第5章集成运算放大电路
（上一章介绍的用三极管、场效应管等组成的放大电路称为分立元件电子电路。）
集成电路：如果在一块微小的半导体基片上，将用晶体管（或场效应管）组成的实现特定功能的电子电路制造出来，
这样的电子电路称为集成电路。
（集成电路是一个不可分割的整体，具有其自身的参数及技术指标。模拟集成电路种类较多，本章主要介绍集成运
算放大电路。）
本章要求：
（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）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。
（4）理解电压比较器的工作原理和应用。
5.1集成运算放大器简介
5.1.1集成运算放大器芯片
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。集成运算放大器简称运放，是一种多端集成电路。集成运放是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。早期，运放主
要用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算，故称为运算放大器。现在，运放的应用已远远超过运算的范围。它在通信、控制和测量等设备中得到广泛应用。
1、集成电路的概念
（1）集成电路：禾U用半导体的制造工艺，把晶体管、电阻、电容及电路连线等做在一个半导体基片上，形成不可分割的固体块。
集成电路优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。
（2）集成电路分类：模拟、数字集成电路；单极型、双极型集成电路，小、中、大、超大规模集成电路。
①模拟集成电路：以电压或电流为变量，对模拟量进行放大、转换、调制的集成电路。
（可分为线性集成电路和非线性集成电路。）
②线性集成电路：输入信号和输出信号的变化成线性关系的电路，如集成运算放大器。
③非线性集成电路：输入信号和输出信号的变化成非线性关系的电路，如集成稳压器。
（3）线性集成电路的特点
①电路一般采用直接耦合的电路结构，而不采用阻容耦合结构。
②输入级采用差动放大电路，目的是克服直接耦合电路的零漂。
③NPN管和PNP管配合使用，从而改进单管的性能。
④大量采用恒流源设置静态工作点或做有源负载，提高电路性能。
2、集成运算放大器的原理电路集成运算放大器通常包括四个基本部分：输入级、中间级、输出级和偏置电路。
集成运算放大器组成框图
（图5-1所示为集成运算放大器 F741的简化原理图。）
（1） 输入级：输入级提供与输出端成同相关系和反相关系的两个输入端，电路形式为差动放大电路，要求输入电 阻高，可改善基本组态放大器采集信号能力弱的缺陷，减小零点漂移和抑制干扰信号。是提高运算放大器质量的关 键部分。
V V 2、V 3和V 4组成差动放大电路； V V V 7组成恒流源电路作为差动输入级的有源负载。
（2） 中间级：中间级主要完成对输入电压信号的放大，一般采用多级共射放大电路实现，可较好改善基本组态放 大器放大能力有限的不足。
V 、V 9分别组成共集、共射放大电路，并有恒流源
I CB 作负载，V ,4作为射极跟随器起隔离作用。
（3） 输出级：带负载能力强，有足够的输出电流
i o ，提供较高的输出功率，输出电阻较低。一般由互补对称电路 或射
极输出器构成，可较好改善基本组态放大器负载能力有限的弱点。
（4） 偏置电路：偏置电路提供各级静态工作电流，一般由各种恒流源电路组成。 3、集成运算放大器芯片介绍 （1）外形与符号
① 三种封装形式：单列直插式（ SIP 型）；双列直插式（DIP 型）；贴片式（SMD 型）。 ② 符号（如图5-3所示）
:::::（三角形）表示信号传递的正方向；
：：表示A 「（ A :开环差模电压放大倍数） 由图可看出，集成运算放大器具有同相（
“ •”号端）、反相（“ - ”号端）两个输入端。
1）当同相端接地，反相端接输入 U |时（U i = u 」，输出u o 与输入U |反相。 2）若反相端接地，同相端接输入
U i 时（U i =U+）,输出U o 与输入U i 同相。
U .、U_和U o 均为对地电压。
（2） LM 324简介：一块芯片上集成了四个完全相同的运放单元。 5.1.2集成运算放大器的主要参数
1、开环差模电压增益 A d :是指在集成运放在开环状态（无输出到输入的反馈）
运算精度也越高。
4
7
般约为10 : 10，即80 : 140dB 。该值反映了输出电压
2、输入失调电压 U OS :当两个输入端 比二*2 =0时，为了使输出电压 U 。=0，在输入端需要加一定的补偿电压,
，且输出端没有外接负载时所测出
的直流差模电压放大倍数,
实际上，开环差模电压增益
A d 是运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。 A d 越高，所构成的运算电路越稳定,
U o 与输入电压u 亠和u_之间的关系。
A 的数值很高,
称之为输入失调电压 U os 二址 。
A d
U os 是输入端的校正电压，越小越好，一般为几毫伏。
3、 输入失调电流l Os :输入信号为零时，两个输入端静态基极电流之差，即
l O s = I BI -I B 2。
I OS 一般在零点零几微安级，l OS 越小越好。（运放的输入级为差动放大器。）
4、 输入偏置电流I B :输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的平均值，即
I B =（I BI I B 2^2。
l B 一般在零点几微安级， l B 越小越好。
5、差模输入电阻R d 和输出电阻R o
（1） 差模输入电阻 R d :从两个输入端看进去的动态电阻。
R d 越大，表明运放由差模信号源输入的电流越小，精度越高。运放的差动输入电阻很高，一般在几十千欧至几十 兆欧
（2） 差模输出电阻 R o :指运放输出级的输出电阻。 r 。越小，运放带负载能力就会越强。
尺越小越好，一般几十欧到几百欧，高质量的运放可小于
100门。
U idM :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。
U idM ，将引起输入管反向击穿而使运放不能正常工作。
5.1.2 理想运算放大器及其重要结论 1、运算放大器的电压传输特性与工作方式
（图5-5 （ a ）是集成运放开环工作时的示意图，图 图中U .、u_是相应的输入端电压，
u o 为输出电压。
集成运放有两个工作区：线性区和非线性区。
（1）线性区 当U i 在AB 点之间时运放处于线性工作区，此时输入输出之间足线性关系，即 满足关系式：u o 二代⑴• -u J
入越大，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。
运放工作在闭环状态，且反馈类型为负反馈，那么输出与输入满足线性关系，称运放工作在线性区。 （2）非线性区
当q 在AB 点之外时，运放进入非线性工作区（饱和区）
，此时输入输出之间不满足线性关系。
输出电压U o 只有两种状态：U OM 或-U oM （ U OM 为最大输出电压）
6、最大差模输入电压 如果差模输入信号超过
7、最大共模输入电压 U icM :允许加在输入端的最大共模输入电压。
当实际的共模信号大于
U^M 时，将使输入级工作不正常，共模抑制比显著下降。
5-5（b ）给出了电压传输特性）
1 ）当U . 时，U o 二U OM；2）当U. U_ 时，U。二-U OM
运放输入信号过大或工作在开环状态或加正反馈时，运放可进入非线性区。
2、理想运算放大器的条件
为简化分析过程，同时又能满足实际工程的需要，常把集成运放理想化，集成运放的理想化参数为：
（1）开环差模电压放大倍数为无穷大，即代=：:;
（2）开环差模输入电阻为无穷大，即R d - ：：
（3）开环输出电阻为0,即R =0 ；
