电子技术教案

第二章集成运算放大电路及应用第二节集成运算放大电路简介第四节集成运放在信号运算电路中的应用第六节集成运放在信号发生电路中的应用第七节集成运放的选择与使用第五节集成运放在信号处理电路中的应用第一节差分放大电路第三节电路中的负反馈第二章集成运算放大电路及应用前面介绍的分立电路,就是由各种独立元件联接起来的电子电路。这一章我们要给大家介绍集成电路。它具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性好、价格便宜等特点，所以一经问世，就获得了广泛的应用，标志着电子技术的一个新的飞跃。

所谓集成电路，就是把整个电路的各个元件以及相互之间的联线同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的整体。就集成度而言，集成电路有小规模、中规模、大规模和超大规模之分。就导电类型而言，有双极型、单极型和两者兼容的。就其功能而言，有数字集成电路和模拟集成电路，后者又有集成运算放大器、集成功率放大器、集成稳压电源等多种。第一节差分放大电路第一章介绍的阻容耦合放大电路只适合于放大交流信号，而在工业控制和科学实验中经常遇到另外一些信号，即变化缓慢的电信号。如利用电热偶测量炉温的信号，由于炉温变化很慢，所以电热偶给出的就是一个缓慢变化的电压信号。

0tuo

这种缓慢变化的信号不能采用阻容耦合，只能用直接耦合的多级放大电路来放大。直接耦合：将前级的输出端直接接后级的输入端。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2––++RE22.零点漂移零点漂移：指输入信号电压为零时，输出电压发生缓慢地、无规则地变化的现象。uotO产生的原因：晶体管参数随温度变化、电源电压波动、电路元件参数的变化。直接耦合存在的两个问题：1.前后级静态工作点相互影响零点漂移的危害：直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号电压还是漂移电压。一般用输出漂移电压折合到输入端的等效漂移电压作为衡量零点漂移的指标。输入端等效漂移电压输出端漂移电压电压放大倍数

如某放大电路的输出电压：则折算到输入端的等效零漂电压电压放大倍数，而只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多时，放大后的有用信号才能被很好地区分出来。由于不采用电容，所以直接耦合放大电路具有良好的低频特性。通频带f|Au

|0.707|Auo|OfH|Auo|幅频特性抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路的一个重要的问题。适合于集成化的要求，在集成运放的内部，级间都是直接耦合。一、差分放大电路的工作原理电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。差分放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。差动放大原理电路

+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2两个输入、两个输出两管静态工作点相同输出电压：uo=VC1－VC2

=0静态时，ui1

=

ui2

=0IC1=IC2，VC1=VC2+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2uo=(VC1+VC1

)－(VC2+

VC2)=0当温度升高时ICVC（两管变化量相等）差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2IC1=IC2，VC1

=VC2

两管集电极电位呈等量同向变化，VC1

=VC2，所以输出电压为零，即对共模信号没有放大能力。1.共模信号输入

ui1=ui2大小相等、极性相同差动电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平。+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+–ui1ui2++––T2+–+–+–+–+–+–共模信号需要抑制+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化，2.差模信号输入

ui1=–ui2大小相等、极性相反uo=(VC1－VC1

)－(VC2+

VC１)=－2VC1即对差模信号有放大能力。+–+–+–+–+–+–差模信号是有用信号3.差分信号输入

ui1、ui2大小和极性是任意的。放大器只放大两个输入信号的差值信号—差分放大电路。uo=Au(ui1-ui2)这种输入常作为比较放大来应用，在自动控制系统中是常见的。

对于比较信号，常分解为差模信号和共模信号处理。

ui1=uic1+uid1，ui2=uic2+uid2，uid1=-uid2

uic1=(ui1+ui2),uid1=(ui1-ui2)例1:

ui1=10mV,ui2=6mVui2=8mV－2mV例2:

ui1=20mV,ui2=16mV可分解成:

ui1=18mV+2mVui2=18mV－2mV可分解成:

ui1=8mV+2mV共模信号差模信号差分放大器对差模信号放大，而抑制共模信号。

若电路完全对称，理想情况下共模放大倍数Ac=0

输出电压

uo

=

Ad

（ui1－

ui2）=

Ad

uid

若电路不完全对称，则Ac0，实际输出电压

uo

=Acuic+

Ad

uid即共模信号对输出有影响。uo1=Acuic1+Aduid1

，uo2=Acuic2+Aduid2，uo=uo1-uo2=Ad（uid1-uid2）=Aduid差分放大器对差模信号放大，而抑制共模信号。二、典型差分放大电路+UCCuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+++–––T2EE+–RE的作用：稳定静态工作点，限制每个管子的漂移。EE：用于补偿RE上的压降，以获得合适的工作点。二、典型差分放大电路温度IC1IC2IEUREUBE1UBE2IB1IB2IC1IC2由于RE上电压URE的作用，使得它对共模信号具有抑制作用，而对差模信号，由于IC1和IC2的作用相互抵消，使它不影响差模信号的放大作用。差分放大电路抑制零漂的过程如下：三、差分放大电路对信号的放大1.静态分析：+UCC-UEERE2IERBRCICIBUBE由于电路对称，计算一个管的静态值即可。由基极电路可知：RBIB+UBE+2REIE=UEEIE=（1+）IBIB=UEE-UBERB+2（1+）REUCE=UCC-RCIC2.动态分析icRCuO1ibRB1uI1单管差模信号通道RL2rbe四、差分放大电路的输入输出形式双端:单端:双端:单端:全面衡量差分放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力。差模放大倍数共模放大倍数

KCMR越大，说明差放分辨差模信号的能力越强，而抑制共模信号的能力越强。五、共模抑制比共模抑制比第二节集成运算放大电路简介集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。一、集成运算放大电路的组成输入端输出端输入级中间级输出级偏置电路输入级：输入电阻高，能减小零点漂移和抑制干扰信号，都采用带恒流源的差分放大电路

。中间级：要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的共发射极放大电路构成。输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能力强，一般由互补对称电路或射极输出器构成。

偏置电路主要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，一般由各种恒流源电路组成。+UCC–UEEuou–u+输入级中间级输出级同相输入端输出端反相输入端二、集成运放的特点:

1.组件内各元件通过同一工艺制成，各类元件的对称性能好，温度性能一致，适用于差分电路。4.集成电路中的二极管多以由晶体管的发射结代替。

3.集成工艺中不适于做电感元件，也不适于做大的电容，所以其内部各放大器之间采用直接耦合，若需电感和大的电容，则采用外接的方法。

2.集成工艺制造的电子范围有限，电路中往往采用晶体管恒流源代替大电阻。

在应用集成运放时,需要知道它的符号、各个管脚的用途以及放大器的主要参数,至于它的内部电路结构如何一般是无关紧要的。二、集成运放的符号、引脚与参数

1.集成运放的符号：uo++Auou+u–。。

。+UCC–UEE–集成运算放大器有铝壳封装和双列直插式塑壳封装两种。常有七个引脚，如图所示，用途是：F0072341567+15V-15VRP输出端反相输入端同相输入端1和5为外接调零电位器的两个端子。2.引脚：

2为反相输入端，由此端接输入信号，则输出信号与输入信号是反相的（或两者极性相反）。3为同相输入端，由此端接输入信号，则输出信号与输入信号是同相的（或两者极性相同）。4为负电源端，接-15V稳压电源。7为正电源端，接+15V稳于电源。6为输出端。

F0072341567+15V-15VRP输出端反相输入端同相输入端3.主要参数（5）最大输出电压UOPP能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。（4）开环电压放大倍数Auo运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。

Auo愈高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。愈小愈好（1）输入失调电压UIO（2）输入失调电流IIO（3）输入偏置电流IIB四、集成运放的电路模型与传输特性1.电路模型输入端可用输入电阻来表示；输出端由受控电压源和输出电阻串联组成。2.传输特性uo=f(ui)线性区：uo

=Auo(u+–u–)非线性区：u+>u–

时，uo=+Uo(sat)

u+<u–

时，uo=–Uo(sat)

+Uo(sat)

u+–u–

uo–Uo(sat)线性区理想特性实际特性饱和区ORB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––一、基本概念反馈：将电子电路输出端信号(电压或电流)的一部分或全部通过某种电路引回到输入端,就称反馈。esRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–+++–RS通过RE将输出电压反馈到输入通过RE将输出电流反馈到输入第三节电路中的负反馈反馈放大电路的三个环节：基本放大电路比较环节反馈放大电路的方框图反馈电路输出信号输入信号反馈信号反馈系数净输入信号放大倍数反馈电路F–基本放大电路A+反馈放大电路的方框图净输入信号若三者同相，则

