1、1第第 9 9 章章 集成运算放大器集成运算放大器9 9.1.1 概述概述9 9.2.2 集成运放的组成集成运放的组成9 9.3.3 集成运算放大电路的主要参数集成运算放大电路的主要参数9 9.4.4 集成运算放大电路的应用集成运算放大电路的应用 重要知识点重要知识点 本章小结本章小结2本章要点本章要点1.1.集成运算放大器概述。集成运算放大器概述。2.2.差分式放大电路。差分式放大电路。3.3.集成运算放大器的主要参数。集成运算放大器的主要参数。4.4.集成运算放大器的应用。集成运算放大器的应用。本章重点难点本章重点难点1.1.集成运算放大器的特点及主要参数。集成运算放大器的特点及主要参数。
2、2.2.集成运算放大器的基本应用。集成运算放大器的基本应用。9.1 9.1 概述概述31 1集成集成电路的概念及分类电路的概念及分类（1 1）概念：将分立元件组成的完整电路，制作在）概念：将分立元件组成的完整电路，制作在同一块硅片上而形成集成电路。同一块硅片上而形成集成电路。（2 2）分类：分类：按功能按功能可可分分为为模拟模拟集成电路和集成电路和数字数字集成电路等集成电路等。按规模可分为按规模可分为小小规模、规模、中中规模、规模、大大规模和规模和超大超大规规模模等。等。模拟集成电路模拟集成电路可分为可分为集成集成运算放大运算放大电路、集成电路、集成功功率放大率放大电路、集成电路、集成稳压稳压
3、电源电路等电源电路等。返回返回42 2集成集成电路的特点电路的特点 （1 1）级间采用）级间采用直接耦合直接耦合方式。由于硅片上不能方式。由于硅片上不能制作大容量的电容，所以集成运放的内部电路结构只制作大容量的电容，所以集成运放的内部电路结构只能采用直接耦合方式。在需要大容量电容和高阻值电能采用直接耦合方式。在需要大容量电容和高阻值电阻的场合，常采用外接法。阻的场合，常采用外接法。（2 2）需要）需要抑制零点漂移抑制零点漂移。直接耦合电路容易产。直接耦合电路容易产生零点漂移，为了克服零点漂移，常采用补偿手段。生零点漂移，为了克服零点漂移，常采用补偿手段。典型的补偿型电路是差分放大电路，它是利用
4、两个晶典型的补偿型电路是差分放大电路，它是利用两个晶体管参数的对称性来抑制零点漂移的。体管参数的对称性来抑制零点漂移的。返回返回5（3 3）用）用有源器件有源器件代替无源器件。在硅片上代替无源器件。在硅片上制作电阻，电阻值的精度不易控制，误差可制作电阻，电阻值的精度不易控制，误差可达达10%10%20%20%，因此在集成电路中，高阻值的，因此在集成电路中，高阻值的电阻多用三极管、场效应管等有源器件组成电阻多用三极管、场效应管等有源器件组成的恒流源电路来代替。的恒流源电路来代替。（4 4）采用）采用复合结构复合结构的电路。集成电路内部的电路。集成电路内部放大器所用的三极管通常采用复合管来改进放大
5、器所用的三极管通常采用复合管来改进单管的性能。单管的性能。返回返回运运算算放放大大器器外外形形图图69.2 9.2 集成运放的组成集成运放的组成71 1集成运放的组成集成运放的组成 集成运算放大器是一种高电压增益，高输入电集成运算放大器是一种高电压增益，高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。两个输入端，一个输出端。其内部电路一般是两个输入端，一个输出端。其内部电路一般是由由输入级输入级、中间级中间级、输出级输出级和和偏置电路偏置电路4 4部分组成。部分组成。图图9-1 9-1 集成运放电路结构方框图集成运放电路结构方框图返回返回82 2各部分的作用
6、各部分的作用 （1 1）输入级输入级。输入级采用差分放大电路，。输入级采用差分放大电路，以提高输入电阻、减小零点漂移和抑制干扰信号。以提高输入电阻、减小零点漂移和抑制干扰信号。（2 2）中间级中间级。中间级主要进行电压放大，一。中间级主要进行电压放大，一般由共发射极放大电路构成。集电极电阻常采用晶般由共发射极放大电路构成。集电极电阻常采用晶体管恒流源代替，以提高电压放大倍数。体管恒流源代替，以提高电压放大倍数。（3 3）输出级输出级。输出级采用互补对称功放电。输出级采用互补对称功放电路或射极输出器，以便输出足够大的电流和功率，路或射极输出器，以便输出足够大的电流和功率，并降低输出电阻，提高带负