（4）输入失调电压U OS和输入失调电流l os为零。
实际运放的上述技术指标与理想运算放大器接近一般将其视为理想运放后进行分析。
3、理想运放的两个重要结论
（1）虚短：集成运放两个输入端之间的电压几乎等于零，如同将该两点短路一样，称为“虚短”，即：U. = U_。
分析：由于理想运放开环电压放大倍数为无穷大，即A =：:,在线性工作区u o =A J（U.- u」，则有：△，
U o
输出电压u o有限，有：u . - u ：0。则有：u.-u : 0= u = u
-Ad - -
（理想运放两个输入端的电位相等，相当于短路，但两个输入端并没有真正短接，只是表面上具有短接的现象，所
以称为虚短。）
理想运放工作在线性区时，虚短现象总是存在。
（2）虚断：同相输入端与反相输入端的电流几乎都等于零，如同该两点被断开一样，称为“虚断”，即0。
分析：由图5-5（a）可得：i + = j_=U+ _U-，由于理想运放的开环差模输入电阻为无穷大，即R id ，则有：
R d
i•= i _ = U— 0。所以可近似地认为两个输入端均无电流流入：i = L: 0。
R
d
（理想运放从输入端流入或流出的电流为零，好像输入端与运放断开一样，但实际没有真正断开，只是表面上具有
断开的现象，所以称为虚断。）
理想运放工作在线性区和非线性区时，虚断现象总是存在。
补充：虚地：理想运放工作在线性区时，若反向端有输入，同相端接“地”，u_=：u“=O，则反相输入端的电位接
近于“地”电位，称为“虚地”。（反相输入端是一个不接地的地电位端。）
5.2集成运算放大器的线性应用
集成运放的应用分为线性应用和非线性应用，线性应用时运放工作在具有负反馈的闭环状态，此时虚短和虚断的结论同时成
立。
5. 2.1三种基本运算电路集成运算放大器引入适当的反馈，可以使输出和输入之间具有某种特定的函数关系，如比例、加法、减法、积分、微分、对数与反对数、乘除等运算。
1、反相输入比例运算电路（如图5-6所示为反相输入比例运算电路）_
（1 ）电路结构
①输入信号从反相输入端加入，所以又叫反相放大器；TV
②反馈电阻R F跨接在输出端与反相输入端之间，使电路工作在闭环状态；
③R'为平衡电阻，其作用是保持输入回路两端对称，其大小为反相输入端的等效电阻，R'=R//R F。
（为了提高差动电路的对称性，要求静态时u+、u_对地电阻相同，R作为平衡电阻：R=R //R F（由虚短得到）。）
（2）电路分析
由“虚断”可得：i.=i_ = O= u.=i.R =0，则有：u . = 0
根据虚短”又可推出：u「=u〔=0
（虚地现象：反相接输入，同相接地，U-=U[.=0。）
分析电路可得：i i=' ，i F = U ^°= _业（注意i F的方向），又因为：i p二i i • i_= i F二i i，则有:
R i R I R F R F
出 =-邑•= u。-- 空 5 ；闭环电压放大倍数为：A uf = = -旦巳
R i R F R I U i R i
结论：i）输出u o与输入u i为线性比例关系，相位相反，故称为反相比例运算电路。
2）当R f = R i时，有：u。- -U i ，A uf = _ -i，该电路就成了反相器。
U i
3）比例系数的大小与运放外电路参数R Z和R的取值有关，因此选取阻值稳定、精度高的电阻和R是提高电路
S -心
运算精度的关键。
i、同相输入比例运算电路（如图5-7所示为同相输入比例运算电路）
（i）电路结构
① 输入信号从同相输入端加入，所以又叫同相放大器;
② 反馈电阻R F 跨接在输出端与反相输入端之间，使电路工作在闭环状态;
③
R 2为平衡电阻，其作用是保持输入回路两端对称，其大小为反相输入端
的等效电阻，R 2二R//R F 。 （2）电路分析
由"虚断”可得：\ = i_ = 0= u . = M iR? = u ，则有：u . = u 根据虚短"又可推出：u_ = u.=q
U . u_ —u 。 5 — u 。 R i
R F
R F
又因为：i 1 =i F i = i F =i 1，则有:
分析电路可得:
0 -u
又因为：i 1 =i F i i F
，则有:
u —u 。
R F
u R 1
;所以：u 。= （1 •昱）q
R i
（一般分析集成运放主要分析电流。电压关系和放大倍数，不用分析输入电阻和输出电阻。 ）
为了提高差动电路的对称性， 要求静态时u .、u_对地电阻相同，R 2作为平衡电阻：尺//R 1 （由虚短得到）
闭环电压放大倍数为： 代f =也=1 •昱
u i R
可见同相比例运算电路的闭环电压放大倍数必定大于或等于 输出电压跟随输入电压作相同的变化，称为电压跟随器。 （3）接R j 同相输入比例运算电路
（电路如图5-9所示）
由"虚断”可得：i . = i _ = 0 = u S
R 3，
R
2 + R 3
根据虚短”又可推出：u 二u.二
一R 3
R2+R 3
0 —u
分析电路可得：i 1 :
&
u _
u i R 3
，I F
R
1
(R
2
&) R
u 「「比
R F
u i -u 。_ 5R 3 -u °(R 2 R 3)R
R F 「
(& R 3)RR F
u i R 3
_ ui
R 3 -u °( R 2 + R 3)R 1 一 、. (R 2 R 3)R 1
(R 2 R 3)RR F
—
u i R
3
(R
1
")=%(只2
R
3
)R =
U o
R a (R 1 +R F )U (R 2 R 3)R 1
3、差动输入比例运算电路 （如图5-10所示为差动输入比例运算电路）
1。当 R F = 0或 R i -：:时，u 。=山，即 A uf =1，这时
（2）使用叠加原理
③利用叠加原理有：U o = U o U^ （1 匚）
U i2 R 1 R 2 + &
当 R F 二 R 、R i 二 R 时，则有：U 。二字（U i? - U iJ
R
i
结论：输出电压U o 与两个输入电压之差（U i2-U ii ）成线性比例关系，该电路又称为差动比例运算电路。 若耳=R ，则有：u o =u i2 -比，此电路实现了输出对输入的减法运算。
（减法运算电路）
（同相、反相比例运算电路、差动比例运算电路是集成运放线性应用的三种基本电路，禾U 用它们可构成各种放大电 路。）
对集成运放电路的分析，主要掌握“虚断” 、 虚短”和“虚地”概念，结合这三个概念，即可得到电路分析。
（书上69页，例题5-1） 5.2.2 算数求和运算电路
信号运算是集成运算放大器的另一基本功能。可方便地利用同相、反相、差动比例运算电路实现信号的加、减运算
差动输入比例运算电路：集成运放的同相输入端和反相输入端都接有输入信号时，称为差动输入运算电路。 为了提高差动电路的对称性，要求静态时
U .、u_对地电阻相同,
电路分析有两种方法：利用虚短与虚断的概念，或者使用叠加原理。 4个外接电阻应满足：R //R F = R 2 / /R 3。
帀「 心
-------------- 1—
（1）虚短与虚断
由“虚断”可得：i =i =0= U
-
R2 + R3
R 3
[> 00
U i2
根据虚短”又可推出：u 二u = —R 3
- R 2 +R
分析电路可得：h 二也也，i F =U U o ，又因为:
R
1
R
F
= i F ■ i _= i F = i 1，则有:
U _U ° U H _U
一 一 =
R U _—R U
。六比—R F U_=
U_(R+R F ) —Uii R
*2只3
R+R F R F
一可
R 3 R 1
U ii
R F R 3 R F
“自宀曇1
R 3
① 令U ii 单独作用, U i2端视为接地，此时的输出为 U o ，此时电路变为反相比例运算电路，则有:
U o —虽 U ii
R i
②令U i2单独作用, U i 端视为接地，此时的输出为
U o ，此时电路变为接有 R 3的同相输入比例运算电路，则有:
R 3(R , R F )
% 3 1 -
(R 2 R a )R i
U i2
FRz R 3 珂1 1!)
