第7章集成运算放大器

7.1集成运算放大器基础知识7.2理想集成运算放大器7.3运算放大器的线性应用7.4运算放大器的非线性应用第7

章集成运算放大器7.1

集成运放简介7.1.1集成运算放大器概述7.1.2

集成运算放大器的主要参数7.1.3集成运算放大器的保护

集成电路:

把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分的整体。

集成电路特点：体积小、外部接线少、功耗低、可靠性高、灵活性高、价格低。

集成运算放大器：具有很高开环电压放大倍数的直接耦合放大器。用于模拟运算、信号处理、测量技术、自动控制等领域。引言7.1.1集成运放的概述输入级：差动放大器，减少零点漂移、提高输入阻抗。输出级：射极输出器或互补对称功率放大器，提高带载能力。偏置电路：为各级提供稳定、合适的静态工作点。输出端偏置电路输入级中间级输出级输入端中间级：电压放大。

集成运放的外形有双列直插式、扁平式和圆壳式3种，如图所示。

常见集成运算放大器的外形7.1.2集成运算放大器的主要参数2.

输入失调电压UIO及其温漂dUIO/dT3.

输入失调电流

IIO及其温漂dI

IO/dT1.

开环差模电压增益Aud4.差模输入电阻rid5.共模抑制比

KCMR6.

最大差模输入电压UIdm7.最大共模输入电压UICm7.1.3集成运算放大器的保护1.输入保护

b）同相输入保护图7-4输入保护－

∞＋＋－

∞＋＋a）反相输入保护2.电源极性保护3.输出保护7.2

理想集成运算放大器7.2.1理想集成运算放大器的技术指标7.2.2集成运算放大器的工作区理想化的主要条件：

开环差模电压增益

开环差模输入电阻开环输出电阻共模抑制比

在分析运算放大器的电路时，一般把运算放大器看成理想元件。7.2.1理想运算放大器的技术指标+–++–+u+u–uo

输入失调电压、失调电流以及它们的温漂均为零带宽工作在线性区的理想运放

相当于两输入端之间短路,但又未真正短路，故称“虚短”。

相当于两输入端之间断路，但又未真正断路，故称“虚断”。2.i+=i–

=01.u+=u–,而uo是有限值,运放开环输入电阻

由于故从式,可知+–++–+u+u–uo（虚短）（虚断）i–i+7.2.2运算放大器的工作区

理想运放工作在非线性区的特点

（1）理想运放的输出电压的值

当＞

时，

当＜

时，

在非线性区，“虚短”现象不复存在。

（2）理想运放的输入电流等于零在非线性区，虽然运放两个输入端的电压不等，即

，但因为理想运放的=∞，故仍认为此时的输入电流等于零，即

可见，“虚断”在非线性区仍然成立。图7-8集成运放的传输特性7.3

集成运算放大器的线性应用7.3.1比例运算电路7.3.2加法运算电路7.3.3减法运算电路7.3.4积分微分电路7.3.1比例运算电路（1）反相比例运算电路虚断虚地平衡电阻若则iFR1Rfi1uIR+–+–++–+uou+u-（2）同相比例运算电路

可见同相比例运算电路的电压放大倍数必定大于1，而且仅由外接电阻的数值来决定，与运放本身的参数无关。R1iFRfi1uIR2+–++–+uou+u-R1iFRfi1uIR2+–++–+uou+u-上式表明：输出电压与输入电压之间也存在着比例运算关系，且输出电压与输入电压相位相同。电压跟随器当R1=，Rf=0时uI+–++–+uo

在集成运放的反相输入端增加若干个输入信号组成的电路，就构成了反相加法运算电路，如图所示。iFR1Rfi1uI1RuI2+–+–++–+uou+u-i2若Rf=R1=R2

则uO=

(uI1+uI2)R'

=R1//R2//Rf平衡电阻7.3.2加法运算电路R2

在集成运放的两个输入端都加上输入信号，就构成了减法运算电路，如图所示。iFR1R2Rfi1uI1R3uI2+–+–++–+uou+u-整理可得当时，和

输出电压与输入电压的差值成正比例，从而能进行减法运算。7.3.3减法运算电路1积分电路

iCRCiRuIR+–+–++–+uou+u-7.3.4

积分和微分电路如果在开始积分之前，电容两端已经存在一个初始电压，则积分电路将有一个初始的输出电压

，此时

例:利用积分电路将方波变成三角波。10k10nF

时间常数

=

R1Cf=0.1ms设uC(0)=0=5VuI/Vt/ms0.10.30.555uO/vt/ms=5V5

5R1CfuIR+–+–++–+uo2微分运算电路

iCRCiRuIR+–+–++–+uou+u-–+uI0uo0t当uI为阶跃电压时，uo为尖脉冲电压。7.4

集成运算放大器的非线性应用7.4.1单限电压比较器7.4.2滞回比较器7.4.1单限电压比较器

当运放工作于开环或正反馈的工作状态时，运放工作在非线性区。

运放的非线性特性在自动控制系统和数字技术中有广泛应用。

电压比较器的功能是将输入的模拟信号与一个参考电压进行比较，并用输出电压不同的两种状态来表示比较结果。R1R2ui+–+–++–+uo+–UREF+–ui:输入电压UREF:参考电压当ui>UREF时，uO=–UOMui

UREF时，uo=+UOMui

=UREF时，uO

发生跃变uooUOM–UOMUREF电压传输特性当参考电压UREF=0时，称为过零比较器。若ui为正弦波，画出uo的波形。uootUOM–UOMotUREF=0UREF=1Vot1VuootUOM–UOM

在输出端与反相输入端接一个双向稳压管，即可把输出电压限制在某一特定值。限幅电压比较器UZ–UZuooR1R2ui+–+–++–+uo+–DZ电压传输特性当ui>0时，uO=–UZui

0时，uO=+UZ7.4.2滞回比较器

滞回比较器是一种能判断出两种状态的开关电路，广泛应用于自动控制电路中。（a）电路图（b）传输特性图7-12滞回比较器若uo＝＋UZ，当uI逐渐增大使uo从＋UZ跳变为－UZ所需的上门限电平用UT+表示，则若uo＝-UZ，当uI逐渐减小使uo从－UZ跳变为＋UZ所需的下门限电平用UT-表示，则上述两个门限电平之差称为门限宽度或回差，用符号△UT表示，由以上两式可求得

滞回电压比较