3.2.4 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3.4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3.4 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：
（1）-+>u u 时OM o U u +=，-+
3.2.5 放大电路中的负反馈 1．反馈的基本概念
反馈：将放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部，通过某种电路（称为反馈电路）送回到输入回路，从而影响输入信号的过程。 正反馈：反馈信号增强输入信号。 负反馈：反馈信号削弱输入信号。
负反馈放大电路的原理框图如图3.5所示。放大倍数（闭环放大倍数）为：
AF
A
x x A +=
=1i o f 式中d o x x A =是基本放大电路的放大倍数（开环放大倍数），o
f x x
F =是反馈网络的反馈系数。
x o
x i
图3.5 负反馈放大电路的原理框图
应用瞬时极性法判别反馈极性（判别是正反馈还是负反馈）的方法：
（1）任意设定输入信号的瞬时极性为正或为负（以⊕或 标记）。 （2）沿反馈环路逐步确定反馈信号的瞬时极性。
（3）根据反馈信号对输入信号的作用（增强或削弱）确定反馈极性。 晶体管、场效应管及集成运算放大器的瞬时极性如图3.6所示。
+
-（a ）晶体管 （b ）场效应管 （c ）集成运算放大器
图3.6 晶体管、场效应管及集成运算放大器的瞬时极性
3.5.2 负反馈的类型及其判别
负反馈放大电路有电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈和电流并联负反馈4种类型。
电压反馈和电流反馈的判别：电压反馈的反馈信号取自输出电压，反馈信号与输出电压成正比，所以反馈电路是直接从输出端引出的，若输出端交流短路（即0o =u ），则反馈信号消
失；电流反馈的反馈信号取自输出电流，反馈信号与输出电流成正比，所以反馈电路不是直接从输出端引出的，若输出端交流短路，反馈信号仍然存在。
串联反馈和并联反馈的判别：串联反馈的反馈信号和输入信号以电压串联方式叠加，即f i d u u u -=，以得到基本放大电路的净输入电压u d ，所以反馈信号与输入信号加在两个不同的输入端；并联反馈的反馈信号和输入信号以电流并联方式叠加，即f i d i i i -= ，以得到基本放大电路的净输入电流i d ，所以反馈信号与输入信号加在同一个输入端。
3．负反馈对放大电路性能的影响
（1）减小放大倍数，AF A
A +=
1f 。
（2）稳定放大倍数，A dA
AF A dA +=11f f 。
（3）减小非线性失真。
（4）展宽通频带。
（5）改变输入电阻和输出电阻。
对输入电阻的影响：串联负反馈使输入电阻增大，并联负反馈使输入电阻减小。 对输出电阻的影响：电压负反馈使输出电阻减小，电流负反馈使输出电阻增大。
习 题
5-1 试根据F007运算放大器的电路说明为什么“2”端是反相输入端；“3”端是同相输入端。
解：“2”端是反相输入端，从此端输入输出波形与输入波形反相，““3”端是同相输入端，从此端输入输出波形与输入波形同相，
5-2 判断题图5-48图所示各电路的反馈类型。
a ）
b ）
c ）
图5-48 题5-2图
解： a) 1M Ω电阻：交直流电流并联负反馈；
3.9k Ω和12 k Ω电阻：交直流电流串联负反馈
b) R f 电阻：交流电流串联正反馈；
R e11，R e2电阻：交直流电流串联负反馈； R e12电阻：直流电流串联负反馈
c) R f ：交流电压串联负反馈；
R e1：交直流电流串联负反馈； R e2：直流电流串联负反馈
5-3 电路见图5-9，要求：(1) 指出图中的反馈电路，判断反馈极性(正、负反馈 )和类型。(2) 若已知i o 3u u -=，Ω=k 5.7/i i i u ，R 1 = R 6，求 电 阻R 6为多少？(3) 求电路的输入电阻I r
u O
u I ∞+
∞+
图5-49 题5-3图
解： (1) R 2为第一级的反馈电阻构成并联电压负反馈。4R 、R 5为第二级的反馈电压阻构成串联电压负反馈。R 6为两级间的反馈电阻构成并联电压负反馈 (2) 1616
3i i i
i u u u i i i R R +=+=
+ 6616
7.537.535
i i i i i i u u R
k R k u u u i R R ===Ω=Ω++
(3) i 7.5k r =Ω？？？？？？？？？？？？
5-4 分析图5-50中两个电路的级间反馈，试回答：(1) 是正反馈还是负反馈，是直流反
馈还是交流反馈？何种类型？(2) 各自的电压放大倍数大约是多少？
u i
u o
u i
u o
a) b)
图5-50 题5-4图
解：(1) a). R 2 ：交直流电压并联负反馈，b). R 5 ：电压串联正反馈 (2) a)
001100100i o
o
u i
u u u A u --==
=- b)
11110
i o i
o
u i
u u u u A u -==
=
5-5 电路见图5-51，要求：(1) 指出反馈电路，判断反馈的正负及类型；(2) 写出输出电压o u 与输入电压i u 之间关系的表达式；(3) 输入电阻 ?/i i i ==i u r
－＋
＋
∞
u O
图5-51 题5-5图
解： (1) R f ：电压并联负反馈 (2)
111i o i
o
F u F
i u u u u R A R R u R ??
