电子技术基础刘继承第2章课件

第2章集成运算放大电路第1节集成运算放大器结构特点和理想运算放大器第2节集成运算放大器的三种输入组态第3节运算放大器的线性应用

第4节集成运算放大器在算术运算电路应用中需注意的问题

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第2章集成运算放大器开始作？业

本章主要介绍集成运算放大器的构成特点、伏安特性和主要参数，分析基本运算电路的工作原理、分析方法和性能指标以及集成运算放大器的一些典型的线性应用。

集成电路是20世纪60年代初期发展起来的一种半导体器件。常见的集成电路的外形有：双列直插式、圆壳式河扁平式，如图：主菜单回退前进最后返回作？业退出开始

第2章集成运算放大器

集成运算放大器中的单元电路包括输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分构成。2.1.1集成运算放大器结构特点•输入级：差分放大器；•中间级：电压放大器；•输出级：功率放大器；•偏置电路：采用恒流源电路。退出作？业主菜单开始回退前进最后返回

电路结构方框图如图2.1.1（a）；作？业退出主菜单开始回退前进最后返回2.1.1集成运算放大器结构特点集成运算放大器电路符号如图2.1.1(b)。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回2.1.1集成运算放大器结构特点③受集成电路体积的限制，电容和电感难于被集成，因此内部采用直接耦合。电容和电感必须用时大都采用外接的办法。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回2.1.1集成运算放大器结构特点④由于集成运放具有很高的开环放大倍数，线性应用时需要加入深度负反馈，构成一个闭环放大电路。图2.1.2（a）为集成运算放大器的基本电路，+U和-U为直流电源，u1和u2是输入信号，uO是输出信号。由于通常只关心电路的功能，所以直流电源通常并不画出如图（b）所示。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回2.1.1集成运算放大器结构特点作？业退出主菜单开始回退前进最后返回2.1.1集成运算放大器结构特点作？业退出主菜单开始回退前进最后返回2.1.1集成运算放大器结构特点图2.1.3集成运算放大器小信号模型上图中，ui=u1-u2称为差模输入，uO与（u1-u2)的比值称为差模放大倍数，记作：Aud。即：信号：u1=u2称为共模信号；u1=-u2称为差模信号。一般情况，任意两个信号u1和u2可以写成共模分量uiC和差模分量uid的叠加。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回2.1集成运算放大器结构特点Aud=uo______u1-u2共模分量uiC=差模分量uid=作？业退出主菜单开始回退前进最后返回2.1.1集成运算放大器结构特点______u1+u22u1-u22______即：u1=uiC+uid;u2=uiC–uid表2.1.1集成运算放大器指标分类作？业退出主菜单开始回退前进最后返回2.1.2集成运算放大器的主要性能指标指标分类指标名称直流指标输入失调电压UIO、输入失调电流IIO、输入偏置电流II输入失调电压温漂△UIO/△T、输入失调电流温漂△IIO/△T小信号指标开环电压放大倍数Auo、差模输入电阻rid、输出电阻ro共模抑制比KCMR-3dB带宽fH、单位增益带宽fC大信号指标最大输出电压Uopp、最大输出电流Iomax最大差模输入电压Uid(max)、最大共模输入电压UiC(max)转换速率SR作？业退出主菜单开始回退前进最后返回主要性能指标的图示IBN+IBPIIB=______22.1.2集成运算放大器的主要性能指标作？业退出主菜单开始回退前进最后返回主要性能指标的图示2.1.2集成运算放大器的主要性能指标作？业退出主菜单开始回退前进最后返回2.1.3理想运算放大器由此可得理想运放等效模型，如图2.1.8作？业退出主菜单开始回退前进最后返回2.1.3理想运算放大器由理想运放的理想参数，可得理想运放的两个理想化条件：因为：Auo=∞，所以：U+=U－，称为“虚短”；因为：rid=∞，所以：i+=i－，称为“虚断”。以上两个理想化条件，又称作“强制零输入”，是分析运算放大器线性应用的理论依据。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回2.1.3理想运算放大器我们可以通过动画演示理解一下理想运算放大器的工作特性。理想运算放大器的工作特性作？业退出主菜单开始回退前进最后返回我们可以通过动画演示理解一下反相比例电路。反相比例电路

2.2.1反相输入组态

2.2.1反相输入组态图2.2.1反相输入比例运算电路作？业退出主菜单开始回退前进最后返回反馈电阻平衡电阻输入回路电阻RP=R1//RF作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.2.1反相输入组态根据“虚短”和“虚断”两个理想化条件,由图2.2.1可得：式中：-RF／R1为比例系数;或称电压放大倍数Auf。图2.2.2为电压传输特性。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.2.1反相输入组态作？业退出主菜单开始回退前进最后返回我们可以通过动画演示理解一下同相比例电路。同相比例电路