7、载能力。并降低输出电阻，提高带负载能力。返回返回2 2各部分的作用各部分的作用9 （4 4）偏置电路偏置电路。偏置电路用于设置集成运。偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。放各级放大电路的静态工作点。与分立元件不同，集成运放多采用恒流源与分立元件不同，集成运放多采用恒流源电路为以上电路为以上3 3部分电路提供稳定和合适的静态工作点。部分电路提供稳定和合适的静态工作点。返回返回10返回返回典型集成运放典型集成运放F007的电路原理图如图的电路原理图如图9-2所示。所示。图图9-29-2 F007 F007电路原理图电路原理图 典型集成运放典型集成运放F007F007的外形封装的外形封
8、装11 图图9-3 F007集成运放外形及引脚图集成运放外形及引脚图集成运放集成运放F007F007的外形封装常见的为圆壳式，共有的外形封装常见的为圆壳式，共有8 8个脚，其中引脚个脚，其中引脚2 2、3 3分别为反相和同相输入端，分别为反相和同相输入端，6 6为为输出端，输出端，7 7、4 4分别接正、负直流电源，分别接正、负直流电源，1 1、5 5两端之间两端之间接调零电位器。接调零电位器。3 3集成运放的电路符号集成运放的电路符号12集成运放的电路符号如图集成运放的电路符号如图9-4所示所示。uN为为反相输入反相输入端，端，即该端输入信号变化的极性与即该端输入信号变化的极性与输出端相同，
9、用符号输出端相同，用符号+表示；表示；uP为为同相输入同相输入端，端，即该端输入信号变化的极性与即该端输入信号变化的极性与输出端相反，用符号输出端相反，用符号“-”表示。表示。uO为为输出输出端。端。(a)(a)我国常用符号我国常用符号 （b b）国外常用符号）国外常用符号图图9-4 9-4 集成运放的符号集成运放的符号9.2.1 9.2.1 恒流源电路恒流源电路131镜像恒流源镜像恒流源IREF ：基准电流。：基准电流。特点：特点：T1的的T2的参数完全相同。的参数完全相同。返回返回图9-5 镜像恒流源 RVRUVIICCBECCREFC2当管子的当管子的值较大时，基极电流可以忽略值较大时，
10、基极电流可以忽略 所以有所以有 分析分析：R和和VCC确定后，基准电流确定后，基准电流IREF就确定了，就确定了，IC2也随之确定了。由于也随之确定了。由于IC2IREF，我们把，我们把IC2看作是看作是IREF的镜像的镜像，所以称为，所以称为镜像电流源镜像电流源。14镜像恒流源优缺点：镜像恒流源优缺点：优点优点：结构简单，而且具有一定的温度补偿作用。：结构简单，而且具有一定的温度补偿作用。缺点：缺点：受电源的影响大，难于做成小电流的电流源，受电源的影响大，难于做成小电流的电流源，电流源的输出电阻还不够大，电流源的输出电阻还不够大，IC2与与IREF近似相等，近似相等，精度不高。精度不高。2微
11、电流源微电流源为了得到微安数量级的输出电流，而又不使限流电为了得到微安数量级的输出电流，而又不使限流电阻过大，可采用在镜像电流源电路中的阻过大，可采用在镜像电流源电路中的T2发射极串发射极串入一电阻入一电阻Re2，这种电路称为，这种电路称为微电流源微电流源。返回返回2 2微电流源微电流源15微电流源微电流源 因为因为 UBE1 UBE2=UBE=IE2Re2 e2BEE2C2RUII 所以所以分析分析：利用两管基利用两管基射极电压差射极电压差 UBE可以控制输出电流可以控制输出电流IC2，由于，由于 UBE的数的数值很小，用阻值不大的值很小，用阻值不大的Re2就可获得微就可获得微小的工作电流，
12、故称为小的工作电流，故称为微电流源微电流源 特点：特点：T1对对T2有温度补偿作用，温度稳定性较好。有温度补偿作用，温度稳定性较好。9.2.29.2.2差分式放大电路差分式放大电路16零点漂移零点漂移（1）概念概念：所谓零点漂移，指的是当无信号输入：所谓零点漂移，指的是当无信号输入时，由于工作点不稳定被逐级放大，在输出端出时，由于工作点不稳定被逐级放大，在输出端出现静态电位缓慢不规则地变化的现象。现静态电位缓慢不规则地变化的现象。（2）产生原因产生原因：产生零点漂移的原因有很多，如：产生零点漂移的原因有很多，如电源电压的波动、元件参数随温度的变化、元器电源电压的波动、元件参数随温度的变化、元器
13、件的老化等。件的老化等。（3）抑制抑制措施措施：集成运放的输入级常采用差分放集成运放的输入级常采用差分放大电路来有效地抑制零点漂移。大电路来有效地抑制零点漂移。返回返回171基本差分放大电路基本差分放大电路（1）电路组成电路组成：返回返回两个输入端，分别作用两个输入端，分别作用着输入信号电压着输入信号电压 uI1 和和 uI2。由两个对称的共发射极放大由两个对称的共发射极放大器通过发射极电阻器通过发射极电阻 Re 相耦合相耦合组成。组成。采用正、负两个电源供电采用正、负两个电源供电。两个输出端，输出信号两两个输出端，输出信号两个集电极之间取出，称为双个集电极之间取出，称为双端输入、双端输出。端