R , R 3U i2
R
F \
R
3
Ju ii
R
1
1、反相求和运算电路
用反相比例运算电路实现加法运算，如图 5-13所示电路为具有三个信号的反相求和运算电路。
利用叠加原理分析电路
为了提高差动电路的对称性，要求静态时
U .、U_对地电阻相同，R 4作为平衡电阻: R 二 R F //R//R//R 3
①令u M 单独作用,
U i2、U i3端视为接地, 此时的输出为 U o ，此时电路变为反相
A 00
比例运算电路，则有:
， R F
U o
R
U ii
②令U i2单独作用, U i 、U i3端视为接地, 此时的输出为
u o ，此时电路变为反相
比例运算电路，则有:
U o
空U i2
R 2
③令U i3单独作用,
U ii 、U i2端视为接地, 此时的输出为 U ；，此时电路变为反相比例运算电路， 则有：U o 〉
R F R 3
U
i3
④ 利用叠加原理有:
F 1 IF I IFF
U 。二 U 。 U 。 U 。
R F 花
U
i1
R ^U
i2
字 U i3）
R 2
R 3
结论：输出电压U o 与三个输入电压之和（U^亠U i2亠U i3）成线性比例关系，且输入电压与输出电压反相，所以该电路
又称为反相加法运算电路。
当 R = R 2 =只3 = R F 时，则有：U 。= -（U ii +U i2 +U i3） 2、同相求和运算电路
（如图5-14所示）
两个输入信号加在同相输入端。为了提高差动电路的对称性，要求静态时
U .、U_对地电阻相同，4个外接电阻应满足： R//R F 二&//&
利用叠加原理分析电路
①令
U i1单独作用，U i2端视为接地，此时的输出为 U o ，此时电路变为接有
R 3的同相比例运算电路，则有:
U o
"g U i1
令U2单独作用，比端视为接地，此时的输出为 4"，此时电路变为接有
R 2的同相比例运算电路，则有:
U o =（1 R 2 宅——U
i2 R R
R 3
Uo =U 。 U o =（
1
R R
R 51
R
1
R
2
R
3
珂1牛）（九41严石U i2）
R 1 R 2 + R 3 R 2 + R 3
1 t
1 t
u o
一C 0i 1
dt —RC 0u i
dt
（对于交流信号，电容相当于短路，所以 u o = -u C 。）
结论：基本积分运算电路实现了输出
u o 为输入信号u i 对时间的积分，且输入与输出反相）
1 t
设t ^0时，输出电压初始值为 U （t °），则t ° t 时间内，输出电压为：U o （t ） U i dt U （t 0） R 1C t
1
若输入为直流信号，且t 二t 。时刻电容电压为U （t 0），则输出电压为：U o
U i （t-t 。）• U （t 。）
RC
由此可知：若输入为直流信号时，随着时间的推移，输出将线性增长）
但是，集成运放的输出不可能无限制的增长，当积分时间足够长时，集成运放将进入非线性区，输出与输入不再保 持积分关系）（如图5-16所示） （书上72页，例题5-3） 2、积分求和运算电路
如图5-18所示为具有两个输入信号的积分求和电路） 利用叠加原理则有：
1 t
①令U i1单独作用，U i2端视为接地，此时的输出为U o ，此时电路变为基本积分运算电路，
则有：U o
U i1dt
当R 2 = R 3时，则有： U o^
(VR F
)(
R 2R 3R 3U i1
R 2R 2
R 3U i2^i (VR F )(U i1
U i2
)
结论：输出电压U o 与两个输入电压之和（U i2 U ii ）成线性比例关系，该电路又称为同相加法运算电路。 5.2.3 积分和微分运算电路
1、基本积分运算电路
积分运算电路：输出电压与输入电压成积分关系的电路称为积分运算电路。 如图5-15所示，把反相输入比例运算电路中的反馈电阻 R F 换成电容C ，
则构成基本积分运算电路。
由"虚断”可得：i. = i _ = 0，则有：h = i C ■ i _= i C - ii 由于i . =0，即R ?上没有压降，则有u . = 0 由“虚短”可得：u_=u . =0
（虚地）
u u u 分析电路可得：出匕二也
R 1
R-i
，U c
一一U o = —U°=
% = —U c
1 t
i c dt
1
'dt
C 0 c
C '
0 1
RC 0
则有：U
。- -Rh - -R F
C 如
dt
结论：基本微分运算电路实现了输出
u o 与输入信号u i 对时间的微分成正比。
（由于微分电路在实际应用时存在较多的问题，稳定性不高，所以不如积分电路使用广泛。 ）
5.3集成运算放大器的非线性应用
集成运放输入信号过大或工作在开环状态或加正反馈时，集成运放可进入非线性区。运放进入非线性工作区（饱和 区），此时输入输出之间不满足线性关系。 集成运放工作在非线性区时，输出电压
u o 只有两种状态：U OM 或-U OM （ U OM 为最大输出电压）
1 ）当 U •「U_ 时，U 。二U OM ； 2）当 u. U_ 时，U o =-U OM 集成运放工作在非线性区时，只存在虚断现象。 5.3.1 电压比较电路
理想运放开环工作时，输出电压u o 只有两种状态：U OM 或-U OM （ U OM 为最大输出电压），由此可构成电压比较器。 1、基本电压比较器：比较两个电压大小的电路。
（如图5-25（a ）所示电路）
U R 为参考电压，一般为直流基准电压；
u i 为输入电压，是被比较的对象。
输出电压U o 反映比较的结果。
令U 2单独作用, U ii 端视为接地，此时的输出为U o ,此时电路变为基本积分运算电路,
则有：U 。二
R 2C
利用叠加原理有:
U 。二U 。 U 。 1
R 1C
1
t
1 t
Hdt 一冠 o u i2dt
R = R 2 = R 时， 则有：U o
1 t
RC 0（山山灿
基本微分运算电路
微分运算电路：微分运算是积分运算的逆运算，只需将基本积分电路中反相输入端的电阻 R 和反馈电容C 调换位
置，就成为微分运算电路。 （如图5-19（ a ）所示） 由"虚断”可得：i. = i _ = 0，则有：h = i F * i _= i F - i 1 由于i . =0，即R?上没有压降，则有u . = 0 由“虚短”可得：u_=u . =0 （虚地）
分析电路可得:
dU c d （U i -U 」
dU i h = C
= C
C ， i F dt
dt
dt
U _-U ° U o
R F
u
。= -^F 二 u 。= - R F i 1，
（对于交流信号, 电容相当于短路，所以
U j =Uc 。）
（1）电路分析: 运放处于开环状态，根据理想运放工作在开环状态的特点则有:
fu 二U R
根据虚断，有：i =i ，有：R，代入上式，则有:
一l.U_=U j
可见，如图5-25（a）所示电路可以比较输入电压和参考电压的大小，所以称为电压比较
器。
（5-25（a）所示的电压比较器只有一个门限电平，所以也叫单门限电压比较器，当输入电压达到此门限值时，输出状态立即发生跳变。）电压传输特性如图5-25（b）所示。
（2）若输入信号为一正弦量，则电路输出为一矩形波，如图5-25所示。矩形波的宽度受参考电压U R的控制。矩形波的幅值受运放工作电源控制，为U OM。
（3）当参考电压U R =0时，则输入电压和零电平的比较，这种比较器称为过零比较器。
结论：电压比较器输入的是模拟量，输出为数字量。
2、电平检测器（电路如图5-27（a）所示）参考电压U R和输入信号U i均加在运放的反相输入端。
A GO
由"虚断”可得：i . = i _ = 0，则有U .- -i .R = 0
J?
0「U -；U o 二U OM
0 U —；U o 二~U OM
利用叠加原理计算U_：
令U R单独作用, U i端视为接地，则-U^R2；R1R2
令U i单独作用, U R端视为接地，则U i
利用叠加原理有: 「U R「U i
R R2R R2
则有：U
i
U i
R2[[
,U R > U o
R i
U R > U o
二U OM
=U OM
--U OM
根据理想运放工作在开环状态的特点则有: U
o =U OM，则有: U
o = -U OM
电压传输特性如图5-27 ( C )所示。
如图5-27 (b )所示电路加装了两个对接的稳压管，则可以把输出幅值稳定在 3、滞回比较电路
滞回比较电路又称施密特电路，结构如图
5-28( a )所示。
由“虚断”可得：i. = i _ = 0，则有u _ =比 根据理想运放工作在开环状态的特点则有:
可见，此电路是对 u i 和u .进行比较。 利用叠加原理计算 u .：
①令U R 单独作用，U o 端视为接地，则U'R^R 3 ；
②令U o 单独作用，U R 端视为接地，则U
U o
R 2 ； R 2 * R 3
③利用叠加原理有：u . = uu 匕匚 R 3 色 R 2
R 2 + R 3
R 2 + R 3
(输出结杲对电压比较结杲有影响。)
设电路当前输出为 U OM ，则此时电路的翻转电平为
U TI ，则有:
当u U TI 时，u 。= -U OM ，电路发生翻转。此后电路的翻转电平变为 U T 2，则有:
u 「u_ T
u
。= U OM — u . - u i T u o = U
OM
―
u. u.
