电工学2第7讲：集成运放-比例-加法运算电路教材

1.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。2.理解用集成运放组成的比例、加减、微分和积分运算电路的工作原理。3.理解电压比较器的工作原理和应用。本章要求第16章集成运算放大器各类型号集成运算放大器16.1

集成运算放大器的简单介绍

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。集成运放的符号：uo++Auou+u–。。

。+UCC–UEE–

16.1.1集成运算放大器的特点特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸Auo高:80dB~140dBrid高:105~1011

ro低:几十

~几百

KCMR高:70dB~130dB集成运算放大器的管脚和符号反相输入端同相输入端信号传输方向输出端实际运算放大器开环电压放大倍数(a)(b)(a)符号;(b)引脚+UCC–UEEuou–u+16.1.2电路的简单说明输入级中间级输出级同相输入端输出端反相输入端

输入级：输入电阻高，能减小零漂和抑制干扰信号，采用带恒流源差放

。

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：接负载，要求输出电阻低，带载能力强，一般由射随器构成。16.1.3主要参数(P93～94，了解，自学)16.1.4理想运算放大器及其分析依据1.理想运算放大器Auo

，rid

，ro0，KCMR

2.电压传输特性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uo++

u+u–+UCC–UEE–

u+<u–

时，饱和区，

uo=–Uo(sat)

O

u+>u–

时，饱和区，

uo=Uo(sat)

3.理想运放工作在线性区的特点∵

uo

=Auo(u+–

u–

)∴(u+–u–)=uo/Auo

≈0电压传输特性++∞uou–u+i+i––

u+–u–

uo线性区–Uo(sat)+Uo(sat)OAuo≈

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:∵(u+–u–)=irid∴i=(u+–u–)/rid0

即i+=i–0,称“虚断”

注意：以上“两虚”是以后分析的依据！！16.2

运放在信号运算方面的运用（重点）

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、积分等运算。

讲授：先介绍基本概念，再集中举例16.2.1比例运算1.

反相比例运算（1）电路组成

（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+uoRFuiR2R1++––++

–

所以i1

if

平衡电阻R2=R1//RF以后如不加说明，输入、输出的另一端均为地()。U-=0U-=0

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1：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)=8.3k

2.因

Auf

=–RF

/

R1

=–RF

10=–10

故得RF=–Auf

R1=–(–10)

10=100k

R2=10100(10+100)=9.1k

uoRFuiR2R1++––++

–

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uoRFuiR2R1++––++

–

因虚短,所以

u–=u+=ui反相输入端不“虚地”

u+u–平衡电阻R2=R1//RF切记！

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++––++

–

uoui++––++

–

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。uo+–++

–

15k

RL15k

+15V7.5k

例2:求uo解：uo=u-=u+=7.5V

显见，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（i-=0虚断），所以可作恒压源例

4在图示电路中，已知R1=100kΩ，Rf=200kΩ，R2=100kΩ，R3=200kΩ，ui=1V，求输出电压uo。P123第7题例

5在图示电路中，已知R1=100kΩ，Rf=200kΩ，ui=1V，求输出电压uo，并说明输入级的作用。16.2.2加法运算电路

1.反相加法电路ii2ii1ifui2uoRFui1Ri2Ri1++

–

R2+–利用叠加原理当ui1单独作用时（ui2接地）：反向比例：

当ui2单独作用时（ui1接地）：也是反向比例：平衡电阻：

R2=Ri1

//Ri2

//RF

注意：运放组成的线性电路均可使用叠加原理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；反相加法运算电路的特点：ui2uoRFui1Ri2Ri1++

–

R2+–另有同相加法运算（习题16.2.10），书本未介绍，但运用现有知识，相信同学们完全有能力进行分析计算！！例1：求图示电路中uo与ui1、ui2的关系。解：电路由第一级的反相器和第二级的加法运算电路级联而成。例2：求图示电路中uo与ui1、ui2的关系。解：电路由第一级的同相比例运算电路和第二级的减法运算电路级联而成。P125第14题课堂小结1、掌握理想运放及虚短、虚断基本概念2、掌握比例运算电路结构及分析计算方法3、掌握加法运算电路结构及分析计算方法作业：

P123~4习题16.2.6~7;16.2.11~13不必交，只在下面自己练习:

P120~121选择题16.2.1;16.2.4~5P100思考题16.1.1，16.1.3;P108思考题：16.2.1P87选择题答案:15.6.1（1）；15.7.1（2）16.2.3减法运算电路ui2uoRFui1R3R2++

–

R1+–++––常用做测量放大电路