Xd=Xi–Xf反馈电路F–基本放大电路A+可见Xd<Xi，即反馈信号起了削弱净输入信号的作用（负反馈）。若引回的反馈信号与输入信号比较使净输入信号减小,则称这种反馈为负反馈。反之,Xd>Xi，即反馈信号起了增加净输入信号的作用（正反馈）。若引回的反馈信号与输入信号比较使净输入信号增大,则称这种反馈为正反馈。

电路中引入负反馈后,放大倍数会降低,反之,电路中引入正反馈后,放大倍数会升高。1.负反馈与正反馈的判别方法瞬时极性法是判别电路中负反馈与正反馈的基本方法。++uoRFuiR2R1++––++–++ud对该电路，uf为正，则ud=ui-uf，使净输入信号减小。所以该电路为负反馈。uf1.负反馈与正反馈的判别方法-+R1RFR2++--uouiuduf+-++-对该电路，uf为负，则ud=ui-uf，使净输入信号增大。所以该电路为正反馈。1.负反馈与正反馈的判别方法+RB1RERB2+-uouf+-对该电路，uf为正，则ube=ui-uf，使净输入信号减小。同样，在分立元件电路中，正、负反馈也可用瞬时极性法来判断。uiRC+UCCRLieube直流反馈交流反馈直流反馈：反馈只对直流分量起作用，反馈元件只能传递直流信号。负反馈：反馈削弱净输入信号，使放大倍数降低。在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。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。在放大电路中，出现正反馈将使放大器产生自激振荡，使放大器不能正常工作。正反馈：反馈增强净输入信号，使放大倍数提高。引入交流负反馈的目的：改善放大电路的性能引入直流负反馈的目的：稳定静态工作点反馈的分类二、负反馈的分类1)根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。

电流负反馈具有稳定输出电流、增大输出电阻的作用。

电压负反馈具有稳定输出电压、减小输出电阻的作用。如果反馈信号取自输出电压，叫电压反馈。如果反馈信号取自输出电流，叫电流反馈。2)根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。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，称为串联反馈。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，称为并联反馈。串联反馈使电路的输入电阻增大，并联反馈使电路的输入电阻减小。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负反馈的类型稳定静态工作点3).负反馈类型的判别步骤3)判别是否负反馈？2)判别是交流反馈还是直流反馈？4)是负反馈！判断是何种类型的负反馈？1)找出反馈网络（一般是电阻、电容）。

如前所述，ud=ui-uf，电路中引入负反馈。反馈电压：1、电压串联负反馈：-++ui+-R2R1RFRLufuduo反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式作比较，ud=ui-uf，两者串联，故为串联反馈。取自输出电压，故为电压反馈。+++

如前所述，ube=ui-uf，电路中引入负反馈。反馈电压：uf=uo例1：反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式作比较，ube=ui-uf，两者串联，故为串联反馈。UCCRBRERLui+-ubeuouf取自输出电压，故为电压反馈。

净输入电流，id=ii-if，即if消弱了净输入信号，故为负反馈。2、电压并联负反馈：uiiiidifR1R2RLRFuo-++--+++-反馈电流：取自输出电压，故为电压反馈。反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式作比较，if和id“并联”由ii供电，故为并联反馈。电阻RF连接在输入与输出之间，所以RF是反馈元件。2)判断是交流反馈还是直流反馈交、直流分量的信号均可通过RF，所以

RF引入的是交、直流反馈。例2：1)判反馈元件+UCCRCC1RF++––RS+–C2++RLeSuiuo3)判断反馈类型例2：净输入信号：

ii与if并联，以电流形式比较——并联反馈

ii

正半周时，if也是正半周，即两者同相——负反馈

if

正比于输出电压——电压反馈if与

uo反相——并联电压负反馈

+UCCRCC1RF++––RS+–C2++RLeSuiuoiiibif

ib=

ii-if

Ib=

Ii-If

可见

Ib

<

Ii,反馈电流If削弱了净输入电流反馈过程：电压负反馈具有稳定输出电压的作用反馈类型

——并联电压负反馈例2：+UCCRCC1RF++––RS+–C2++RLeSuiuoiiibifUoifibicUo

Ib=

Ii-If

反馈信号ud=ui-uf，故为负反馈，uf=ioR1uf与uo无关，故为电流反馈。3、电流串联负反馈：uiuduoR1R2RL+++---+uf+-++io反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式作比较，ud=ui-uf，两者串联，故为串联反馈。

