第五章集成运算放大器
第一节直流放大器
教学目的：1、了解直流放大器的概念。
2、掌握直流放大器存在的问题。
3、掌握解决直流放大器零点漂移的问题。
4、掌握差动放大器的工作原理。
教学重点：1、直流放大器存在的问题。
2、差动放大器抑制零漂的工作原理。
教学难点：1、差动放大器抑制零漂的工作原理。
教学方法与手段：1、教师讲授与学生练习相结合。
2、板书与多媒体课件相结合。
课时计划：3课时
一、集成运算放大器
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。
直流放大器：用来放大缓慢变化的信号或某个直流量的变化的放大电路，称为直流放大器。
二、 流放大器存在的两个问题 1、 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。 2、 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。 3. 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 三、 差动放大器
u o
t
u u i1
i2E E
一).结构: 对称性结构
即：β1＝β2＝β U BE1=U BE2= U BE r be1= r be2= r be R C1=R C2= R C R b1=R b2= R b
1. 差动放大电路一般有两个输入端：
双端输入——从两输入端同时加信号。
单端输入——仅从一个输入端对地加信号。
2. 差动放大电路可以有两个输出端。
双端输出——从C1 和C2输出。
单端输出——从C1或C2 对地输出。
3. 差模信号与共模信号
差模信号：u id=u i1-u i2
共模信号：u ic=1/2(u i1+u i2)
差模电压增益：A ud=U od/U id
共模电压增益：A uc=U oc/U ic
总输出电压：u o=u od+u oc=A ud u id+A uc u ic
4. 共模抑制比 K CMR=A ud/A uc
二）.
1、静态时
U I1＝U I2 U O＝0
2、抑制零漂的原理
当u i1= u i2= 0 时，
U C1 = U C2U o= U C1 - U C2= 0
u u
i1i2
E E
()
be
id 2r R R b +=c
o 2R R =0
uc
=A 当温度变化时：设T i c1 , i c2 u c1 , u c2
u o = u c1 - u c2 = 0
3.电路的动态分析
(1)加入差模信号u i1=-u i2 =u id /2，u ic =0。
若u i1 ,u i2 ib 1 ,i b2 i e1 ,i e2 I Re 不变 U E 不变 所以，Re 对差模信号相当于短路。
②差模输入电阻 ③输出电阻
(2)加入共模信号 共模电压放大倍数 本课小结：1、直流放大器存在的两个问题：静态工作点相互影响的问题，零点漂移的问题。
2、 解决零点漂移的办法是采用差动放大器。
3、 差动放大器抑制零漂的原理。
作业：《电子技术基础》教材P112 5－1、5－2、5－3
第二节 OCL 电路与OTL 电路
教学目的：1、掌握OCL 电路与OTL 电路的结构及工作原理。
2、掌握消除交越失真的方法。
教学重点：1、OCL 电路与OTL 电路的工作原理。 2、输出功率的计算。 教学难点：1、交越失真的消除方法。
教学方法与手段：1、教师讲授与学生练习相结合。 2、板书与多媒体课件相结合。 课时计划：4课时 一、OCL 电路 一）、电路结构
电路中采用了正负两组电源，采用两个晶体管：NPN 、PNP 各一只；其中V1为NPN 型，V2为PNP 型，两管极性相反，性能一致。两只三
-Vcc
o
极管的基极连在一起，作为信号的输入端，发射级连在一起，作为信号的输出端，组成互补对称式射极输出器。
二）、工作原理
-Vcc
1、静态工作情况分析
u i = 0V ，V1、V2均工作于截止状态，I B1=I B2=0，I C1=I C2=0，（乙类工作状态） u o = 0V
2、动态工作情况分析
输入信号正半周，U i>0，V1加正向电压导通，V2加反向电压截止，i l=i c1，u o≠0,
输入信号负半周，u i <0, V1加反向电压截止，V2加正向电压导通，
i l=i c2,u o≠0。
V1、V2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。
三、实际双电源互补对称功率放大电路
1、电路结构
u o
电路中增加R1、D1、D2、R2。
2、工作原理
1)、静态工作情况分析