14、输入、双端输出。基本差分放大电路181基本差分放大电路基本差分放大电路（a）射极电阻）射极电阻Re的作用的作用：返回返回引入直流负反馈，抑制每只引入直流负反馈，抑制每只管子零点漂移。管子零点漂移。Re越大，静态越大，静态工作点越稳定。工作点越稳定。Re的负反馈作用：抑制了每只管子的零点漂移的负反馈作用：抑制了每只管子的零点漂移如如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 补偿补偿R Re e上的直流管压降，使电路有合适的静态工作点；上的直流管压降，使电路有合适的静态工作点；V VEEEE直接为两管设置偏置电流，可去掉偏置电阻直接为两管设置偏置电流，可去掉偏置电阻R Rb b
15、。（b b）负电源）负电源V VEEEE的作用的作用:（2 2）工作原理）工作原理静态时静态时UBE1UBE2 IBQ1IBQ2ICQ1ICQ2 UCEQ1=UCEQ2所以所以UOUC1UC20即静态时输出电压为零。即静态时输出电压为零。当温度变化时，由于两管所处环境一样，温度当温度变化时，由于两管所处环境一样，温度变化相同，因此两管的集电极电流变化相等，即变化相同，因此两管的集电极电流变化相等，即IC1IC2，两管集电极电位变化也相等，即，两管集电极电位变化也相等，即UC1UC2。由此可得，输出电压。由此可得，输出电压UO(UC1UC1)(UC2UC2)0，因此，当温度变化时，输出电压仍为零
16、，因此，当温度变化时，输出电压仍为零，可有效抑制零点漂移。可有效抑制零点漂移。在理想情况下，由于电路的对称性，输出信在理想情况下，由于电路的对称性，输出信号电压采用从两管集电极间提取的双端输出方式，对号电压采用从两管集电极间提取的双端输出方式，对于无论什么原因引起的零点漂移，均能有效地抑制。于无论什么原因引起的零点漂移，均能有效地抑制。差模信号和共模信号差模信号和共模信号共模输入信号共模输入信号：若差分放大器两输入端分别作用着：若差分放大器两输入端分别作用着数值相等、极性相同的输入信号电压，则称它们为一对数值相等、极性相同的输入信号电压，则称它们为一对共模信号输入。表示为共模信号输入。表示为差
17、模输入信号差模输入信号：若差分放大器两输入端分别作用着：若差分放大器两输入端分别作用着数值相等、极性相反的输入信号电压，则称它们为一对数值相等、极性相反的输入信号电压，则称它们为一对差模信号输入。表示为差模信号输入。表示为（3 3）动态分析）动态分析uI1=uI2uI1=uIuO=uO1uO2 =Au1uI1-Au2uI2 =Au(uI1uI2)由于电路对称由于电路对称Au1=Au2uI2=AuuO=Au(uI1uI2)上式表明：差分放大电路只上式表明：差分放大电路只放大差模信号放大差模信号，抑抑制共模信号制共模信号。差分放大电路也因此而得名。差分放大电路也因此而得名。（3 3）动态分析）动态
18、分析因此因此22(a)放大差模信号放大差模信号(b)(b)抑制共模信号抑制共模信号 0)()(C2CQ2C1CQ1C2C1Ouuuuuuu0 cA共模放大倍数C21CC21CB21BuuiiiiIcI2I1uuu23温度变化所引起的变化等效为共模信号温度变化所引起的变化等效为共模信号（3 3）动态分析）动态分析C1OC21CC21CB21B2 uuuuiiiiiE1=iE2，Re中电流不变，即中电流不变，即2/IdI2I1uuu差模信号：数值相等，极性相反，即差模信号：数值相等，极性相反，即差模电压放大倍数差模电压放大倍数Aude0u 24（4 4）主要技术指标的计算）主要技术指标的计算图图9
19、-8 交流通路交流通路bec2u1u1I1O2I1I2O1OIdOud22rRAAuuuuuuuuA结论结论：双端输入、双端输出：双端输入、双端输出的情况下，差分放大电路对的情况下，差分放大电路对差模信号的电压放大倍数等差模信号的电压放大倍数等于单边电路的放大倍数。差于单边电路的放大倍数。差分放大电路是用成倍的元器分放大电路是用成倍的元器件来换取抑制零点漂移的能件来换取抑制零点漂移的能力。力。25差模电压放大倍数差模电压放大倍数A图9-9 微变等效电路图从微变等效电路可知，差模输从微变等效电路可知，差模输入电阻和差模输出电阻分别为入电阻和差模输出电阻分别为 Rid=2rbe Rod=2Rc 2