1)判别反馈元件（一般是电阻、电容）(1)连接在输入与输出之间的元件。(2)为输入回路与输出回路所共有的元件。发射极电阻RE为输入回路与输出回路所共有，所以RE是反馈元件。例3：RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–2)判断是交流反馈还是直流反馈交、直流分量的信号均可通过RE，所以RE引入的是交、直流反馈。

如果有发射极旁路电容，RE中仅有直流分量的信号通过，这时RE引入的则是直流反馈。ＣE例1：例1：3)判断反馈类型净输入信号：

ui

与

uf串联,以电压形式比较——串联反馈

ui正半周时,uf也是正半周,即两者同相——负反馈

uf正比于输出电流——电流反馈——串联电流负反馈+uf–+–RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–ieube

ube

=ui-

uf

uf

=ieRE

Ube

=Ui-

Uf

可见

Ube

<

Ui,反馈电压Uf削弱了净输入电压

icRE结论：反馈过程：电流负反馈具有稳定输出电流的作用反馈类型

——

串联电流负反馈RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–IcUfUbeibIcuf

icRE

+uf–+–ube

Ube

=Ui-

Uf4.电流并联负反馈++++--uiiiidifioiRRuRRL-R2R1RF设ui为正时，反相输入端与输出端的瞬时极性如图所示，差值电流

id=ii-if,故为负反馈。反馈电流：反馈信号if与io成正比，故为电流反馈。反馈信号与输入信号同极即为并联反馈。反馈信号与输入信号不同极即为串联反馈判断串、并联反馈ib=ii–ifibiiifube=ui–uf++–ui–ube+–uf共发射极电路判断电压、电流反馈反馈信号与输出电压uo接在一起为电压反馈反馈信号与输出电压uo不接在一起为电流反馈uoRL+–RLioiE例4：判断图示电路中的负反馈类型。解:

RE2对交流不起作用，引入的是直流反馈；RE1对本级引入串联电流负反馈。RE1、RF对交、直流均起作用，所以引入的是交、直流反馈。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo例4：判断图示电路中的负反馈类型。解:RE1、RF引入越级串联电压负反馈。－+－+

T2集电极的反馈到T1的发射极，提高了E1的交流电位，使Ube1减小，故为负反馈；反馈从T2的集电极引出，是电压反馈；反馈电压引入到T1的发射极，是串联反馈。RB1RC1C1RB2RE1++–RS+–RFRC2CE2C2RE2RL++UCC+–T1T2esuiuo例5：A1A2RRLufuduiuo1uo+++++----+++--R为电压串联负反馈。+-三、负反馈对放大电路性能的影响反馈放大电路的基本方程反馈系数净输入信号开环放大倍数闭环放大倍数反馈电路F–基本放大电路A+1.降低放大倍数负反馈使放大倍数下降。则有：同相，所以

AF是正实数负反馈时，|1+AF|称为反馈深度，其值愈大，负反馈作用愈强，Af也就愈小。射极输出器、不带旁路电容的共射放大电路的电压放大倍数较低就是因为电路中引入了负反馈。2.提高放大倍数的稳定性引入负反馈使放大倍数的稳定性提高。放大倍数下降至1/(1+|AF|)倍，其稳定性提高1+|AF|倍。若|AF|>>1，称为深度负反馈，此时：在深度负反馈的情况下，闭环放大倍数仅与反馈电路的参数有关。例：|A|=300，|F|=0.01。uiubeib++––3.改变输入、输出电阻在同样的

ib下，ui=ube+uf

>ube，所以

rif

提高。1)串联负反馈无负反馈时：有负反馈时：uf+–使电路的输入电阻提高if无负反馈时：有负反馈时：在同样的ube下，ii

=ib+if>ib，所以rif

降低。2)并联负反馈使电路的输入电阻降低iiibube+–电压负反馈具有稳定输出电压的作用，即有恒压输出特性，故输出电阻降低。电流负反馈具有稳定输出电流的作用，即有恒流输出特性，故输出电阻提高。3)电压负反馈使电路的输出电阻降低4)电流负反馈使电路的输出电阻提高3.展宽通频带引入负反馈使电路的通频带宽度增加无负反馈有负反馈BWfBWf|Au|O4.减小波形失真Auiufud加反馈前加反馈后uo大略小略大略小略大负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真，因此只能减小失真，而不能完全消除失真。uoAF小接近正弦波正弦波ui第四节集成运放在信号运算电路中的应用一、理想集成运放及其分析依据1.特点：Auo高:80dB~140dB；rid高:105~1011ro低:几十~几百KCMR高:70dB~130dB理想集成运放的符号：uo++∞u+u–。。