V1、V2两管发射结电压分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态——工作于甲乙类状态。
2)、动态工作情况分析
设u i加入正弦信号。正半周V2加反向电压截止，V1基极电位进一步提高，进入良好的导通状态，i l=i c1,负半周V1加反向电压截止，V2基极电位进一步降低，进入良好的导通状态，i l=i c2。从而避免了交越失真。
四)、分析计算
最大不失真输出功率P
omax
二）、单电源互补对称电路――OTL 电路 一）电路结构
电路中只采用了一组电源，采用了两只极性相反，性能一致的三极管三极管的基极连在一起，作为信号的输入端，发射级连在一起，作为信号的输出端，组成互补对称式射极输出器，在OCL 电路的基础上增加了一个电容C ，C 的作用有两个，一是作为输出耦合电容，二是作为负电源使用。 二、工作原理
o
1、静态工作情况分析
u i = 0V ，V1、V2均工作于截止状态，I B1=I B2=0，I C1=I C2=0，（乙类工作状态） u o = 0V，A点电位是电源电压的一半。
2、动态工作情况分析
输入信号正半周，U i>0，V1加正向电压导通，V2加反向电压截止，i l=i c1，u o≠0,
输入信号负半周，u i <0, V1加反向电压截止，V2加正向电压导通，
i l=i c2,u o≠0。（由电容供电）
V1、V2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。同样存在交越失真。
三）、实用型OTL电路
C1
C1
与R 组成自举电路
（1）静态偏置：调整R W 阻值的大小，可使 此时电容上电压
（2）动态分析
U i 负半周时，V1导通、V2截止；U i 正半周时，V1截止、V2导通。 （电容起到了负电源的作用）由于C 1很大，两端电压基本不变，使C 1上端电位随输出电压升高而升高。保证输出幅度达到VCC/2。 （3）输出功率及效率
四）复合管
复合管的复合原则是：1、保证参与复合的每只管子有各自的正确的电流流向。
2、复合管的类型由第一只管子决定。 本课小结：
1．功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流都很大。要求在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和效率。 2．为了提高效率，在功率放大器中，BJT 常工作在乙类和甲乙类状态下，并用互补对称结构使其基本不失真。这种功率放大器理论上的最大输出效率可以达到78.5％。
3．互补对称功率放大器的几种主要结构： OCL （双电源）——乙类、甲乙类。
OTL （单电源）——乙类、 甲乙类。
CC P
21
V U =CC C 2
1
V U =L
CC L
o o R V R U P 8)
2
(
2
2
max
max =
=
%
5.78max
=η
第三节集成运算放大器的基础知识
教学目的：1、了解集成运放的电路组成及符号。
2、掌握理想集成运算放大器的特点。
教学重点：理想集成运算放大器的特点。
教学难点：理想集成运算放大器的特点。
教学方法与手段：1、教师讲授与学生练习相结合。
2、板书与多媒体课件相结合。
课时计划：2课时
一、集成运放的电路组成及符号
集成运放的方框图
输入级主要是抑制零点漂移。
电压放大级主要是起电压放大作用。
输出级采用射极输出器主要是提高带负载能力。
偏置电路主要是供给各级直流电压，保证各级有合适稳定的静态工作点。
集成运放的图形符号
二、集成运放的主要参数
1、开环差模电压放大倍数Avo
2、输入失调电压V IO
3、输入失调电流I IO
4、共模抑制比K CMR
5、输出峰－峰电压V OPP
三、理想集成运放
理想集成运放所具备的条件是：
1、开环电压放大倍数A VO＝∞
2、输入电阻r i＝∞
3、输出电阻r o=∞
4、共模抑制比K CMR＝∞
理想运放的两个重要结论：
1、理想运放的两输入端电位差趋于零。
即：U P＝U N
2、理想运放的输入电流趋于0
即：I I＝0
本课小结：1、集成运放的电路组成及符号。
2、集成运放的主要参数。
3、理想运放的主要条件。
作业：《电子技术基础》教材P112 5－4、5－5、5－6
第四节集成运算放大器构成的运算电路
教学目的：1、了解反相比例运算放大器反、同相比例运算放大器的组成及计算。
2、掌握虚地、虚短、虚断的含义。
教学重点：反相比例运算放大器、同相比例运算放大器的计算。
教学难点：虚地、虚短、虚断的含义。
教学方法与手段：1、教师讲授与学生练习相结合。
2、板书与多媒体课件相结合。
课时计划：4课时
一、反相比例运算放大器
一）、电路结构
因为r i=∞,I i=0,V P=V N=0，故P与相当于短路，称为虚短，所