2.2.2同相输入组态作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.2.2同相输入组态图2.2.4同相输入比例运算电路作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.2.2同相输入组态根据“虚短”和“虚断”两个理想化条件,由图2.2.4可得：式中：(1+RF／R1)为比例系数;或称电压放大倍数Auf。图2.2.7为电压传输特性。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.2.2同相输入组态当比例系数（1+RF／R1）中，RF=0或R1=∞时，即RF／R1=0时,uo=ui；电路称为电压跟随器。如图2.2.5所示。同相输入与反相输入组态相比较电路特点有：①同相输入比反相输入组态输入电阻大；对放大有利。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.2.2同相输入组态②同相输入比反相输入组态共模分量也大；对放大不利。

③同相输入组态，输出与输入信号符号相同；反相输入组态，输出与输入信号符号相反。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.2.2同相输入组态例2.2.2理想集成运算放大器构成图2.2.8所示电路，若R1=R2=100kΩ，R3=50kΩ,R4=200kΩ。(1)写出uo与ui的表达式；(2)求出平衡电阻Rp1和Rp2的值。例2.2.3同相输入比例放大器如下图，已知R1=R3=10kΩ，R2=R4=100kΩ;试求:输出电压uo=?作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.2.2同相输入组态解：作？业退出主菜单开始回退前进最后返回我们可以通过动画演示理解一下差分比例电路。差分比例电路

2.2.3差分输入组态作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.2.3差分输入组态当两个信号分别从两个输入端输入时，构成差分输入组态，如图2.2.9所示。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.2.3差分输入组态分析差分输入电路时，可利用线性电路叠加原理，分别求出反相输入和同相输入时输出电压，然后进行叠加即可求出结果。在图2.2.9电路中ui1作用时(ui2=0):ui2作用时(ui1=0):ui1与ui2共同作用：作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.2.3差分输入组态为了保证集成运算放大器两个输入端对地的电阻平衡，同时为了避免降低共模抑制比，在图2.2.9电路中通常要求：代入上式得：作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.2.3差分输入组态图2.2.10是一个性能比较优越的差分放大电路，常用于仪表放大器。

2.3集成运算放大器的应用举例集成运算放大器应用十分广泛，可分为线性应用和非线性应用两类。本节主要介绍运算放大器在信号运算方面的应用，属于线性应用的范畴。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回在此再次强调，线性应用的分析特点：“虚短”和“虚断”，是分析信号运算电路的理论依据。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.1加法和减法运算电路1.反相求和电路我们可以通过动画演示理解一下反相求和电路。反相求和电路作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.1加法和减法运算电路图2.3.1所示电路为反相求和电路。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.1加法和减法运算电路

当R1=R2=R3=RF时：平衡电阻：在上式中作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.1加法和减法运算电路2.同相求和电路我们可以通过动画演示理解一下同相求和电路。同相求和电路作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.1加法和减法运算电路图2.3.2所示电路为反相求和电路。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.1加法和减法运算电路在上式中RP=R1//R2//R3//R4为同相输入端对地总电阻。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.1加法和减法运算电路且：考虑到直流电阻平衡条件：RP=RN且将反相电阻RN=R0//RF，代入上式:作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.1加法和减法运算电路当R1=R2=R3=RF时，有注意：上式成立必须满足RN=RP。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.1加法和减法运算电路3.加、减混合运算电路图2.3.3所示电路为加、减混合电路。考虑到运放共模抑制比的要求，电路应满足平衡条件RP=RN，即：作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.1加法和减法运算电路依据线性电路叠加原理，考虑到同相输入和反相输入公式，可得作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.1加法和减法运算电路例2.3.1试用一只集成运算放大器和若干电阻设计一个电路能进行如下运算：限定所用最大电阻的阻值为120kΩ。解：该算式是加减混合运算，uI1和uI3为正向求和，可采用同相输入；uI2和uI4为反向求和，可采用反相输入。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.1加法和减法运算电路若各电阻编号与输入电压编号相同，则可画出设计电路，如图2.3.4。根据式（2.3.5）有：作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.1加法和减法运算电路根据题意有：其中RF的阻值最大，即由电阻平衡公式可得：作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.2积分电路和微分电路我们可以通过动画演示理解一下反相积分微分电路。反相积分微分电路作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.2积分电路和微分电路

1.积分电路把反相输入方式电路中的反馈电阻改用电容C取代，即可构成基本积分电路，如图2.3.8(a)所示。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.2积分电路和微分电路当运放工作于线性放大状态时，电路满足：U+=U-，I+=I-=0的条件，所以

设初始条件为uO(0)=0,于是运放的输出电压uO将与输入电压ui成积分关系。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.2积分电路和微分电路图2.3.10为反相积分电路的阶跃响应。

RC>>tp意味着充放电时间很慢，电容充电未结束，输入便翻转，运放始终工作在线性区。积分电路可以很方便地将矩形波转换为三角波。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.2积分电路和微分电路

2.微分电路如果将图2.3.8(a)所示的基本积分运算电路中元件R和C的位置互易，使可构成基本微分运算电路，如图2.3.12所示。作？业退出主菜单开始回退前进最后返回

2.3.2积分电路和微分电路

2.微分电路作？业退出主菜单开始回退前