2023学年完整公开课版运算放大器

集成运算放大器1.了解集成运放的基本组成及主要参数的意义；2.理解运算放大器的电压传输特性，理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法；3.掌握用集成运放组成的比例、加减电路的工作

原理和运算关系，4.掌握电压比较器的工作原理和应用。本章要求一、概述二、理想运放及其基本分析方法。三、运算放大器在信号运算方面的运用四、运算放大器在信号处理方面的应用五、运算放大器在波形产生方面的应用

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、概述——集成运算放大器是什么？一、概述——集成运放的基本组成两个输入端一个输出端

若将集成运放看成为一个“黑盒子”，则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。输入级

中间级

输出级偏置电路集成运放电路四个组成部分的作用输入级：前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，Ad大，

Ac小，输入端耐压高。中间级：主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。输出级：功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最大不失真输出电压尽可能大。偏置电路：为各级放大电路设置合适的静态工作点。采用电流源电路。输入级

中间级

输出级偏置电路一、概述——集成运放的基本组成一、概述——集成运放的符号和电压传输特性集成运算放大器的管脚和符号反相输入端同相输入端+UCC–UEEuo+–+u–u++–+Auo信号传输方向输出端实际运放开环电压放大倍数(a)(b)(a)符号;(b)引脚765F0071234U-U+-UCC+UCC输出一、概述——集成运放的符号和电压传输特性

由于Auo高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压(u+－u-)的数值仅为几十～一百多微伏。在线性区：uO＝Auo(u+－u-)

Auo是开环差模放大倍数。(u+－u-)的数值大于一定值时，集成运放的输出不是＋UOM

,

就是－UOM，即集成运放工作在非线性区。(u+－u-)一、概述——集成运放的符号和电压传输特性同相输入端反相输入端输出一、概述——集成运放的主要参数及特点1.开环电压放大倍数2.开环输入电阻3.开环输出电阻4.共模抑制比二、理想运放及其基本分析方法。1.开环电压放大倍数2.开环输入电阻3.开环输出电阻4.共模抑制比

由于实际运算放大器的技术指标接近理想化条件，用理想运算放大器分析电路可使问题大大简化,为此,后面对运算放大器的分析都是按其理想化条件进行的。1、理想运算放大器及其分析依据

在分析运算放大器的电路时，一般将它看成是理想的运算放大器。理想化的主要条件：线性区：uo=Auo(u+–u–)非线性区：u+>u–时，uo=+Uo(sat)u+<u–时，uo=–Uo(sat)

uo++u+u––2.电压传输特性uo=f(ui)+Uo(sat)

u+–u–uo–Uo(sat)线性区理想特性实际特性饱和区O理想运算放大器图形符号二、理想运放及其基本分析方法。二、理想运放及其基本分析方法。3.理想运放工作在线性区的特点因为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二、理想运放及其基本分析方法。4.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)(2)i+=i–0,仍存在“虚断”现象电压传输特性当u+>u–时，uo=+Uo(sat)

u+<u–时，uo=–Uo(sat)

不存在“虚短”现象

u+–u–uo–Uo(sat)+Uo(sat)O饱和区uo++u+u––三、运算放大器在信号运算方面的运用

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。三、运算放大器在信号运算方面的运用学习这一部分内容时的基本思路：1、明确电路的负反馈类型。2、熟练使用参考方向、电路基本定律及定理、方法3、熟练运用虚短虚断比例运算1.反相比例运算(1)电路组成

以后如不加说明，输入、输出的另一端均为地()。(2)电压放大倍数因虚短,

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+所以i1if

因要求静态时u+、u–

对地电阻相同，所以平衡电阻R2=R1//RFuoRFuiR2R1++––++–

结论：(1)Auf为负值，即uo与ui极性相反。因为ui加在反相输入端。(2)Auf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”。2.同相比例运算因虚断，所以u+=ui

(1)电路组成(2)电压放大倍数因虚短，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//RFuoRFuiR2R1++––++–u+u–

结论：(1)Auf为正值，即uo与ui极性相同。因为ui加在同相输入端。(2)Auf只与外部电阻R1、RF有关，与运放本身参数无关。(3)Auf≥1，不能小于1。(4)u–=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：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//RFii2ii1ifuoui2RFui1Ri2Ri1++–R2+–因虚断，i–=0

所以

ii1+ii2=if

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+–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+–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=