以N点称为虚地，这是反相运算放大器的一个重要特点。
二、 同相比例运算放大器 一）、电路结构
闭环电压放大倍数为：
1
F o R R u u A i
uf -
==
当1F R R =时，i u u -=o ，即1-=uf A ，该电路就成了反相器。
图中电阻R p 称为平衡电阻，通常取F 1p //R R R =，以保证其输入端的电阻平衡，从而提高差动电路的对称性。
同反相输入比例运算电路一样，为了提高差动电路的对称性，平衡电阻F 1p //R R R =。 闭环电压放大倍数为：
1
F o 1R R u u A i
uf +
==
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1。当0f =R 或∞=1R 时，i u u =o ，即
1=uf A ，这时输出电压跟随输入电压
作相同的变化，称为电压跟随器。
本课小结：1、反相比例运算放大器中的虚地，虚短、虚断的概念。
2、反相比例运算放大器的闭环放大倍数：
Avf=v o/v i=-R f/R1
3、同相比例运算放大器的闭环放大倍数：
Avf=V O/V i=I1(R1+R f)/R1I1=1+R f/R1
作业：《电子技术基础》教材P112 5－9
第五节 集成运算放大器的应用
教学目的：1、了解加法运算放大器减法运算放大器的组成及计算。
2、了解各种信号转换电路的工作原理。
3、 了解运算放大器的使用常识
教学重点：加法运算放大器减法运算放大器的组成及计算。 教学难点：各种信号转换电路的工作原理。 教学方法与手段：1、教师讲授与学生练习相结合。 2、板书与多媒体课件相结合。 课时计划：4课时 一、 运算电路 一）、加法运算电路
二、 减法运算电路
根据运放工作在线性区的两条分析依据可知：
21f i i i +=
1
11R u i i =
，2
22R u i i =
，F
o f R u i -
=
由此可得：
)(
22
F 11
F o i i u R R u R R u +
-=
若F 21R R R ==，则：
)(21o i i u u u +-=
可见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。这一运算关系可推广到有更多个信号输入的情况。平衡电阻F 21p ////R R R R =。
例：求图示电路中u o 与u i 1、u i 2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。
1
1
F 22
F o12
F 11
F o 2
o1)(
i i i i u R R u R R u R R u R R u u u -
=
+
-=-=
三、 运放的使用注意事项 1、输入端保护
《电路与电子学基础》实验报告 实验名称集成运算放大器应用 班级2013211XXX 学号2013211XXX 姓名XXX
实验7.1 反相比例放大器 一、实验目的 1．测量反相比例运算放大器的电压增益，并比较测量值与计算值。 2．测定反响比例放大器输出与输入电压波形之间的相位差。 3．根据运放的输入失调电压计算直流输出失调电压，并比较测量值与计算值。 4．测定不同电平的输入信号对直流输出失调电压的影响。 二、实验器材 LM 741 运算放大器 1个 信号发生器 1台 示波器 1台 电阻：1kΩ 2个，10kΩ 1个，100kΩ 2个 三、实验步骤 1.在EWB平台上建立如图7-1所示的实验电路，仪器按图设置。 单击仿真开关运行动态分析，记录输入峰值电压 V和输出峰值电压 ip V，并记录直流输出失调电压of V及输出与输入正弦电压波形之间的op 相位差。
Vip=4.9791mV Vop=498.9686mV Vof=99.37mV 相位差π 2.根据步骤1的电压测量值，计算放大器的闭环电压增益Av。 Av=-100.2 3.根据电路元件值，计算反相比例运算放大器的闭环电压增益。 Av=-100 4.根据运放的输入失调电压 V和电压增益Av，计算反相比例运放 if 的直流输出失调电压 V。 of Vof=100mV 四、思考与分析 1．步骤3中电压增益的计算值与步骤1，2中的测量值比较，情况如何？ 计算值为-100，测量值为-100.2，基本相等，略有误差
2．输出与输入正弦电压波形之间的相位差怎样？ 相位差为π 3．步骤1中直流输出失调电压的测量值与步骤4中的计算值比较，情况如何？ 测量值为99.37mV,计算值为100mV,基本相等，略有误差 4．步骤1中峰值输出电压占直流输出失调电压的百分之几？ 500% 5．反馈电阻 R的变化对放大器的闭环电压增益有何影响？ f 在R1一定的条件下，Rf越大，闭环电压增益越大 实验7.2 加法电路 一、实验目的 1．学习运放加法电路的工作原理。 2．分析直流输入加法器。 3．分析交直流输入加法器。 4．分析交流输入加法器。 二、实验器材 LM741 运算放大器 1个直流电源 2个 0～2mA毫安表 4个万用表 1个 信号发生器 1台