。+UCC–UEE–理想运放：Auo→∞；Ri→∞；Ro→0；KCMR→∞。2.理想运放工作在线性区的分析依据因为uo

=Auo(u+–

u–

)所以(1)差模输入电压约等于0即u+=u–

,称“虚短”(2)输入电流约等于0

即i+=i–0,称“虚断”

电压传输特性

Auo越大，运放的线性范围越小，必须加负反馈才能使其工作于线性区。++∞uou–u+i+i––

u+–u–

uo线性区–Uo(sat)+Uo(sat)O集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、乘法和除法等运算。运算放大器工作在线性区时，通常要引入深度负反馈。所以，它的输出电压和输入电压的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构和参数，而与运算放大器本身的参数关系不大。改变输入电路和反馈电路的结构形式，就可以实现不同的运算。二、基本运算电路1.比例运算电路（1）反相比例运算电路

以后如不加说明，输入、输出的另一端均为地()。

因要求静态时u+、u–对地电阻相同，所以平衡电阻R2=R1//RF动画ifi1i–i+uoRFuiR2R1++––++–电路组成电压放大倍数计算：因虚短,

所以u–=u+=0，称反相输入端“虚地”—反相输入的重要特点因虚断，i+=i–=0，

ifi1i–i+uoRFuiR2R1++––++–所以i1if

电压放大倍数uoRFuiR2R1++––++–－－反馈电路直接从输出端引出—电压反馈输入信号和反馈信号加在同一输入端—并联反馈反馈信号使净输入信号减小—负反馈电压并联负反馈输入电阻低，共模电压0（1）反相比例运算电路⑤电压并联负反馈，输入、输出电阻低，

ri=R1。共模输入电压低。结论：①Auf为负值，即uo与ui

极性相反。因为ui加在反相输入端。②Auf

只与外部电阻R1、RF

有关，与运放本身参数无关。③|Auf

|可大于1，也可等于1或小于1。④因u–=u+=0，所以反相输入端“虚地”。例：电路如下图所示，已知R1=10k，RF=50k。求：1.Auf、R2；2.若R1不变，要求Auf为–10，则RF

、R2应为多少？解：1.Auf=–RF

R1

=–5010=–5R2=

R1

RF

=1050(10+50)=8.3k2.因

Auf

=–RF

/

R1

=–RF

10=–10

故得RF=–Auf

R1=–(–10)10=100k

R2=10100(10+100)=9.1kuoRFuiR2R1++––++–（2）同相比例运算电路因虚断，所以u+=ui

电路组成：电压放大倍数计算：uoRFuiR2R1++––++–因虚短，所以

u–=ui，反相输入端不“虚地”

因要求静态时u+、u对地电阻相同，所以平衡电阻R2=R1//RFu+u–输入电阻高共模电压=ui电压放大倍数电压串联负反馈输入信号和反馈信号分别加两个输入端—串联反馈反馈电路直接从输出端引出—电压反馈因虚短，所以

u–=ui，反相输入端不“虚地”反馈信号使净输入信号减小—负反馈uoRFuiR2R1++––++–动画⑤电压串联负反馈，输入电阻高、输出电阻低，共模输入电压可能较高。结论：①Auf为正值，即uo与ui

极性相同。因为ui加在同相输入端。②Auf只与外部电阻R1、RF有关，与运放本身参数无关。③Auf≥1，不能小于1。④u–=u+

≠0，反相输入端不存在“虚地”现象。当R1=且RF

=0时，uo=ui，Auf=1，称电压跟随器。uoRFuiR2R1++––++–由运放构成的电压跟随器输入电阻高、输出电阻低，其跟随性能比射极输出器更好。uoui++––++–左图是一电压跟随器，电源经两个电阻分压后加在电压跟随器的输入端，当负载RL变化时，其两端电压uo不会随之变化。uo+–++–15kRL15k+15V7.5k例：负载电流的大小与负载无关。例2：负载浮地的电压-电流的转换电路1.能测量较小的电压；2.输入电阻高，对被测电路影响小。流过电流表的电流IGUxR2R1+–++–RLuiR2R1+–++–iLi12.加法运算电路（1）反相加法运算电路因虚短,u–=u+=0