-+==
=-+ ???
(3) ∞=i r
5-6 在图5-52所示的电路中，线性组件A 均为理想运算放大器(图5-52e 电路中，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
i
u o
u R
2R
a ） b)
A R 1R 2
o u i1u i2
u C
A
i
u o
u R R
R/2
3
c) d) e)
图5-52 题5-6图
解：a)
0022i o
o
u i
u u u A R R
u --==
=- b)
2
2
21
21
o i o
u i u R R u u A R R u R R ==
=++
c) 1o
i o u i
u u u A u ==
= d)
121212121i i o i i o u u du u u C u dt R R dt
C R R ??
+=-=-
+ ???
? e)
23
2
23
3
o o z
o z R R R u u U u U R R R +=-=-
+
5-7 在图5-53所示的两个电路中A 1和A 2都是理想的集成运放放大器。 (1) 比较这两个电路在反馈方式上的不同。(2) 计算图5-53a 电路的电压放大倍数；(3) 若要图5-53a 和b 两个电路的电压放大倍数相同，则电阻R 2应选多大？
++-
+
+
-R 1R 5
R 6
R 3
u i
u o
A
1
A 2
u
o 1
R 2Ω
1k Ω 9k Ω 9k Ω
1k Ω
900++-
+
+
-R 1
R 4
R 3
u i
u o
A
1
A 2
u
o 1
Ω
1k R 2
a ）
b ）
图5-53 题5-7图
解：（1）a)图中的反馈方式为单级反馈，R 2、R 5为电压串联负反馈；
b)图中的反馈方式为级间反馈，R 2为电压串联负反馈 (2)
1111010019i o i
o
u u u i
u u u u A A A u -====
= (3)
222
(1)(1)1i o i
o
o i u i
u u u u u R u A R R u -==+=
=+ R 2=99 k Ω 5-8 电路见图5-54，已知15CC ±=±V V ，试分别画出S 断开和合上时的o u 波形。
图5-54 题5-8图
解：S 断开时：
326i o o
i u u u R R u -==- S 闭合时;
40.56i o o
i
u u
u R R R
u -==-+学生都2 i
u
5-9 电路见图5-55，R =100k Ω，求输出电压o u 与输入电压i u 之间关系的表达式。
图5-55 题5-9图
解：设第二个放大器A2的输出为o2u
对第一个放大器： 22
22o o i o
u u u u R R -
-= 得出2i o o u u u =- 对第二个放大器：2
o o u u R R
-= 得出
2o o u u =- 所以
0.5o i u u =-
5-10 试设计一电路，完成如下运算功能：i3i2i1o 1095u u u u +-=，且要求每路输入电
阻不小于10Ωk 。 5-11 加法运算电路和输入电压i1u ，i2u 的波形见图5-56，画出输出电压O u 的波形，算
出最大值om U 。
-∞＋
＋
20k Ω
20k Ω
10k Ω
5k Ω
u I1
I2
u O
I /V
1
2
34
5
6
78
9
/s
I1I21V 2V
∞＋
＋
k Ω
k Ω
k Ω
k Ω
I1
I2O
u I /V
123456789
t /s
u I1
u I2
?
??
1
2-1V -2V
图5-56 题5-11图
解：()12122201020
i i o
o i i u u u u u u +=-=-+
om 4V U =
5-12 电路见图5-57，求输出电压o u 与输入电压u i1，u i2 之间运算关系的表达式。
i
u i2
i1
u u i
u i2
i1u u