第9章 集成运算放大器

9.1集成运算放大器简介9.2集成运算放大器的线性应用9.3集成运算放大器的非线性应用9.4集成运算放大器应用实例第9章集成运算放大器9.1集成运算放大器简介9.1.1基本组成输入级中间级偏置电路输出级输入端输出端输入级：输入电阻高，由差动放大电路构成。中间级：电压放大，由共射极放大电路构成。2.集成运算放大器的电路符号u-uo

++-u+Ao输出级：输出电阻低，由互补对称放大电路或射极输出器构成。偏置电路：给各级运放提供合适的静态工作点。开环电压放大倍数9.1.2主要参数1、开环电压放大倍数Ao—没有外接反馈时所测出的差模电压放大倍数。2、最大输出电压UOPP—能使输出电压与输入电压保持不失真关系的最大输出电压。3、输入失调电压UIO—为使输出等于零而在输入端加的微小补偿电压。4、输入失调电流IIO—当输入信号为零时，两个输入端的静态基极电流之差。5、输入偏置电流IB—当输入信号为零时，两个输入端的静态基极电流的平均值。2.非线性区（饱和区）7、最大共模输入电压UicM6、最大差模输入电压UidM9.1.3电压传输特性1.线性区（线性放大）正饱和负饱和线性区o-UoMuo+UoM如何使集成运算放大器在较大的输入电压下工作在线性区?在电路中引入负反馈。u-uo

++-u+Ao反馈网络9.1.4理想运算放大器1.理想运放的条件（1）开环电压放大倍数（2）开环差模输入电阻（3）开环输出电阻（4）共模抑制比u-uo

+-u+rid+-uocro集成运放等效电路uii+i-RL3.理想运算放大器的电压传输特性uoo-UoM+UoM2.理想运算放大器的电路符号u-uo

∞

++-u+4.理想运算放大器的特点虚断（1）虚断u-uo

∞

++-u+i+i-如图，虚短即（3）当运算放大器工作在非线性区(饱和区)时，（2）虚短当运算放大器工作在线性区时，9.2放大电路中的负反馈凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反馈。若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。9.2.1反馈的基本概念三个主要环节：放大：反馈：迭加：负反馈框图：基本放大电路反馈电路+–闭环放大倍数：其中，为反馈深度9.2.2反馈的类型及判断1.反馈的分类(1)正反馈和负反馈(瞬时极性法)假设某一瞬间输入信号发生变化，增大用“+”表示，减小用“-”表示。按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。当反馈信号和输入信号加于输入回路同一电极时，若二者瞬时极性相同为正反馈，相反为负反馈。

当反馈信号和输入信号加于输入回路不同电极时，若二者瞬时极性相同为负反馈，相反为正反馈。+UCCRB1RCC1C2RB2RERLuoicieibui只分析交流信号三极管集电极与基极相位相反，发射极与基极相位相同判断此电路为正反馈还是负反馈？此电路是负反馈（2）直流反馈和交流反馈若反馈信号中只含交流分量，则为交流反馈。（3）电压反馈和电流反馈若反馈信号从输出电压取样为电压反馈，否则为电流反馈。若反馈信号中只含直流分量，则为直流反馈。（4）串联反馈和并联反馈若反馈信号与输入信号加在同一个电极上，则为并联反馈；若加两个电极上，则为串联反馈。iifibib=i-if并联反馈ufuiubeube=ui-uf串联反馈负反馈交流反馈直流反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈稳定静态工作点2.负反馈的分类3.负反馈的判断方法判断步骤：(2)是正反馈还是负反馈？(4)若是交流反馈，是何种类型的负反馈？（判断反馈的组态）(1)找出反馈网络（电阻）；(3)是交流反馈还是直流反馈？判断负反馈的方法：瞬时极性法。例1：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈组态。ufubeuc1ub2uc2+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+UCCuoui+–VT1VT2Rf此电路是电压串联负反馈，对直流不起作用。例2：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。电压反馈并联反馈此电路是电压并联负反馈。+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif三极管的静态工作点如何提供？能否在反馈回路加隔直电容？不能！Rf为三极管提供静态电流！例3：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。电流反馈并联反馈uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2uC1uB2电流并联负反馈。对直流也起作用，可以稳定静态工作点。例4：判断如图电路的反馈类型电流串联负反馈+UCCRB1RCC1C2RB2RERLuoicieibui9.2.3负反馈对放大电路的影响反馈电路的基本方程基本放大电路反馈电路+–1.提高放大倍数的稳定性开环放大倍数闭环放大倍数反馈深度若，称为深度负反馈，此时(1)式对A求导并取绝对值得2.减小非线性失真uiufuouduo加反馈前加反馈后3.改变输入、输出电阻a、串联反馈使电路的输入电阻增加b、并联反馈使电路的输入电阻减小c、电压反馈使电路的输出电阻减小d、电流反馈使电路的输出电阻增加4.展宽通频带9.3