20、6差模输入电阻差模输入电阻Rid和输出电阻和输出电阻R综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力，常用抑制共模信号的能力，常用“共模抑制比共模抑制比”这这一指标。所以一指标。所以将比值将比值Aud/Auc的绝对值称为共模的绝对值称为共模抑制比，即抑制比，即KCMR越大，表明电路抑制共模信号的能力越强。越大，表明电路抑制共模信号的能力越强。在理想情况下，基本差分放大电路如由双端输在理想情况下，基本差分放大电路如由双端输出，出，Auc=0，KCMR=。实际上差分放大电路很。实际上差分放大电路很难做到完全对称，即，其共模抑制比难做到完全对称，即
21、，其共模抑制比KCMR为为60dB80dB。udCMRucAKA27共模抑制比共模抑制比 根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：有四种接法：双双端输端输入双入双端输端输出出、双双端输端输入单入单端输端输出出、单单端输端输入双入双端输端输出出、单单端输端输入单入单端输端输出出。下面来介绍其他三种接法下面来介绍其他三种接法双端输入、单端输出：双端输入、单端输出：差模信号差模信号作用下的分析作用下的分析beLcIdOdud)/(21rRRuuARid=2rbe Rod=Rc（5 5）差分放大电路的另外几种接法）差分放大电路的另外几种接法由由T1输
22、出时，输出时，差模电压放大倍数差模电压放大倍数由由T2输出时，输出时，差模电压放大倍数差模电压放大倍数beLcIdOdud)/(21rRRuuA 输入、输出电阻为输入、输出电阻为单端输入、单端输入、双端输出：双端输出：差模信号差模信号作用下的分析作用下的分析Rid=2rbeRod=2Rc（5 5）差分放大电路的另外几种接法）差分放大电路的另外几种接法差模电压放大倍数差模电压放大倍数输入、输出电阻为输入、输出电阻为beLcIdOdud)2/(rRRuuA单端输入、单端输入、单端输出：单端输出：差模信号差模信号作用下的分析作用下的分析Rid=2rbeRod=Rc（5 5）差分放大电路的另外几种接法
23、）差分放大电路的另外几种接法差模电压放大倍数差模电压放大倍数输入、输出电阻为输入、输出电阻为beLcIdOdud)/(21rRRuuA四种不同接法分析四种不同接法分析32（1）双端输出时，差模电压放大倍数基本上与单）双端输出时，差模电压放大倍数基本上与单管放大器电路的电压放大倍数相同；单端输出时，管放大器电路的电压放大倍数相同；单端输出时，差模放大倍数约为双端输入时的一半。差模放大倍数约为双端输入时的一半。（2）双端输出时，输出电阻）双端输出时，输出电阻Ro=2Rc；单端输出时，；单端输出时，Ro=Rc。（3）输入电阻是单管共射电路输入电阻的两倍，）输入电阻是单管共射电路输入电阻的两倍，即即R
24、id=2rbe，与输入信号的输入方式是单端还是双，与输入信号的输入方式是单端还是双端无关。端无关。返回返回四种不同接法分析四种不同接法分析33（4）双端输出时，在理想情况下，共模抑制比为）双端输出时，在理想情况下，共模抑制比为无穷大；单端输出时，由于通过长尾电路引入了无穷大；单端输出时，由于通过长尾电路引入了很强的共模负反馈，因此仍能得到较高的共模抑很强的共模负反馈，因此仍能得到较高的共模抑制比。制比。（5）单端输出时，可以选择从不同的三极管输出，单端输出时，可以选择从不同的三极管输出，从而使输出电压与输入电压反相或同相从而使输出电压与输入电压反相或同相。返回返回34【例例9-19-1】差分放
25、大电路如图差分放大电路如图9-11所示，设两个三极管参所示，设两个三极管参数完全相同，已知数完全相同，已知=100，rbe=1k，Rc1=Rc2=Rc=10k，试问：试问：（1）差模电压放大倍数）差模电压放大倍数Aud。（2）差模输入电阻）差模输入电阻Rid和输出电阻和输出电阻Ro。图图9-11 9-11 例例9-19-1图图解解：由图可知该电路为由图可知该电路为双端输出双端输出，所以差模电压放，所以差模电压放大倍数与单管共射电路的大倍数与单管共射电路的电压放大倍数相同电压放大倍数相同，输入电，输入电阻为单管电路阻为单管电路输入电阻输入电阻的的两倍两倍，输出电阻输出电阻也是单管电也是单管电路的