平衡电阻：

R2=Ri1

//Ri2

//RFii2ii1ifui2uoRFui1Ri2Ri1++–R2+–因虚断，i–=0

所以

ii1+ii2=if

动画

平衡电阻：

ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R2+–例：一个测量系统输出电压和某些非电量（经传感器变换为电量）的关系为试设计电路实现此关系。解：电路图如右所示。取则：Ri3（2）同相加法运算电路方法1:根据叠加原理

ui1单独作用(ui2＝0)时，同理，ui2单独作用时ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R1+–动画方法2：平衡电阻：

Ri1//Ri2

=R1

//RFu+思考u+=?也可写出u–和u+的表达式，利用u–=u+的性质求解。ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R1+–1.输入电阻低；2.共模电压低；3.当改变某一路输入电阻时，对其它路无影响；同相加法运算电路的特点：1.输入电阻高；2.共模电压高；3.当改变某一路输入电阻时，对其它路有影响；反相加法运算电路的特点：ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R1+–ui2uoRFui1Ri2Ri1++–R2+–3.减法运算电路由虚断可得：由虚短可得：分析方法1：ui2uoRFui1R3R2++–R1+–++––如果取R1

=R2

，R3

=RF

如R1

=R2

=R3

=RF

R2//R3

=R1

//RF输出与两个输入信号的差值成正比。常用做测量放大电路动画分析方法2：利用叠加原理减法运算电路可看作是反相比例运算电路与同相比例运算电路的叠加。u+ui2uoRFui1R3R2++–R1+–++––4.积分运算电路由虚短及虚断性质可得i1=ifif=?ifi1uoCFuiR2R1++––++–uC+–

当电容CF的初始电压为uC(t0)时，则有动画若输入信号电压为恒定直流量，即ui=Ui

时，则uitO积分饱和线性积分时间线性积分时间–Uo(sat)uotO+Uo(sat)ui=Ui>0

ui=–Ui<0

采用集成运算放大器组成的积分电路，由于充电电流基本上是恒定的，故uo是时间t的一次函数，从而提高了它的线性度。输出电压随时间线性变化Ui–Ui

将比例运算和积分运算结合在一起，就组成比例-积分运算电路。uoCFuiR2R1++––++–RFifi1电路的输出电压上式表明：输出电压是对输入电压的比例-积分这种运算器又称PI调节器,常用于控制系统中,以保证自控系统的稳定性和控制精度。改变RF和CF，可调整比例系数和积分时间常数,以满足控制系统的要求。5.微分运算电路ifi1由虚短及虚断性质可得i1=ifuoC1uiR2RF++––++–uitOuotOUi–Ui动画比例-微分运算电路上式表明：输出电压是对输入电压的比例-微分控制系统中，PD调节器在调节过程中起加速作用，即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。—PD调节器uoC1uiR2RF++––++–R1ifiRiC例：电路如图所示，ui1=5mV，ui2=-5mV，ui3=6mV，ui4=-12mV，求输出电压uo的值。+-++-+ui2uouo1R24KRf124KR2.2KR612Kui1R16K+-+ui3ui4R36KR46KR56KRf36KR86KR712Kuo2Rf24KR4K，A3A1A2例：在分析多级运放时，因为理想运放输出电阻为零，因此每级输出电压不考虑负载的影响，可单独分析。（1）A1实现反相加法运算：解：（2）A2实现同相加法运算：且（3）A3实现减法运算：例：求图示电路中ui与uo的关系表达式，当ui为下图所示输入信号时，画出输出信号uo的波形并标出幅值。+-++-+uiuouo110K50KRPRP,50K1uFuiuo(mS)1V-1V10203040uiuo(mS)1V-1V10203040解：第一级为反相比例第二级为积分ui为阶跃电压一、电压比较器电压比较器的功能：电压比较器用来比较输入信号与参考电压的大小。当两者幅度相等时输出电压产生跃变，由高电平变成低电平，或者由低电平变成高电平。由此来判断输入信号的大小和极性。用途：数模转换、数字仪表、自动控制和自动检测等技术领域，以及波形产生及变换等场合。