集成运算放大器在信号处理方面的应用在电路中引入负反馈。集成运算放大器在线性区能完成对信号的多种运算：比例、加减、积分与微分等简单运算，对数与反对数以及乘除等复杂运算。如何使集成运算放大器在较大的输入电压下工作在线性区?u-uo

++-u+Ao反馈网络9.3.1比例运算电路1.反相比例运算RF

—反馈电阻；R2

—平衡电阻，且R2=R1∥RFi1uiuo

∞

++-ifR1R2RFi+i-(1)电路(2)反馈类型电压并联负反馈

虚地i1uiuo

∞

++-ifR1R2RFi+i-由虚断得由虚短得(3)输入输出关系(1)(2)联立得输出与输入反相，因此此电路又称为反相器。(4)电压放大倍数2.同相输入比例运算(1)电路i1uiuo

∞

++-ifR1R2RFRF

—反馈电阻；R2

—平衡电阻，且R2=R1∥RF(2)反馈类型电压串联负反馈

i1uiuo

∞

++-ifR1R2RF(3)输入输出关系由虚断得(1)(2)联立得uiuo

∞

++-电压跟随器uiuo

∞

++-RRR1R2RF(4)电压放大倍数9.3.2加法运算电路(1)电路uo

∞

++-ifR2RFi12R12i11R11ui2ui1加法电路i-i+RF

—反馈电阻；R2

—平衡电阻，且R2=R11∥R12//RF由虚短得uo

∞

++-ifR2RFi12R12i11R11ui2ui1加法电路i-i+(1)(2)联立得(2)输入输出关系由虚断得反相加法运算uoi13ui3

∞

++-ifR13R2RFi12R12i11R11ui2ui1加法电路反相加法运算uoi13ui3

∞

++-ifR13R2Rfi12R12i11R11ui2ui1加法电路例1：试选图中各输入电路的电阻和平衡电阻R2。一个测量系统的输出电压为，设【解】可得9.3.3减法运算电路ui1uo

∞

++-R3R2RFi1R1减法电路ifui2(1)电路RF

—反馈电阻；ui1uo

∞

++-R3R2RFi1R1减法电路ifui2(2)输入输出关系由虚断得9.3.4积分运算电路uiuo

∞

++-R2CFi1R1积分电路ifuc(1)电路CF

—反馈电容；R2

—平衡电阻，且R2=R1uiuo

∞

++-R2CFi1R1积分电路ifuc(2)输入输出关系由虚断得当输入信号为阶跃电压时，uiUi-Uiot+UoM-UoMotuo9.3.5微分运算电路uiuo

∞

++-

RbCi1微分电路ifucR1(1)电路R1

—反馈电阻；Rb—平衡电阻，且Rb=R1(2)输入输出关系uiuo

∞

++-

RbCi1微分电路ifucR1由虚断得应用：设输入，则输出tui0tuo0(1)“虚断”理想运放非线性工作的分析依据+i-uiriduo+当u+>u-时,uo=+UoM当u+<u-时,uo=-UoMi+=i-

0i+(2)9.4集成运算放大器在信号处理方面的应用（开环工作或仅引入正反馈）u+●●u-UoM–UoM理想运放uoui09.4.1

电压比较器电压比较器：比较输入信号电压ui和参考电压

UR的电路。分类：单限比较器，滞回比较器，窗口比较器单限比较器1.过零比较器R1R2uouiUOM-UOMuiuo-UOMUOM(1)

反相输入过零比较器(2)

同相输入过零比较器0uiuo0u+u-●●R1R2uouiu+u-●●电压传输特性电压传输特性R1R2例题：反相输入过零比较器的应用UOM-UOMttUOM-UOM000uiuououiuiuo电压传输特性电路举例：同相输入过零限幅比较器R1R2R3-UZUZ0uiuouiuoUZVS过零限幅比较器●●u+u-u’o●电压传输特性-UZUZ2.一般单限比较器电路举例：同相输入电压比较器