第三章集成运放电路 一、填空题 1、（3-1，低）理想集成运放的A ud=，K CMR=。 2、（3-1，低）理想集成运放的开环差模输入电阻ri=，开环差模输出电阻ro=。 3、（3-1，中）电压比较器中集成运放工作在非线性区，输出电压Uo只有或 两种的状态。 4、（3-1，低）集成运放工作在线形区的必要条件是___________ 。 5、（3-1，难）集成运放工作在非线形区的必要条件是__________，特点是___________，___________。 6、（3-1，中）集成运放在输入电压为零的情况下，存在一定的输出电压，这种现象称为__________。 7、（3-2，低）反相输入式的线性集成运放适合放大(a.电流、b.电压) 信号，同相输入式的线性集成运放适合放大(a.电流、b.电压)信号。 8、（3-2，中）反相比例运算电路组成电压（a.并联、b.串联）负反馈电路，而同相比例运算电路组成电压（a.并联、b.串联）负反馈电路。 9、（3-2，中）分别选择“反相”或“同相”填入下列各空内。 （1）比例运算电路中集成运放反相输入端为虚地，而比例运算电路中集成运放两个输入端的电位等于输入电压。 （2）比例运算电路的输入电阻大，而比例运算电路的输入电阻小。 （3）比例运算电路的输入电流等于零，而比例运算电路的输入电流等于流过反馈电阻中的电流。 （4）比例运算电路的比例系数大于1，而比例运算电路的比例系数小于零。 10、（3-2，难）分别填入各种放大器名称 （1）运算电路可实现A u＞1的放大器。 （2）运算电路可实现A u＜0的放大器。 （3）运算电路可将三角波电压转换成方波电压。 （4）运算电路可实现函数Y＝aX1＋bX2＋cX3，a、b和c均大于零。 （5）运算电路可实现函数Y＝aX1＋bX2＋cX3，a、b和c均小于零。 11、（3-3，中）集成放大器的非线性应用电路有、等。
第九章集成运算放大器及其应用（易映萍） 9.1 差分放大电路 9.2互补功率放大电路 9.3 集成运算放大电路 9.4 理想集成运放的线性运用电路 9.5 理想集成运放的非线性运用电路 习题 第九章集成运算放大器及其应用 9.1 差分放大电路 9.1.1 直接耦合多级放大电路的零点漂移现象 工业控制中的很多物理量均为模拟量，如温度、流量、压力、液面和长度等，它们通过不同的传感器转化成的电量也均为变化缓慢的非周期性连续信号，这些信号具有以下两个特点： 1．信号比较微弱，只有通过多级放大才能驱动负载； 2．信号变化缓慢，一般采用直接耦合多级放大电路将其放大。 u＝0）时，人们在试验中发现，在直接耦合的多级放大电路中，即使将输入端短路（即 i u≠0）,这种现象称为零点漂移（简称为零漂），如图输出端还会产生缓慢变化的电压（即 o 9.1所示。 （a）测试电路（b）输出电压u o的漂移 图9.1 零点漂移现象 9.1.2 零漂产生的主要原因 在放大电路中，任何参数的变化，如电源电压的波动、元件的老化以及半导体元器件参数随温度变化而产生的变化，都将产生输出电压的漂移，在阻容耦合放大电路中，耦合电容对这种缓慢变化的漂移电压相当于开路，所以漂移电压将不会传递到下一级电路进一步放
大。但是，在直接耦合的多级放大电路中，前一级产生的漂移电压会和有用的信号（即要求放大的输入信号）一起被送到下一级进一步放大，当漂移电压的大小可以和有用信号相当时，在负载上就无法分辨是有效信号电压还是漂移电压，严重时漂移电压甚至把有效信号电压淹没了，使放大电路无法正常工作。 采用高质量的稳压电源和使用经过老化实验的元件就可以大大减小由此而产生的漂移，所以由温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移现象的主要原因，因而也称零点漂移为温度漂移，简称温漂，从某种意义上讲零点漂移就是静态工作点Q点随温度的漂移。 9.1.3抑制温漂的方法 对于直接耦合多级放大电路，如果不采取措施来抑制温度漂移，其它方面的性能再优良，也不能成为实用电路。抑制温漂的方法主要由以下几种： （1）采用稳定静态工作的分压式偏置放大电路中Re的负反馈作用； （2）采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的变化； （3）采用特性完全相同的三极管构成“差分放大电路”； 9.1.4 差分放大电路 差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路。直接耦合的多级放大电路的组成框图如图9.2所示。 图9.2 多级放大的组成框图 A倍后传送到负载上，对电路造从上图可知输入级一旦产生了温漂，会经中间级放大 u2 A≈1，对电路造成的成严重的影响，而中间级产生的温漂，由于直接到达功放级而功放的 u 影响跟输入级相比少得多，所以，我们主要应设法抑制输入级产生的温漂，故在直接耦合的多级放大电路中只有输入级常采用差分放大电路的形式来抑制温漂。 9.1.4.1 差分放大电路的组成及结构特点 一．电路组成 差分放大电路如图9.3所示。