_T u
。= - U OM
u. u i T u 。二 -U
_(U Z U D )。
U T 1
R 2 R 3
R 3
u 。 R 3 R 2 R 2 R 3
R 2 R 3
R 2 R 3
OM
U TI
R 3 R 2
OM
当u U T2时，u°二U OM，电路再次翻转。
电压传输特性如图5-28 ( b)所示。U T1=U T2，电路出现两个翻转电平，所以传输曲线具有滞回特性。回差电压U二u T1 -U T2。
(书上77页，例题5-5)
第五章集成运放电路习题答案(总 13页) --本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可-- --内页可以根据需求调整合适字体及大小--
集成运算放大器 1．集成运算放大器的的特点 （1）内部电路采用直接耦合，没有电感和电容，需要时可外接。 （2）用于差动放大电路的对管在同一芯片上制成，对称性好，温度漂移小。 （3）大电阻用晶体管恒流源代替，动态电阻大，静态压降小。 （4）二极管由晶体管构成，把发射极、基极、集电极三者适当组配使用。 2．集成运算放大器的组成 （1）输入级：是双端输入、单端输出的差动放大电路，两个输入端分别为同相输入端和反相输入端，作用是减小零点漂移、提高输入电阻。 （2）中间级：是带有源负载的共发射极放大电路，作用是进行电压放大。 （3）输出级：是互补对称射极输出电路，作用是为了提高电路的带负载能力。 （4）偏置电路：由各种恒流源电路构成，作用是决定各级的静态工作点。 3．集成运放的理想模型 集成运放的主要参数有：差模开环电压放大倍数A do ，共模开环电压放大倍数A co ，共模抑制比K CMR ，差模输入电阻r id ，输入失调电压U io ，失调电压温度系数 ΔU io /ΔT ，转换速率S R 等。 在分析计算集成运放的应用电路时，通常将运放的各项参数都理想化。集成运放的理想参数主要有： （1）开环电压放大倍数∞=do A （2）差模输入电阻∞=id r （3）输出电阻0o =r （4）共模抑制比∞=CMR K 理想运放的符号以及运放的电压传输特性)(do i do o -+-==u u A u A u 如图所示。 u o u －u + （a ）理想运放的符号 （b ）运放的电压传输特性 图 理想运放的符号和电压传输特性 4．运放工作在线性区的分析依据 引入深度负反馈时运放工作在线性区。工作在线性区的理想运放的分析依据为： （1）两个输入端的输入电流为零，即0==-+i i ，称为“虚断”。 （2）两个输入端的电位相等，即-+=u u ，称为“虚短”。若0=+u ，则0=-u ，即反相输入端的电位为“地”电位，称为“虚地”。 5．运放工作在非线性区的分析依据 处于开环状态或引入正反馈时运放工作在非线性区。工作在非线性区的理想运放的分析依据为：
第5章集成运算放大电路 （上一章介绍的用三极管、场效应管等组成的放大电路称为分立元件电子电路。） 集成电路：如果在一块微小的半导体基片上，将用晶体管（或场效应管）组成的实现特定功能的电子电路制造出来， 这样的电子电路称为集成电路。 （集成电路是一个不可分割的整体，具有其自身的参数及技术指标。模拟集成电路种类较多，本章主要介绍集成运 算放大电路。） 本章要求： （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）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。 （4）理解电压比较器的工作原理和应用。 5.1集成运算放大器简介 5.1.1集成运算放大器芯片 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。集成运算放大器简称运放，是一种多端集成电路。集成运放是一种价格低廉、用途广泛的电子器件。早期，运放主 要用来完成模拟信号的求和、微分和积分等运算，故称为运算放大器。现在，运放的应用已远远超过运算的范围。它在通信、控制和测量等设备中得到广泛应用。 1、集成电路的概念 （1）集成电路：禾U用半导体的制造工艺，把晶体管、电阻、电容及电路连线等做在一个半导体基片上，形成不可分割的固体块。 集成电路优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。 （2）集成电路分类：模拟、数字集成电路；单极型、双极型集成电路，小、中、大、超大规模集成电路。 ①模拟集成电路：以电压或电流为变量，对模拟量进行放大、转换、调制的集成电路。 （可分为线性集成电路和非线性集成电路。） ②线性集成电路：输入信号和输出信号的变化成线性关系的电路，如集成运算放大器。 ③非线性集成电路：输入信号和输出信号的变化成非线性关系的电路，如集成稳压器。 （3）线性集成电路的特点 ①电路一般采用直接耦合的电路结构，而不采用阻容耦合结构。 ②输入级采用差动放大电路，目的是克服直接耦合电路的零漂。 ③NPN管和PNP管配合使用，从而改进单管的性能。 ④大量采用恒流源设置静态工作点或做有源负载，提高电路性能。 2、集成运算放大器的原理电路集成运算放大器通常包括四个基本部分：输入级、中间级、输出级和偏置电路。 集成运算放大器组成框图
集成运算放大器 什么是集成运算放大器？ 集成运算放大器（简称为“运放”）是一种高增益、高输入阻抗、低输出阻抗的 电路器件。它可以对输入信号进行放大、求和、减法、积分、微分和滤波等操作，因此在模拟电路中具有广泛的应用。 常用的集成运算放大器类型 常用的集成运算放大器类型有若干种，下面介绍常用的几种类型。 1. 双运放 双运放是在同一芯片上集成了两个独立的运放，它们共享电源和地线，但具有 独立的输入和输出引脚。而且，双运放的价格比两个单独的运放的价格要便宜，在一些应用中能够节省成本。 2. 四运放 四运放是在同一芯片上集成了四个独立的运放，它们共享电源和地线，但具有 独立的输入和输出引脚。四运放可以实现多路信号处理、滤波、放大等功能，并具有更高的集成度和更小的尺寸。 3. 差分运放 差分运放是一种仅有一对输入的运放，它的输出与两个输入端的差值成正比。 差分运放常用于模拟信号的放大、滤波、比较等应用场景。 4. 噪声取消运放 噪声取消运放是一种特殊的差分运放，它可以通过特殊的布局和电路设计抵消 输入信号中的共模噪声和交流噪声。 集成运算放大器的应用 由于集成运算放大器在模拟电路中具有广泛的应用，因此在许多电子设备中都 可以看到它们的身影。下面列举几个常见的应用实例。 1. 电压跟随器 电压跟随器是一种特殊的集成运放放大器，它的输出电压与输入电压完全相同。它广泛用于多级放大器电路中，能够提高电路的输入阻抗，稳定电路的工作状态，并使信号传输更加精确和可靠。
2. 滤波电路 集成运算放大器在滤波电路中起到关键作用。利用其高增益、高输入阻抗以及 差分运放的特性，可以设计出各种复杂的滤波电路，如低通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器、高通滤波器等。 3. 比较器 比较器是一种将输入信号与参考电压进行比较后输出正弦波的器件。利用集成 运算放大器的高增益和差分运放的特性，可以设计出高精度、高稳定性、高速度的比较器电路，常用于电压比较、波形识别、开关控制等领域。 4. 稳压电源 集成运算放大器可以应用于稳压电源的反馈回路中，通过对反馈信号进行处理，使输出电压稳定，而不受输入电压和负载变化的影响。当输入电压或负载变化时，稳压电源将自动调节反馈信号，使输出电压恒定不变。
绍兴市中等专业学校教案 班级11楼宇课程电子技术基础教师丁广强课题集成运算放大器介绍课时 2 教具多媒体授课教材中职国家规划教材《电子技术基础》张龙兴主编、高教版 教学目的 与 教学要求1、掌握集成运放中的加法和减法电路 2、掌握加法和减法电路的混合应用 3、熟练集成运放线性应用的知识 4、掌握集成运放中的求解过程 教学重点 与 教学难点 重点： 1、加法电路的分析 2、减法电路的分析 难点： 1、集成运放的分析方法 2、集成运放中信号电路的混合应用 授课类型理论教学 教学关键 通过对集成运放电路图的讲解与分析，推导出相应计算公式，采用分组讨论、组组互动、师生互动形式来完成学生对运放的理解。 教学方法任务驱动法，教学组织形式的选择：以小组合作的形式开展师生、生生互动 作业布置同步练习：P41 第1、2、3题 课后附记 具有一定的识图能力，具有一定的独立性，部分学习能力较弱的同学，具有一定的依赖性，总体本班学生较积极，能讨论。学习者的学习动机：学习积极性普遍较高。