26、路的两倍两倍，即，即-1000k1k10100becudrRARid=2rbe=21k=2kRod=2Rc=210k=2.2.具有恒流源的差分放大电路具有恒流源的差分放大电路36返回返回 为什么要采用恒流源？为什么要采用恒流源？Re 越大，共模负反馈越强，单端输出时的越大，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。越大，差分放大电路的性能越好。但为使静态电流不变，但为使静态电流不变，Re 越大，越大，VEE越越大，以大，以至于至于Re太大就太大就不合理了。不合理了。需在低电源条件下，得到趋于无穷大的需在低电源条件下，得到趋于无穷大的Re。解决方法：采用恒
27、流源！解决方法：采用恒流源！-直流电阻直流电阻小，而交流电阻大小，而交流电阻大2.2.具有恒流源的差分放大电路具有恒流源的差分放大电路37返回返回虚线框内即为恒流源。虚线框内即为恒流源。IC3：恒流源的输出电流，：恒流源的输出电流，当当VEE、R1、R2、R3、T3选定后，选定后，IC3就恒定。就恒定。恒流源的输出电阻恒流源的输出电阻Ro3就就等效于等效于Re。图9-12 带恒流源的差分放大电路9.3 9.3 集成运算放大电路的主要参数集成运算放大电路的主要参数381 1最大输出电压最大输出电压UOPP（输出峰（输出峰峰电压）峰电压）最大输出电压最大输出电压UOPP是指在不失真情况下最大输出是
28、指在不失真情况下最大输出电压值，它与集成运放的电源电压有关。电压值，它与集成运放的电源电压有关。2 2开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数Aud开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数A Audud是指在无外接反馈电路是指在无外接反馈电路时所测出的差模电压放大倍数。时所测出的差模电压放大倍数。A Audud越高，所构成越高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。的运算电路越稳定，运算精度也越高。返回返回uuuA393 3输入失调电压输入失调电压UIO（输入补偿电压）（输入补偿电压）理想的集成运算放大器在输入电压为零时，输出理想的集成运算放大器在输入电压为零时，输出电压也为零。实际上，在制
29、造时很难保证电路中电压也为零。实际上，在制造时很难保证电路中的元件参数完全对称，因此在输入信号为的元件参数完全对称，因此在输入信号为0 0（即将（即将两输入端同地短接）时，输出电压两输入端同地短接）时，输出电压u uO O00。反过来，。反过来，如果要使如果要使u uO O=0=0，就必须在输入端加一个很小的补，就必须在输入端加一个很小的补偿电压。在室温及标准电源电压下，输入电压为偿电压。在室温及标准电源电压下，输入电压为零时，为使集成运算放大器输出电压为零，在输零时，为使集成运算放大器输出电压为零，在输入端加的补偿电压称为输入失调电压。入端加的补偿电压称为输入失调电压。U UIOIO越小越越
30、小越好，一般为几毫伏。好，一般为几毫伏。返回返回404 4输入失调电流输入失调电流IIO（输入补偿电流）（输入补偿电流）输入失调电流是指输出信号为零时，流入放大器输入失调电流是指输出信号为零时，流入放大器两个输入端的静态基极电流之差，即两个输入端的静态基极电流之差，即 5 5输入偏置电流输入偏置电流I IIBIB输入偏置电流是指在输出电压为零时，两个输入输入偏置电流是指在输出电压为零时，两个输入端静态基极电流的平均值，即端静态基极电流的平均值，即返回返回B2B1IOIIIIIO越小越好，一般为零点几微安。越小越好，一般为零点几微安。2BPBNIBIII416 6最大共模输入电压最大共模输入电压
31、UIcmax 集成运算放大器对共模信号具有抑制作用，但集成运算放大器对共模信号具有抑制作用，但这种作用要在规定的共模电压范围内才有效，这种作用要在规定的共模电压范围内才有效，UIcmax就是这个规定的范围，如超出这个范围，集成运算就是这个规定的范围，如超出这个范围，集成运算放大器抑制共模信号的能力会大大下降，严重时会放大器抑制共模信号的能力会大大下降，严重时会造成器件的损坏。造成器件的损坏。7 7最大差模输入电压最大差模输入电压UIdmax 两个输入端间所允许加的最大电压差值称为最两个输入端间所允许加的最大电压差值称为最大差模输入电压。如果差模输入信号超过大差模输入电压。如果差模输入信号超过U