第7章 集成运放组成的运算电路 本章教学基本要求 本章介绍了集成运放的比例、加减、积分、微分、对数、指数和乘法等模拟运算电路及其应用电路以及集成运放在实际应用中的几个问题。表为本章的教学基本要求。 表 第7章教学内容与要求 学完本章后应能运用虚短和虚断概念分析各种运算电路，掌握比例、求和、积分电路的工作原理和输出与输入的函数关系，理解微分电路、对数运算电路、模拟乘法器的工作原理和输出与输入的函数关系，并能根据需要合理选择上述有关电路。 本章主要知识点 1. 集成运放线性应用和非线性应用的特点 由于实际集成运放与理想集成运放比较接近，因此在分析、计算应用电路时，用理想集成运放代替实际集成运放所带来的误差并不严重，在一般工程计算中是允许的。本章中凡未特别说明，均将集成运放视为理想集成运放。 集成运放的应用划分为两大类：线性应用和非线性应用。 (1) 线性应用及其特点 集成运放工作在线性区必须引入深度负反馈或是兼有正反馈而以负反馈为主，此时其输出量与净输入量成线性关系，但是整个应用电路的输出和输入也可能是非线性关系。 集成运放工作在线性区时，它的输出信号o U 和输入信号（同相输入端+U 和反相输入端-U 之差）满足式（7-1） )(od o -+-=U U A U (7-1) 在理想情况下，集成运放工作于线性区满足虚短和虚断。虚短：是指运放两个输入端之间的电压几乎等于零；虚断：是指运放两个输入端的电流几乎等于零。即 虚短：0≈-+-U U 或 +-≈U U 虚断：0≈=+-I I
(2) 非线性应用及其特点 非线性应用中集成运放工作在非线性区，电路为开环或正反馈状态，集成运放的输出量与净输入量成非线性关系)(od o +--≠U U A U 。输入端有很微小的变化量时，输出电压为正饱和电压或负饱和电压值（饱和电压接近正、负电源电压），+-=U U 为两种状态的转折点。即 当+->U U 时，OL o U U = 当+-集成运算放大电路单元测试题
集成运算放大电路单元测试题 一、单选题(每题2分) 1.对差分放大电路而言，下列说法不正确的为（）。 A．可以用作直流放大器B．可以用作交流放大器 C．可以用作限幅器D．具有很强的放大共模信号的能力 2.差分放大电路如图所示，当有输入电压u i时，V1管集电极电流i C1=0.7mA，此时V2管集电极电位u C2等于（）。 A. 5V B. 3V C. 7V D. 0V ）。 A. 共基极放大电路 B. 互补对称放大电路 C. 差分放大电路 D. 电容耦合放大电路 4.把差分放大电路中的发射极公共电阻改为电流源可以（） A．增大差模输入电阻B．提高共模增益 C．提高差模增益D．提高共模抑制比 5.某放大器的中频电压增益为40dB，则在上限频率f H处的电压放大倍数约为（）倍。 A. 43 B. 100 C. 37 D. 70 27.对恒流源而言，下列说法不正确的为（）。 A．可以用作偏置电路B．可以用作有源负载 C．交流电阻很大D．直流电阻很大 6.某双极型三极管多级放大电路中，测得A 1u =25，A 2 u =-10 ，A 3 u ≈1，则可判断这三级电路的组态分 别是（）。 A. 共射极、共基极、共集电极 B. 共基极、共射极、共集电极 C. 共基极、共基极、共集电极 D. 共集电极、共基极、共基极 7.选用差分放大电路的主要原因是（）。 A．减小温漂B．提高输入电阻C．稳定放大倍数D．减小失真 8.图示电路（） A．等效为PNP管B．等效为NPN管 C．为复合管，其等效类型不能确定D．三极管连接错误，不能构成复合管
