及判别1.分类分类 （1）正反馈：）正反馈： 引入的引入的反馈信号反馈信号Xf增强了外加输入信号的增强了外加输入信号的作用，作用，使使放大电路的放大电路的净输入信号增加净输入信号增加，导致，导致放大电路的放大倍数提高的反馈。放大电路的放大倍数提高的反馈。 正反馈主要用于振荡电路、信号产生电正反馈主要用于振荡电路、信号产生电路，其他电路中则很少用正反馈。路，其他电路中则很少用正反馈。（2）负反馈：）负反馈： 引入的引入的反馈信号反馈信号Xf削弱了外加输入信号削弱了外加输入信号的作用，的作用，使使放大电路的放大电路的净输入信号减小净输入信号减小，导致放大电路的放大倍数减小的反馈

13、。导致放大电路的放大倍数减小的反馈。 一般放大电路中经常引入负反馈，以一般放大电路中经常引入负反馈，以改善放大电路的性能指标。改善放大电路的性能指标。反馈的分类及判别反馈的分类及判别反馈极性的判定反馈极性的判定 +R1R2Rfuiuo图图3-6 正反馈放大器正反馈放大器 引入深度的负反馈是使引入深度的负反馈是使运放工作在线性放大区的必运放工作在线性放大区的必要条件，也是判断运放是否要条件，也是判断运放是否工作在线性区的标准。工作在线性区的标准。 应用于线性放大的运放应用于线性放大的运放电路都是深度的负反馈放大电路都是深度的负反馈放大器。器。+VCC R1 R2 T1R4 T2uO+-+-R3

14、R5 C1 +R6 C2 C3 + uI uF 分立元件放大电路反馈极性的判断分立元件放大电路反馈极性的判断 结论：负反馈结论：负反馈 3、负反馈放大器的类型、负反馈放大器的类型（1）电压反馈和电流反馈）电压反馈和电流反馈1）定义定义电压反馈电压反馈v 反馈信号从输出电压反馈信号从输出电压uo采样。采样。电流反馈电流反馈v 反馈信号从输出电流反馈信号从输出电流io采样。采样。 +R1R2RfRLuiuo+R1R2RfRLuiuo+R2RLuoui+R1Rfio a) 电压串联负反馈电压串联负反馈 c) 电流串联负反馈电流串联负反馈图图3-7 负反馈放大器的四种类型负反馈放大器的四种类型b) 电压并联负反馈电压并联负反馈 d) 电流并联负反馈电流并联负反馈 思考题思考题 （1）如何判断集成运放工作在线性区还是非线性区？）如何判断集成运放工作在