32、Idmax，将，将引起输入管反向击穿，而使运放不能正常工作。引起输入管反向击穿，而使运放不能正常工作。428 8共模抑制比共模抑制比KCMR 共模抑制比主要取决于输入级差动电路的共模共模抑制比主要取决于输入级差动电路的共模抑制比。抑制比。除了以上介绍的几项主要技术指标外，集成运除了以上介绍的几项主要技术指标外，集成运放还有很多其他指标，如差模输入电阻、输出电阻，放还有很多其他指标，如差模输入电阻、输出电阻，温度漂移，静态功耗等参数，使用时可从手册上查温度漂移，静态功耗等参数，使用时可从手册上查到。到。返回返回9.4 9.4 集成运算放大电路的应用集成运算放大电路的应用 439.4.19.4.1
33、理想运算放大器的特点理想运算放大器的特点1 1理想运算放大器的主要条件理想运算放大器的主要条件（1）开环差模电压增益）开环差模电压增益Avd=。（2）开环差模输入电阻）开环差模输入电阻Rid=。（3）输出电阻）输出电阻Ro=0 。（4）共模抑制比。）共模抑制比。除了上述几个主要的条件以外，还有输入失调电除了上述几个主要的条件以外，还有输入失调电压、失调电流及温漂等条件。压、失调电流及温漂等条件。返回返回当运算放大器工作在线性区时，其输出电压当运算放大器工作在线性区时，其输出电压u uO O和输入和输入电压电压u uN N、u uP P之间必须满足之间必须满足由于由于uO为有限值，而为有限值，而
34、Aud=，即使输入毫伏级以下，即使输入毫伏级以下的信号，也足以使输出电压的信号，也足以使输出电压uO=UOM。因此，为了。因此，为了使运算放大器工作在线性区，需要引入负反馈。使运算放大器工作在线性区，需要引入负反馈。)(NPudOuuAu集成运放引入负反馈集成运放引入负反馈442 2理想运算放大器的特点理想运算放大器的特点理想运算放大器工作在线性区时，理想运算放大器工作在线性区时，具有具有“虚短虚短”和和“虚断虚断”的特性，这两个特性非常重要。的特性，这两个特性非常重要。(1)(1)虚短虚短 由于运放的电压放大倍数很大，而运放的输出电由于运放的电压放大倍数很大，而运放的输出电压是有限的压是有限
35、的。因此运放的差模输入电压为，。因此运放的差模输入电压为，0udOPNIdAuuuuuN=uP 452 2理想运算放大器的特点理想运算放大器的特点两输入端两输入端近似等电位，相当于相当于“短路短路”。 注意：注意：“虚短虚短”是指在分析运算放大器处于线性是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为状态时，可把两输入端视为等电位等电位，这一特性称为虚假，这一特性称为虚假短路，简称虚短。短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。显然不能将两输入端真正短路。462 2理想运算放大器的特点理想运算放大器的特点 (2)虚虚断断由于净输入电压为零，又由于理想运放的输入电阻，由于净输入电压为零，又
36、由于理想运放的输入电阻，故理想运放的两输入端电流均为零，即。故理想运放的两输入端电流均为零，即。注意：注意：“虚断虚断”是指在分析运放处于线性状态时，是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。iN=iP=0472 2理想运算放大器的特点理想运算放大器的特点1.比例运算电路比例运算电路 输出电压输出电压反相比例运算电路反相比例运算电路根据虚断根据虚断 iN=iP=0根据虚短根据虚短 uN=uP P=0iI=(uI uN N)/R1=u
37、I/R1iF=(uN N uO)/Rf=-uO/RfiI=iF uI/R1=-uO/Rf9.4.2 9.4.2 基本运算电路基本运算电路IfOuRR特例：特例：当当R=Rf时，有时，有uO=-uI，电路实现了，电路实现了反相反相功能功能（又称为倒相）。图（又称为倒相）。图9-15所示为反相电路。所示为反相电路。图图9-15 倒相电路倒相电路 49倒相倒相电路电路【例例9-2】电路如图所示，电路如图所示，uI=0.6V，R=50k，Rf=100k。试求输出电压。试求输出电压uO的值。的值。fONNIRuuRuu解解 由由“虚短虚短”、“虚断虚断”的概念，有的概念，有所以该电路实现了反相比例运算功