运放工作在开环状态或引入正反馈。第五节集成运放在信号处理电路中的应用理想运放工作在饱和区的特点：1.输出只有两种可能+Uo

(sat)

或–Uo(sat)

当u+>u－

时，uo=+Uo

(sat)

u+<u－

时，uo=–

Uo(sat)

不存在“虚短”现象

2.i+=i－0仍存在“虚断”现象电压传输特性uo

u+–u–

–Uo(sat)+Uo(sat)饱和区O电压传输特性–Uo(sat)+Uo(sat)运放处于开环状态1.基本电压比较器阈值电压(门限电平)：输出跃变所对应的输入电压。uiuoOURURuouiR2++–R1+–++––当u+>u–

时，uo=+Uo

(sat)

u+<u–

时，uo=–Uo

(sat)

即ui<UR时，uo=+Uo

(sat)

ui

>UR

时，uo=–

Uo

(sat)可见，在ui=UR处输出电压uo发生跃变。参考电压动画uitOUROuot+Uo

(sat)–Uo

(sat)t1t2单限电压比较器：

当ui

单方向变化时，uo

只变化一次。URuouiR2++–R1+–++––电压传输特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURui>UR，uo=+Uo

(sat)ui

<UR，uo=–Uo

(sat)URuouiR2++–R1+–++––uiuoURR2++–R1+–++––

–Uo(sat)

+Uo(sat)uiuoOUR输入信号接在反相端输入信号接在同相端电压传输特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURURuouiR2++–R1+–++––uiuoURR2++–R1+–++––Ot+Uo(sat)–Uo(sat)uo输入信号接在反相端输入信号接在同相端uitOUROuot+Uo

(sat)–Uo

(sat)t1t2输出带限幅的电压比较器设稳压管的稳定电压为UZ，忽略稳压管的正向导通压降则ui

<

UR，uo

=UZ

ui>UR，uo=–UZUZ–UZuo'RDZURuouiR2++–R1+–++––电压传输特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOURui<UR时，uo'

=+Uo

(sat)

ui

>UR

时，uo'

=–

Uo

(sat)

过零电压比较器利用电压比较器将正弦波变为方波URuouiR2++–R1+–++––电压传输特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOUR=0tuiOtuo+Uo(sat)–Uo(sat)O二、有源滤波器滤波器是一种选频电路。它能选出有用的信号，而抑制无用的信号，使一定频率范围内的信号能顺利通过，衰减很小，而在此频率范围以外的信号不易通过，衰减很大。无源滤波器：由电阻、电容和电感组成的滤波器。有源滤波器：含有运算放大器的滤波器。缺点：低频时体积大，很难做到小型化。优点：体积小、效率高、频率特性好。

按频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通和带阻等。1.有源低通滤波器uiuoRFuCCR++–R1+–++––设输入为正弦波信号,则有故：若频率为变量，则电路的传递函数其模为幅频特性0|Auf0||T(j)|O当

>0时，|T(j)|衰减很快显然，电路能使低于0的信号顺利通过，衰减很小，而使高于0的信号不易通过，衰减很大，称一阶有源低通滤波器。为了改善滤波效果，使>

0时信号衰减得更快些，常将两节RC滤波环节串接起来，组成二阶有源低通滤波器。uoRFCR++–R1+–ui+–RC一阶二阶幅频特性0|Auf0||T(j)|O2.有源高通滤波器uiuoRFCR++–R1+–+–设输入为正弦波信号，则有故：称截止角频率可见，电路使频率大于0的信号通过，而小于0的信号被阻止，称为有源高通滤波器。若频率为变量，则电路的传递函数其模为幅频特性0|Auf0||T(j)|O模拟开关模拟输入信号1.电路三、采样-保持电路SuC+–ui+–uo+–++–