教 学 过 程 教学课题 集成运算放大器介绍 项 目 教 学 环 节 师生活动 一、复习引入 集成运放的分析依据： （教学要求：提问学生回答，老师解释） 1、虚断：0==+-i i （解释：集成运放输入电流为零，但是集成运放又是与电路相连接的，相当于断开了一样，所以通常称为“虚断” 2、虚短：-+=u u （解释：集成运放两个输入端对地的电压总是相等的，二者不相接，但电位又总想等，相当于短路，所以通常称为：“虚短” 二、新课内容 1、加法运算电路 根据运放工作在线性区的两条分析依据可知： i 2 u i 2 R p ∞ － + Δ + u o u i 1 R F i f R 1 i 1 R 2 虚断：0==+-i i 21f i i i += ① 虚短：-+=u u =0（解释：同相端接地，所以0=+u ） 11 111R u R u u i i i =-=- ② 22 222R u R u u i i i =-=- ③ F o F o f R u R u u i -=-=- ④ 将②、③、④式带入①式可得： )(22 F 11F o i i u R R u R R u +-= 若F 21R R R ==，则： )(21o i i u u u +-= 平衡电阻F 21p ////R R R R = 结论：输出电压与两个输入电压之间是一种反相输入加法运算关系。 引入（5分钟） 新课讲授 30分钟） 重 点 讲 解
第五章集成运算放大电路及其应用 【教学要求】 本章主要叙述了集成运放内部电路的组成及作用；讨论了电流源电路、差分放大器等单元电路；同时介绍了集成运放的理想化条件及它的三种基本电路和运算、集成运放的应用电路及其特点和集成运放的非线性应用；教学内容、要求和重点如表5.1。 表5.1 教学内容、要求和重点 【例题分析与解答】 【例题5-1】差动放大器如图5-1所示。已知三极管的β1=β2=50，β3=80，r bb’=100Ω， U BE1=U BE2=0.7V，U BE3=－0.2V，V CC=12V。当输入信号U i=0时，测得输出U o=0。 1：估算T1、T2管的工作电流I c1、I c2和电阻R e的大小。 2：当U i=10mV时，估算输出U o的值
图5-1 解：1：由电路可知，当U i =0时，要保证U o =0V ，则电阻R e3上压降应为12V ，，由此可求得3c I ： mA R U U I e cc o c 112 12 )(33==--= ， T 3管的设计电流3E I 为：33 c E I I ≈，而T 2管集电极电阻R c2上的压降2C R U 可近似为： V U R I U EB e E R C 2.32.0313332=+?=+?≈。 于是T 1、T 2管的集电极电流1C I 、2C I 为： )(32.010 2 .32 212mA R U I I C RR C C C == = =。 射极电阻R e 上的电流e R I 为：)(64.021mA I I I C C R e =+=。 若设T 1管基极电位U B1=0V ，则U E1=－0.7V ，射极电阻R e 为： )(7.1764 .012 7.0)(1Ω=+-=--= K I U U R e R CC E e 2：U i =10mA 时，U o 的大小： 由于电路的结构为单入、单出型，故将T 3管构成的后级电路输入电阻R i2作为差放级的负载考虑，其电压放大倍数A u1为： ) (2) //(12211be b i c u r R R R A += β； 其中： )(24.432 .026 )501(1001Ω=? ++=K r be ，3332)1(e be i R r R β++=； 而3be r 为： )(2.21 26 )801(1003Ω=?++=K r be ； 所以： )(2453)801(2.22Ω=?++=K R i 电压放大倍数为： 8.45) 24.41(2) 245//10(501=+??= u A
113 实验3.8 集成运算放大器基本运算电路 一、实验目的 （1）掌握由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等模拟运算电路功能。 （2）熟悉运算放大器在模拟运算中的应用。 二、实验设备及材料 函数信号发生器、双踪示波器、交流毫伏表、数字万用表、直流稳压电源、实验电路板。 三、实验原理 集成运算放大器在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数、指数等模拟运算电路。 1、反相比例运算电路 反相比例运算电路如图3.8.1所示。对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为： i 1f o U R R U -= （3-8-1） 为减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R ′=R 1||R f 。实验中采用10 k Ω和100 k Ω两个电阻并联。 2、同相比例运算电路 图3.8.2是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 i 1f o )1(U R R U += （3-8-2） 当R 1→∞时，U o =U i ，即为电压跟随器。 3、反相加法电路 反相加法电路电路如图3.8.3所示，输出电压与输入电压之间的关系为 )+(=B 2f A 1f o U R R U R R U - （3-8-3） R ′ = R 1 || R 2 || R f 4、同相加法电路 同相加法电路电路如图3.8.4所示，输出电压与输入电压之间的关系为： )+++(+= B 211 A 2123f 3o U R R R U R R R R R R U （3-8-4） 图3.8.3 反相加法运算电路 图3.8.2 同相比例运算电路 图3.8.1 反相比例运算电路
功 率 放 大 电 路 功率放大电路在多级放大电路的输出级，通常在大信号下工作，向负载提供尽可能大的功率，来推动负载工作。 功率放大电路的特点 1. 在负载允许的失真限度内尽可能的提供最大输出功率 2. 转换效率（直流电源供给功率）负载获得的功率V O P P ) (= η高。 3. 非线性失真尽可能小。 4. 散热好 功率放大电路的工作状态 按三极管静态工作点Q 在输出特性曲线上所处位置的不同，功率放大电路分为甲类、甲乙类、乙类三种工作状态。 甲类
当Q 点选择在交流负载线的中点时，信号整个周期内都有静态电流流过，这种工作状态称为甲类。 在甲类状态下，无论有无信号，电源提供的功率为C CC I U P =。无输入信号，即静态时，电源提供的功率全部消耗在管子和电阻上。有输入信号时，电源提供的功率一部分转化为有用的输出功率，信号越大，输出功率越大。 由于电流有较大的直流分量C I ，可以证明，甲类功率放大电路的效率理论上最高只能达到50% 甲乙类 为了提高效率，在电源电压C U 一定的条件下，可使Q 点沿交流负载线下移，使C I 减小，可得到如图所示的甲乙类工作状态。 若Q 下移到0≈C I ，此时静态管耗为最小，这种状态称为乙类。 功率放大电路工作在甲乙类和乙类，虽然降低了静态时的功耗，提高
了效率，但却产生严重的波形失真。 乙类 为了减小波形失真，在电路形式上一般可采用互补对称射极输出器的输出方式。 乙类互补对称功率放大电路 如下图为乙类互补对称功率放大电路的原理图，图中T1为NPN 型晶体管，T2为PNP 型晶体管，它们的特性、参数对称。电路为正、负电源供电，信号从基极输入，从发射极输出，为一对射极输出器。 静态时0=i u ，两管均处于截止状态，有021==B B I I ，021==C C I I ，所以发射极电位021==E E U U ，输出电压0=o u 。 动态时，在输入正弦交流电压i u 的正半周期T1导通，T2截止，流过负载电阻L R 的电流约为1C L i i =；在i u 的负半周期T1截止，T2导通，流过L R 的电流约为2C L i i =。所以当正弦交流电压i u 输入时，两管轮流