38、能。所以该电路实现了反相比例运算功能。节点节点N的方程为的方程为uN=uP=0，iN=iP=0V2.1IfOuRRu则则 同相比例运算电路同相比例运算电路根据虚断根据虚断 iR=iF根据虚短根据虚短 uN=uP=uI即即2.2.同相比例运算电路同相比例运算电路fNONRuuRu整理可得整理可得IfO)1(uRRu结论结论：输出电压：输出电压uO与输入电压与输入电压uI同相，且同相，且uO大于大于uI。51特例：特例：电压跟随器电压跟随器当当R=（断开（断开R）或）或Rf=0时时 uO=uI （a）R=（b）Rf=0 图9-18 电压跟随器 52同相比例运算电路同相比例运算电路-电压跟随器电压跟
39、随器【例例9-3】电路如图所示。设电路如图所示。设A为理想集成运放，为理想集成运放，R1=15k，Rf=150k。试求：输出电压。试求：输出电压uO与输入电压与输入电压uI之间的关系，说明电路运算功能。之间的关系，说明电路运算功能。解解 由由“虚短虚短”、“虚断虚断”的概念，的概念，有有该电路实现了同相比例运算功能该电路实现了同相比例运算功能 。节点节点N的方程为的方程为uN=uP=uI，iN=iP=0则则 fNO1NRuuRuIII1fO11)k15k1501()1(uuuRR反相加法电路反相加法电路根据虚断，根据虚断，节点节点N N的电流的电流方程为方程为根据虚短根据虚短 uN=uP=0即
40、即2 2加法运算电路加法运算电路整理可得整理可得（1）反相加法运算电路。）反相加法运算电路。12FiiifO22I11IRuRuRu)(2I2f1I1fOuRRuRRuP1、uP2分别为分别为uI1、uI2单独作用于同相端的输单独作用于同相端的输入电压，其中入电压，其中设设同相输入端的电压同相输入端的电压（2 2）同相加法运算电路）同相加法运算电路P2P1Puuu1I321321P/uRRRRRu2I312312P/uRRRRR2 2加法运算电路加法运算电路)/)(1()1(2I312311I32132fPfOuRRRRRuRRRRRRRuRRu)(1(312I1IfOuuRRu结论结论：实现
41、了同相加法运算：实现了同相加法运算。5656利用同相比例运算电路的特性，可得利用同相比例运算电路的特性，可得321RRR若若 ，则，则【例例9-4】电路如图所示，假设电路如图所示，假设A是理想集成运放，试求是理想集成运放，试求输出电压输出电压uO的值。的值。解解 由由“虚短虚短”、“虚断虚断”的概念，有的概念，有该电路实现了同相加法运算功能该电路实现了同相加法运算功能。列写节点列写节点N的方程为的方程为uN=uP，iN=iP=0联立两个方程，可得联立两个方程，可得 RuuRuNONRuuRuuI2PPI1uO=uI1+uI2 列写节点列写节点P的方程有的方程有减法电路减法电路联立求解可得联立求
42、解可得列出列出N、P节点的电流方程为节点的电流方程为 3 3减法运算电路减法运算电路fON1N1IRuuRuu3P2P2IRuRuu1I1f2I3231fO)(1(uRRuRRRRRu当当R1=R2，Rf=R3时，上式变为时，上式变为)(1I2I1fOuuRRu58【例例9-5】电路如图所示，已知电路如图所示，已知R1=R2=Rf1=30k，R3=R4=R5=R6=Rf2=10k，试求输出电压，试求输出电压uO与三输入电压与三输入电压uI1、uI2、uI3之间的关系，该电路运算功能。之间的关系，该电路运算功能。解解 第一级为反相加第一级为反相加法电路，第二级为减法电路，第二级为减法电路。法电路
43、。该电路实现了该电路实现了加法运算加法运算。)(2I1I2I21f1I11fO1uuuRRuRRu3I64652f1O52fO)1(uRRRRRuRRu)(2I1I3Iuuu3I2I1Iuuu594 4积分运算电路积分运算电路0Nu根据根据“虚短虚短”根据根据“虚断虚断”RCii 而而 dtduCiOCRuiIR整理得整理得 dtuRCuuICO1 输出电压输出电压uO为为输入电压输入电压uI对时间对时间t的积分，即的积分，即实现了实现了积分运算积分运算。积分电路除了可作积分运算外，还可用作波形变换，积分电路除了可作积分运算外，还可用作波形变换，如将方波信号变换为三角波信号。如将方波信号变换为
44、三角波信号。当当方波信号输入方波信号输入积分电路时，积分电路时，输出为三角波信号输出为三角波信号。积分电路积分电路的应用的应用【例例9-6】如图如图9-27所示的积分电路，已知所示的积分电路，已知R=20k，C=1F，输入信号，输入信号uI为所示的阶跃电压。试求：输入为所示的阶跃电压。试求：输入信号信号10s后，输出电压后，输出电压UO为多少？为多少？解解 由于积分电路的由于积分电路的uO与与uI的关系为的关系为dtuRCuIO1将已知条件将已知条件R=20k，C=1F，uI=1mV代入上式，得到代入上式，得到当当t=10s时，该电路的输出电压时，该电路的输出电压UO=-0.0510=-0.5