采样保持电路，多用于模-数转换电路（A/D）之前。由于A/D转换需要一定的时间，所以在进行A/D转换前必须对模拟量进行瞬间采样，并把采样值保存一段时间，以满足A/D转换电路的需要。用于数字电路、计算机控制及程序控制等装置中。采样存储电容控制信号电压跟随器2.工作原理16.3.2采样保持电路1.电路采样阶段：

uG为高电平，S闭合(场效应管导通)，

ui对存储电容C充电，uo=uC

=ui。保持阶段：

uG为0，S断开(场效应管截止)，输出保持该阶段开始瞬间的值不变。采样脉冲uitouGto采样速度愈高，愈接近模拟信号的变化情况。SuC+–ui+–uo+–++–第六节集成运放在信号发生电路中的应用波形发生器的作用：产生一定频率、幅值的波形（如正弦波、方波、三角波、锯齿波等）。特点：不用外接输入信号，即有输出信号。正弦波信号发生器又称正弦波振荡器，用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。它的频率范围很广，可以从一赫以下到几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦；输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的。LC振荡电路:输出功率大、频率高。RC振荡电路:输出功率小、频率低。石英晶体振荡电路：频率稳定度高。

应用：无线电通讯、广播电视，工业上的高频感应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体接近开关等。一、正弦波信号发生器1Su1.自激振荡的条件定义：放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定频率和幅值的交流信号的现象。开关合在“1”为无反馈放大电路。21Su开关合在“2”为有反馈放大电路，开关合在“2”时,，去掉ui

仍有稳定的输出。反馈信号代替了放大电路的输入信号。自激振荡状态2(1)幅度条件：(2)相位条件：n是整数

相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；

幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，还必须有足够的反馈量(可以通过调整放大倍数A或反馈系数F达到)。自激振荡的条件起振及稳幅振荡的过程：设：Uo

是振荡电路输出电压的幅度，B是要求达到的输出电压幅度。起振时Uo

0，达到稳定振荡时Uo

=B。起振过程中Uo

<B，要求AuF

>

1，稳定振荡时Uo

=B，要求AuF

=

1，从AuF

>

1到AuF

=

1，就是自激振荡建立的过程。可使输出电压的幅度不断增大。使输出电压的幅度得以稳定。起始信号的产生：在电源接通时，会在电路中激起一个微小的扰动信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。正弦波振荡电路的组成：(1)放大电路:放大信号(2)反馈网络:必须是正反馈，反馈信号即是

放大电路的输入信号(3)选频网络:保证输出为单一频率的正弦波

即使电路只在某一特定频率下满

足自激振荡条件(4)稳幅环节:使电路能从AuF

>1，过渡到

AuF

=1，从而达到稳幅振荡。RC选频网络正反馈网络同相比例电路放大信号用正反馈信号uf作为输入信号选出单一频率的信号2.RC正弦波振荡器uf–+R++∞RFR1CRC–uO–+RC串并联选频网络的选频特性传输系数：。。RCRC。+–+–。式中

：

分析上式可知：仅当=o时，达最大值，且u2与u1同相，即网络具有选频特性，fo决定于RC。u1u2u2与u1波形相频特性（f）fo幅频特性ffo13工作原理：输出电压uo经正反馈（兼选频）网络分压后，取uf

作为同相比例电路的输入信号ui。(1)起振过程(2)稳定振荡

A

=

0，仅在f

0处F=

0满足相位平衡条件，所以振荡频率f

0=12RC。改变R、C可改变振荡频率RC振荡电路的振荡频率一般在200KHz以下。(3)振荡频率

振荡频率由相位平衡条件决定。振荡频率的调整++∞RFRCC–uO–+SSR1R2R3R3R2R1改变开关S的位置可改变选频网络的电阻，实现频率粗调；改变电容C的大小可实现频率的细调。振荡频率（4）起振及稳定振荡的条件稳定振荡条件AuF

=1，|F|=1/3，则起振条件AuF

>1，因为|F|=1/3，则考虑到起振条件AuF

>1,一般应选取RF

略大2R1。如果这个比值取得过大，会引起振荡波形严重失真。由运放构成的RC串并联正弦波振荡电路不是靠运放内部的晶体管进入非线性区稳幅，而是通过在外部引入负反馈来达到稳幅的目的。带稳幅环节的电路(1)热敏电阻具有负温度系数，利用它的非线性可以自动稳幅。在起振时，由于uO

很小，流过RF的电流也很小，于是发热少，阻值高，使RF>2R1；即AuF>1。随着振荡幅度的不断加强，uO增大，流过RF

的电流也增大，RF受热而降低其阻值，使得Au下降，直到RF=2R1时，稳定于