第五章集成运算放大器自测题 1. 集成运放是一种高增益的、_________的多级放大电路。 (a) 直接耦合 (b) 阻容耦合 (c) 变压器耦合 2．集成运放最常见的问题是_________。 (a) 输入电阻小 (b) 输出电阻大 (c) 温漂 3．通用型集成运放的输入级大多采用_________。 (a) 共射极放大电路 (b) 射极输出器 (c) 差分放大电路 4．通用型集成运放的输出级大多采用_________。 (a) 共射极放大电路 (b) 互补推挽电路 (c) 差分放大电路 5. 集成运放采用直接耦合的原因是_________。 (a) 便于设计 (b) 放大交流信号 (c) 不易制作大容量的电容 6.直接耦合放大电路产生零点漂移的主要原因是_________。 (a) 电源电压的波动 (b) 晶体管参数受温度影响 (c) 晶体管参数的分散性 7. 差分放大电路能够_________。 (a) 提高输入电阻 (b) 降低输出电阻 (c) 克服温漂 8. 典型的差分放大电路是利用_________来克服温漂。 (a) 电路的对称性 (b) 发射极公共电阻 (c) 电路的对称性和发射极公共电阻的负反馈作用
9. 差分放大电路的差模信号是两个输入信号的_________。 (a) 和 (b) 差 (c) 平均值 10. 差分放大电路的共模信号是两个输入信号的_________。 (a) 和 (b) 差 (c) 平均值 11.集成运放的输出级采用互补推挽电路是为了_________。 (a) 提高电压放大倍数 (b) 减小失真 (c) 提高带负载能力 12.多级直接耦合放大器中，影响零点漂移最严重的一级是________。 (a) 输入级 (b) 中间级 (c) 增益最高的一级 13.共摸抑制比K CMR越大，表明电路_________。 (a) 放大倍数越稳定 (b) 交流放大倍数越大 (c) 抑制零漂的能力越强 14.差分放大电路由双端输出变为单端输出，则差模电压增益_________。 (a) 增加 (b) 减小 (c) 不变 15.差分放大电路由双端输出变为单端输出，则共模电压增益_________。 (a) 增加 (b) 减小 (c) 不变 16.差分放大电路由双端输入变为单端输入，则差模电压增益_________。 (a) 增加一倍 (b) 为双端输入时的1/2 (c)不变 17.差分放大电路如图所示。
第5章 集成运算放大器和模拟乘法器 线性应用电路习题解答 习 题 [5-1] 在题图5–1所示的电路中，A 均为理想运算放大器，其中的题图（e ）电路，已知运放的最大输出电压大于U Z ，且电路处于线性放大状态，试写出各电路的输出与输入的关系式。 A R 2R u I +_ u O +_ （a ） (b) A R 1R 2 I1u I2 u C A R R R /2 u I +_ u O +_ u O +_ (c) (d) (e) 题图5–1题5-1电路图 解： 图（a ）：u O =-2u I 图（b ）： 2 O I 12 R u u R R = ?+ 图（c ）：u O =-u I +2u I =u I 图（d ）：I 1I 2O 12 1()d u u u t C R R =-+? 图（e ）：当u I <0时， 2 O Z O 23 ,R u U u R R =+ + 故得2O 3(1)Z R u U R =+ [5-2] 在题图5–2所示的增益可调的反相比例运算电路中，已知R 1＝R w =10kΩ、R 2=20kΩ、U I =1V ，设A 为理想运放，其输出电压最大值为±12V ，求： 1． 当电位器R w 的滑动端上移到顶部极限位置时，U o =? 2． 当电位器R w 的滑动端处在中间位置时，U o =?
3． 电路的输入电阻R i =？ 题图5–2题5-2电路图 解： 1. I O1W O W O O112W W W -00-,U U R U R U U R R R R R ''''==='''+ 2O O1I 1 2V R U U U R ==-?=- 2. O O124V U U ==-， 相当反馈比第1项减弱 3. R i =R 1=10k Ω [5-3] 在图5.7.2所示电路中，欲使温度每变化1℃，o U 变化10mV ，R f1取值应为多少？为使I 1=273μA ，试确定一组R 1、R 2、R W 的取值。 D Z 图5.7.2 AD590测温电路 解： 在0℃时，I =273μA ，为此U o =0V ，所以I 1=273μA 流入AD590，使I f =0μA 。由于运放构成反相比例运算电路，有虚地特点，由此可计算R 2+R W 2W 5.1V += 18.6813k 0.273mA R R =Ω 取 R 2=17k Ω R W =2 k Ω R 1的取值决定稳压管工作在击穿区，稳压管工作电流一般可选5~10mA ，所以选 R 1=2 k Ω [5-4] 题图5–4中的VD 为一个PN 结测温敏感元件，它在20℃时的正向压降为0.560V ，其温度系数为–2mV/℃，设运放是理想的，其他元件参数如图所示，
第4章 集成运算放大电路 一 填空题 1、集成运放内部电路通常包括四个基本组成部分,即、、和 。 2、为提高输入电阻，减小零点漂移，通用集成运放的输入级大多采用_________________电路；为了减小输出电阻，输出级大多采用_________________ 电路。 3、在差分放大电路发射极接入长尾电阻或恒流三极管后，它的差模放大倍数ud A 将，而共模放大倍数uc A 将，共模抑制比CMR K 将。 4、差动放大电路的两个输入端的输入电压分别为mV 8i1-=U 和mV 10i2=U ，则差模输入电压为，共模输入电压为。 5、差分放大电路中，常常利用有源负载代替发射极电阻e R ，从而可以提高差分放大电路的。 6、工作在线性区的理想运放，两个输入端的输入电流均为零，称为虚______；两个输入端的电位相等称为虚_________；若集成运放在反相输入情况下，同相端接地，反相端又称虚___________； 即使理想运放器在非线性工作区，虚_____ 结论也是成立的。 7、共模抑制比K CMR 等于_________________之比，电路的K CMR 越大，表明电路__________越强。 答案：1、输入级、中间级、输出级、偏置电路；2、差分放大电路、互补对称电路；3、不变、减小、增大；4、-18mV , 1mV ；5、共模抑制比；6、断、短、地、断；7、差模电压放大倍数与共模电压放大倍数,抑制温漂的能力。 二选择题 1、集成运放电路采用直接耦合方式是因为_______。 A ．可获得很大的放大倍数 B .可使温漂小 C .集成工艺难以制造大容量电容 2、为增大电压放大倍数，集成运放中间级多采用_______。 A . 共射放大电路 B. 共集放大电路 C. 共基放大电路 3、输入失调电压U IO 是_______。 A .两个输入端电压之差 B .输入端都为零时的输出电压 C .输出端为零时输入端的等效补偿电压。 4、集成运放的输入级采用差分放大电路是因为可以______。
第4章自测题、习题解答 自测题4 一、选择 1.集成运放的输出级一般采用（）。 A. 共基极电路 B. 阻容耦合电路 C. 互补对称电路 2.集成运放的中间级主要是提供电压增益，所以多采用（）。 A. 共集电极电路 B. 共发射极电路 C. 共基极电路 3．集成运放的输入级采用差分电路，是因为（）。 A. 输入电阻高 B. 差模增益大 C. 温度漂移小 4．集成运放的制造工艺，使得相同类型的三极管的参数（）。 A 受温度影响小 B. 准确性高 C. 一致性好 5．集成运放中的偏置电路，一般是电流源电路，其主要作用是（）。 A. 电流放大 B. 恒流作用 C. 交流传输。 解：1、C 2、B 3、C 4、C 5、B 二、判断 1．运放的有源负载可以提高电路的输出电阻（）。 2．理想运放是其参数比较接近理想值（）。 3．运放的共模抑制比K CMR越高，承受共模电压的能力越强（）。 4．运放的输入失调电压是两输入端偏置电压之差（）。 5．运放的输入失调电流是两输入端偏置电流之差（）。 解：1、×2、×3、√4、√5、√ 三、选择 现有如下类型的集成运放，根据要求选择最合适的运放： ①．通用型②. 高阻型③. 低功耗型④. 高速型⑤. 高精度⑥. 大功率型⑦. 高压型。 1．作视频放大器应选用。 2．作内阻为500KΩ信号源的放大器应选用。 3．作卫星仪器中的放大器应选用。 4．作心电信号（？左右）的前置放大器应选用。 5．作低频放大器应选用。