45、Vttu05.010102010633O630Nu根据根据“虚短虚短”根据根据“虚断虚断”由由 整理得整理得 输出电压输出电压uO为为输入电压输入电压uI对时间对时间t的微分，即的微分，即实现了实现了微分运算微分运算。5 5微分运算电路微分运算电路0IidtduCiICRuiORdtduRCRiuIRO除了可作微分运算外，在脉冲数值电路中，常用作除了可作微分运算外，在脉冲数值电路中，常用作波形变换，如将方波信号变换为尖顶脉冲波。波形变换，如将方波信号变换为尖顶脉冲波。当当方波信号输入方波信号输入微分电路时，微分电路时，输出为尖顶脉冲信号输出为尖顶脉冲信号。微微分电路分电路的应用的应用6566
46、零点漂移零点漂移：当无信号输入时，由于工作点不稳定：当无信号输入时，由于工作点不稳定被逐级放大，在输出端出现静态电位缓慢不规则地变被逐级放大，在输出端出现静态电位缓慢不规则地变化的现象。在多级放大电路中，第一级的漂移影响尤化的现象。在多级放大电路中，第一级的漂移影响尤为重要，必须采取措施有效地抑制零点漂移。为重要，必须采取措施有效地抑制零点漂移。虚短虚短：“虚短虚短”是指在分析计算时，将集成运放的是指在分析计算时，将集成运放的反相输入端与同相输入端间的电位差视为零，即反相输入端与同相输入端间的电位差视为零，即uN=uP。“虚短虚短”绝不是将两输入端真正短路，在实绝不是将两输入端真正短路，在实际
47、电路中，也绝不是际电路中，也绝不是uId=0，而是因为，而是因为Aud很大，只是很大，只是加入一个微小信号，就能在输出端得到一个较大的输加入一个微小信号，就能在输出端得到一个较大的输出信号，通常称为出信号，通常称为“虚短路虚短路”，简称，简称“虚短虚短”。重要知识点重要知识点67虚断虚断：“虚断虚断”是指在分析运放处于线性状态时，是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，即。这一特性称为可以把两输入端视为等效开路，即。这一特性称为“虚假开路虚假开路”，简称，简称“虚断虚断”。显然不能将两输入端。显然不能将两输入端真正断路。对于运放工作在线性区的电路，真正断路。对于运放工作在线性
48、区的电路，“虚短虚短”和和“虚断虚断”是分析其输入信号和输出信号关系的两个是分析其输入信号和输出信号关系的两个基本出发点。基本出发点。差模信号差模信号：大小相等、极性相反的信号。：大小相等、极性相反的信号。共模信号共模信号：大小相等、极性相同的信号。：大小相等、极性相同的信号。本章小结本章小结68 1.1.集成运算放大电路是一个高增益、高输入电阻和集成运算放大电路是一个高增益、高输入电阻和低输出电阻的直接耦合放大电路。直接耦合放大电路的低输出电阻的直接耦合放大电路。直接耦合放大电路的主要问题是零点漂移，克服零点漂移的最有效的电路形主要问题是零点漂移，克服零点漂移的最有效的电路形式是差分放大电路
49、。式是差分放大电路。2.2.差分放大电路是利用参数的对称性进行补偿来抑制零差分放大电路是利用参数的对称性进行补偿来抑制零点漂移。同时利用发射极电阻点漂移。同时利用发射极电阻ReRe（或恒流源电路的交流（或恒流源电路的交流电阻）的共模负反馈作用，抑制每只管子的温漂，抑制电阻）的共模负反馈作用，抑制每只管子的温漂，抑制共模信号放大能力，提高共模抑制比共模信号放大能力，提高共模抑制比KCMR。返回返回693.3.集成运放电路最基本的应用电路是构成各种运算集成运放电路最基本的应用电路是构成各种运算电路，如比例运算、加减运算、微分运算和积分运电路，如比例运算、加减运算、微分运算和积分运算等电路。在作定量
50、计算时，由于集成运放工作在算等电路。在作定量计算时，由于集成运放工作在线性区，可以利用线性区，可以利用“虚短虚短”和和“虚断虚断”这两条重要这两条重要的结论使其简化。具体求解运算电路输出电压与输的结论使其简化。具体求解运算电路输出电压与输入电压运算关系的基本方法有下列两种。入电压运算关系的基本方法有下列两种。(1)(1)节点电流法：列出集成运放同相输入端和反相节点电流法：列出集成运放同相输入端和反相输入端及其他关键节点的电流方程，利用输入端及其他关键节点的电流方程，利用“虚短虚短”和和“虚断虚断”概念，求出运算关系。概念，求出运算关系。(2)(2)叠加定理：集成运放工作在线性区时，可以叠加定理