作输出电流为4A 的放大器应选用 。 解：1、④ 2、② 3、③ 4、⑤ 5、① 6、⑥ 习题4 4．1通用型集成运算放大器一般由哪几个部分组成？每一部分常采用哪种基本电路？对每一基本电路又有何要求？ 解：通用型集成运算放大器一般由输入级、中间级、输出级组成。输入级采用差动放大电路，输入级要求尽量减小温度漂移。中间级采用共射放大电路，要求提供较高的电压放大倍数。输出级采用共集接法，互补对称电路，要求输出电阻要小。 4．2某一集成运算放大器的开环增益A od = 100dB ，差模输入电阻r i d = 5M Ω, 最大输出电压的峰─峰值为U OPP =±14V 。 (1) 分别计算差模输入电压（即u i = u + - u -）为5μV 、100µV 、1mV 、和-10V 、-1V 、-1mV 时的输出电压U O ； (2) 为保证工作在线性区, 试求最大允许的输入电流值。 解： （1）100520 10 10od A == 由o od i U A U = 故所求U o 分别为0.5V , 10V , 14V , -14V , -14V , -14V （2）最大允许的输入电压是max 514 14010 OPP i od U U V A μ= == 最大允许输入电流为max max 28i i id U I pA r = = 4．3图P 4－3是集成运放BG303偏置电路的示意图，已知±U CC =±15V ，外接偏置电阻R=1M Ω, 设三极管的β值均足够大, 试估算基准电流I REF 以及输入级放大管的电流I C1和I C2。
项目二任务五课堂教学设计（五）
课堂教学设计案例 一、教学内容 《电子技术基础与技能》（重庆大学出版社）任务五有源音箱制作之集成运放及应用（一） 二、课时 2课时 三、教材分析
本案例是重庆大学出版社出版的《电子技术基础与技能》任务五有源音箱制作，通过小型电子产品装配，来学习相关的知识和技能，包括：集成运放的运用，集成稳压电源，集成功放的应用；有源音箱的安装、调试与维修。 其中的集成运放及应用主要内容是集成运放基础知识及由运放构成的常见电路，为实际电路装接与电路分析与调试打下理论基础。 四、学生分析 1.学生对放大电路基础、差动放大电路、反馈等知识已经具备。 2.学生对于实际电路的分析能力不足，实际公式推导能力不足。 五、教学目标 学会： 1.集成运放结构、主要参数。 2. 能识别集成运放符号及外形。 3.理解虚短、虚断的概念。 会学： 1. 能区分常用集成运放的引脚顺序及功能。 2. 常见集成运放在实际电路中的应用。 3.能识读反相比例运算电路，会估算输出电压值。 乐学： 1.提高电路识图能力； 2.训练小组合作、竞争意识。 六、重点难点 （一）重点 1. 集成运放外形及引脚功能识别。 2. 虚短、虚断的概念。 （二）难点 1. 识读反相比例运算电路，会估算输出电压值。 七、教学策略
根据学情、教学目标和课程特点，采用提问、PPT演示，来唤醒学生对前面知识的记忆。对于重点及难点知识，教师结合PPT演示、实物演示与公式推导等手段教学，再让学生结合练习操作，教师巡视指导，使学生迅速把握重点知识及突破难点，如果在这个过程中教师发现学生普遍存在的薄弱环节则可以加深讲解力度，调整教学流程；通过学生展示与评价及小结等环节进一步发现问题并及时调整，最终完成教学目标。 八、教学环境 多媒体教学设备，教学PPT，常用集成运放实物。 九、教学过程 （一）导入 1. 教师：前面我们已经学习过放大电路的基础知识，所以首先我们一起来回顾放大器的用途和原理。 学生活动：学生思考、回答问题。 设计意图：复习已有知识，为导入集成运算放大器概念做准备，形成知识衔接。 2. 教师：在实际应用中，我们应用更广泛的是集成运算放大器。那么，什么是集成运算放大器呢？ 学生活动：学生浏览思考，回答。 设计意图：了解集成运放的概念。 3.教师：它在电路中又能起到什么样的作用呢？展示PPT。 学生活动：观看PPT，了解集成运放的应用。 设计意图：了解集成运放的应用。 （二）新授 1. 认识集成运放 （ 1 ）认识常见集成运放外形 教师活动：展示实物并讲解。 学生活动：观看LM324、NE5532等常见集成运放实物。 （ 2 ）了解集成运放内部结构 教师活动：播放PPT并讲解。 学生活动：观看PPT，了解集成运放内部结构。 （ 3 ）绘制集成运放符号 教师活动：播放PPT并要求学生绘制。
第四节集成运算放大器 一、集成运算放大器简介 1．集成运算放大器图形符号 图为集成运算放大器的图形符号，图a为新标准的图形符号，图b为旧标准的图形符号。“ ”表示运算放大器，“∞”表示开环增益极高，“+”为同相输入端，“－”为反相输入端。 2．集成运放的种类 集成运放产品分为通用型和特殊性两种： （1）通用型：它的特点是具有很高的最大差模输入电压和最大共模输入电压；输出具有短路保护功能；电源电压范围较广；不需要外接补偿电容等。 （2）特殊性 高输入阻抗型差模输入电阻不小于109Ω。 高精密型或称为低漂移型，∆V IO/∆T小于2 μV/℃。 宽带型增益带宽极大 低功耗型电源电压在±15 V时，最大功耗不大于6 mW。 高速型转换速率应大于30 V/μs。 高压型输出电压较高。 下表为部分国产运放的型号及分类： 类别型号部标国标国外同类型号 通用型Ⅰ F001 μA702 μPC51 LM702 F002 CF702 Ⅱ F004 BE809 F003 μ A709 μPC55 LM709 F005 CF709 Ⅲ F006 μ A741 F007 CF741 TA7504 F008 LM741 特殊型低功耗型F010 F011 CF253 μPC253
3．主要参数 集成运算放大器的性能可以用各种参数来反映，为了正确选择和使用集成运算放大器必须理解和掌握这些参数，下面我们就来介绍这些参数。 （1）开环电压放大倍数A VD 指无外加反馈时，集成运算放大器本身的差模电压放大倍数，它体现运算放大器的放大能力。 （2）差模输入电阻r id 是指差模输入时，运算放大器无外加反馈回路是的输入电阻，r id 大的运算放大器性能好。 （3）开环输出电阻r od 指运算放大器无外加反馈回路是的输出电阻，r od 小的运算放大器带负载能力强。 （4）共模抑制比K CMR 用来综合衡量运算放大器的放大、抗零漂、抗共模干扰的能力。定义为 VC VD A A K = CMR （5）输入失调电压V IO 输入信号为零时，为使输出信号也为零，在输入端所加的补偿电压值，V IO 越小越好。 （6）输出峰—峰电压V OPP 运算放大器在空载情况下，最大不失真输出电压的峰—峰值。 （7）静态功耗P D 运算放大器在输入端短路、输出开路时所消耗的功率。 二、集成运算放大器的应用 1．集成运放的理想特性
集成运算放大器教案 课程名称：集成运算放大器 学段：高中 学科：物理 教学目标： 1. 了解集成运算放大器的基本原理和结构。 2. 理解集成运算放大器的电压放大特性和输入输出特性。 3. 掌握集成运算放大器的基本运算电路。 4. 能够运用集成运算放大器解决实际问题。 教学内容： 1. 集成运算放大器的基本原理 a. 介绍集成运算放大器的定义和作用。 b. 解释运算放大器的反馈回路的作用和原理。 c. 介绍集成运算放大器的输入阻抗、输出阻抗和增益特性。 2. 集成运算放大器的电压放大特性 a. 研究运算放大器的输入和输出之间的关系。 b. 介绍集成运算放大器的放大倍数和输入信号的范围。
c. 讨论集成运算放大器的输出范围和饱和特性。 3. 集成运算放大器的基本运算电路 a. 探究集成运算放大器的反向比例放大电路。 b. 研究集成运算放大器的加法电路和减法电路。 c. 介绍集成运算放大器的积分电路和微分电路。 4. 应用集成运算放大器解决实际问题 a. 分析集成运算放大器在电压测量和电流测量中的应用。 b. 讨论集成运算放大器在仪器放大器和信号调理中的应用。 c. 引导学生设计和搭建简单的集成运算放大器电路。 教学步骤： 1. 导入： 利用一个实际问题，如温度测量、声音放大等，引起学生对集成运算放大器的兴趣。 2. 知识讲解： 结合多媒体展示，讲解集成运算放大器的基本原理、电压放大特性和基本运算电路。 3. 实验演示：
展示一些实验演示装置，如比例放大电路、积分电路等，帮助学生直观理解集成运算放大器的工作原理。 4. 讨论与实践： 分组讨论集成运算放大器在实际问题中的应用，并引导学生设计和搭建相应电路。 5. 总结与评价： 引导学生总结本堂课所学的知识点，并进行评价和互动。 教学资源和评估： 1. 多媒体设备和教学演示装置。 2. 实验器材和电路元件。 3. 学生小组讨论和设计集成运算放大器电路。 4. 课后作业和自主学习材料。 评估方式： 1. 教师观察和记录学生的参与度和表现。 2. 学生小组设计的集成运算放大器电路的功能和效果。 3. 课后作业和测试。 教学延伸： 1. 鼓励学生独立研究更复杂的集成运算放大器电路和应用。
第五章习题参考答案 5-1 试判断图5-22所示集成运放电路的反馈类型。 a) b) 图5-22题5-1的图 答 （a ）F R 、1R ：引入串联电压负反馈。 （b ）F R 、1R ：引入了正反馈。 5-2 电路如图5-23所示，解答下列为题： 1）1F R 引入了何种反馈，其作用如何？ 2）2F R 引入了何种反馈，其作用如何？ 图5-23 题5-2图 解 1)1F R 、3E R 引入的是直流电流并联负反馈。其作用是稳定静态电流2E I 。其稳定过程如下：↓↓→↓→↑→↑→↑→↑→2211122E B C C B E E I I U I I U I 2)2F R 引入的是交、直流电压串联负反馈。其作用是交流电压串联负反馈可改善放大器的性能，如提高电压放大倍数的稳定性、减小非线性失真、抑制干扰和噪声、展宽放大电路的通频带等。由于是电压负反馈还可使反馈环路内的输出电阻降低)1(AF +倍。由于是串联反馈可使反馈环路内的输入电阻增加)1(AF +倍。2F R 引入的直流电压串联负反馈的作用是稳定静态电压2C U ，其稳定过程如下： ↓↑→↑→↓→↓→↑→↑→2211112C C C C B E C U I U I I u U
5-3 在图5-24所示的两级放大电路中，（1）那些是直流负反馈；（2）哪些是交流负反馈，并说明其类型；（3）如果F R 不接在T 2的集电极，而是接在C 2与L R 之间，两者有何不同？（4）如果F R 的另一端不是接在T 1的发射极，而是接在它的基极，有何不同，是否会变为正反馈？ 5-24 题5-3图 解 1)1E R 、2E R 直流串联电流负反馈，F R 、1E R 直流电压串联负反馈。 2)F R 、1E R 交流电压串联负反馈。 3)如果F R 不接在T 2的集电极，而是接在C 2与L R 之间，则F R 、1E R 只有交流 电压串联负反馈，没有直流反馈。 4)如果F R 的另一端不是接在T 1的发射极，而是接在它的基极，则变为正反馈。 5-4 对图5-25所示电路，该电路都引进了哪些级间反馈？判断其反馈类型。 图 图5-25 题5-4图 答 6R 、7R 引入直流电压并联负反馈；4R 引入交、直流电流串联负反馈。 5-5 放大电路如图5-26所示，试分别判断各电路反馈的极性和组态。 答 （a ）F R 、1R ：串联电流负反馈； （b ）F R 、1R ：正反馈。
第八章集成运算放大器 8.1直接耦合放大电路 一、前后级静态工作点的配置问题 直接耦合使各放大级的工作点互相影响，这是构成直接耦合多级放大电路时首先要加以解决的问题。 1、用发射极电阻调节电位的直接耦合放大电路 2、用二极管调节电位的直接耦合放大电路 3、用稳压管调节电位的直接耦合放大电路 4、采用NPN型三极管和PNP型三极管组成互补耦合放大电路 二、零点漂移问题 当放大器的输入信号U i =0时，其输出电压u 往往不为常数，或者三极管的工 作点随时间而逐渐偏离原有静态值的现象。 产生零点漂移的原因：电路中参数变化，如电源电压波动、元件老化、半导体元件参数随温度而变化。其中主要原因是温度的影响，所以有时也用温度漂移或时间漂移来表示。工作点参数的变化往往由相应的指标来衡量。 一般将在一定时间内，或一定温度变化范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数，即将输出级的漂移值归算到输入级来表示的。例如μV/︒C 或μV/min。 因此，克服零漂、提高电压放大倍数是直接耦合放大电路的主要研究内容。 8.2差动放大电路
一、直接耦合放大电路的零点漂移 直接耦合放大电路的零点漂移主要是晶体管的温漂造成的。在基本差动放大电路中，利用参数的对称性进行补偿来抑制温漂。在长尾电路和具有恒流源的差动放大电路中，还利用共模负反馈或恒流源抑制每只放大管的温漂。 二、差动放大电路组成及特点 1、电路组成 差分放大器是由对称的两个基本放大电路通过射极公共电阻耦合构成的。“对称”的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对应相等，即R c1=R c2，R b1=R b2，β1=β2，V BE1=V BE2，r be1= r be2，I CBO1=I CBO2。 2、电路特性 （1）差动放大电路对零漂在内的共模信号有抑制作用； （2）差动放大电路对差模信号有放大作用； （3）共模负反馈电阻Re的作用：①稳定静态工作点。②对差模信号无影响。 ③对共模信号有负反馈作用：Re越大对共模信号的抑制作用越强；也可能使电路的放大能力变差。 3、差动放大电路的输入和输出方式 （1）差动放大电路可以有两个输入端：同相输入端和反相输入端。根据规定的正方向，在某输入端加上一定极性的信号，如果输出信号的极性与其相同，则该输入端称为同相输入端。反之，如果输出信号的极性与其相反，则该输入端称为反相输入端。 （2）信号的输入方式：若信号同时加到同相输入端和反相输入端，称为双端输入；若信号仅从一个输入端加入，称为单端输入。 （3）信号的输出方式：差动放大电路可以有两个输出端：集电极C 1和C 2 。 从C 1和C 2 输出称为双端输出；仅从集电极C 1 或C 2 对地输出称为单端输出。 按照信号的输入、输出方式，或输入端与输出端接地情况的不同，差动放大
第12章 线性集成运算放大器和运算电路 12.1 多级放大电路 12.1.1 常见的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和变压器耦合 耦合方式 ● 阻容耦合 图示是两级电容耦合放大器,它通过电容C 2将第一级和第二级连接起来。 ● 直接耦合 图示电路采用直接耦合方式。第一级的输出信号通过导线直接加到第二级的输入端,信号能顺利传递，但此时第一级和第二级的直流工作状态互相影响。 ● 变压器耦合 图示电路为变压器耦合放大器,第一级与第二级之间通过变压器传递交流信号,直流没有联系,静态工作点是独立的。 U s R E C ＋ － o L ＋E C R U s
前后级静态工作点相互影响的问题。 解决的方法是：在后级发射极加电阻、在后级发射极加二极管、用PNP 型管与NPN 型管互补构成。 存在零点漂移。 零点漂移：输入ui=0时，，输出有缓慢变化的电压产生。 产生零漂的原因：由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。 零漂的衡量方法：将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。 减小零漂的措施 用非线性元件进行温度补偿 采用差动放大电路 12.2 集成运算放大器 12.2.1 集成运放的主要特点 集成运算放大器——高增益的直接耦合的集成的多级放大器。 集成电路的工艺特点： （1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实现需要对称结构的电路。 （2）集成电路的芯片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。 （3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。 （4）只能制作几十pF 以下的小电容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大电容，只有外接。 （5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。 12.2.2 典型结构 （1）输入级：是双端输入、单端输出的差动放大电路，两个输入端分别为同相输入端和反相输入端，作 u o t