图号3401 9.某放大器输入电压为10mv时,输出电压为7V；输入电压为15mv时, 输出电压为6.5V，则该放大器的电压放大倍数为（）。 A. 100 B. 700 C. -100 D. 433 37.设放大器的信号源内阻为R S，负载电阻为R L，输入、输出电阻分别为R i、R o，则当要求放大器恒压输出时，应满足（）。 A. R o >>R L B. R o < 16-001、同相比例运算放大电路通常比反相运算放大电路输入阻抗 。 16-002、设图中A 为理想运放，请求出各电路的输出电压值。(12分) U 016V U 026V U 03V U 04 10V U 052V U 062V 16-003、在图示电路中，设A 1、A 2、A 3均为理想运算放大器，其最大输出电压幅值为± 12V 。 1． 试说明A 1、A 2、A 3各组成什么电路？ 2． A 1、A 2、A 3分别工作在线形区还是非线形区？ 3． 若输入为1V 的直流电压，则各输出端u O1、u O2、u O3的电压为多大？（10分） U o3 U o1 U o2 20 k 10 k 2V (1) A + + 8 2V (2) 10 k 20 k A + + 8 2V 1V (3) 20 k 10 k A + + 8 (4) 2V 3V U o4 20 k 10k 10 k 20k A + + 8 (5) 2 V U o5 20 k A + + 8 U o6 (6) 2V A + + 8 +k R 1 u I O3 k k 1．A 1组成反相比例电路，A 2 组成过零比较器，A 3 组成电压跟随器； 2．A 1和A 3 工作在线性区，A 2 工作在非线性区； 3．u O1 = -10V，u O2 = -12V，u O3 = -6V。 16-301、试求图所示各电路输出电压与输入电压的运算关系式。 图 解：在图示各电路中，集成运放的同相输入端和反相输入端所接总电阻均相等。各电路的运算关系式分析如下： （a ）f f f O I1I2I3I1I2131212 (1)225//R R R u u u u u u u R R R R =-?-?++?=--+ （b ） 3f f f 2 O I1I2I3I1I2131123123 (1)(1)1010R R R R R u u u u u u u R R R R R R R =- ?++?++?=-++++ （c ）)( 8)(I1I2I1I21 f O u u u u R R u -=-= （d ） 3f f f 4f O I1I2I3I41212431243I1I21314 (1)(1)////202040R R R R R R u u u u u R R R R R R R R R R u u u u =- ?-?++?++?++=--++ 16-302、在同相输人加法电路如图题8.1.1所示，求输出电压o v ；当R 1＝R 2＝R 3＝R f 时，o v ＝？ 解 输出电压为 P f O v R R v ???? ? ?+=31 式中 21 121212 P S S R R v v v R R R R = +++ 即)(112112213S S f O v R v R R R R R v +???? ??+???? ? ?+= 实训九 集成运放的线性应用 内容一 集成运放的反相、同相比例运算电路 一、实训目的 1.掌握集成运算放大器的使用方法。 2.了解集成运放构成反相比例、同相比例运算电路的工作原理。 3.掌握集成运放反相比例、同相比例运算电路的测试方法。 二、实训测试原理 1. 反相放大电路 电路如图（1）所示。输入信号U i 通过电阻R 1加到集成运放的反相输入端，输出信号通过反馈电阻R f 反送到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈。 根据“虚断”概念，即i N =i p ，由于R 2接地， 所以同相端电位U p =0。又根据“虚短”概念可知，U N =U p ，则U N =U p =0，反相端电位也为零。但反相端又不是接地点，所以N 点又称“虚地”。则有 f 1i i =,1i = 1i R U ,f i =-f 0R U 则0U =-1 f R R i U 。 运放的同相输入端经电阻R 2接地,R 2叫平衡电阻，其大小为R 2=R 1∥R f 。 图（1） 反相放大电路 图（2） 同相放大电路 图（3） 电压跟随器 2. 同相放大电路 电路如图（2）所示。输入信号U i 通过平衡电阻R 2加到集成运放的同相输入端，输出信号通过反馈电阻R f 反送到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈。根据“虚断”与“虚短”的概念，有N P i U U U ==，i N =i P =0；则得i 1f 0)1(U R U +=若1R =∞,0f =R ,则i 0U U =即为电压跟随器，如图（3）。 三、实训仪器设备 1.直流稳压电源 2.万用表 3.示波器 四、实训器材 1. 集成块μA741(HA17741) 2. 电阻10KΩ×2 100KΩ×2 2 KΩ×2 3. 电位器1KΩ×1 五、实训电路 图（3）反相比例运算实训电路 图（4）同相比例运算实训电路 六、测试步骤及内容 1. 反相比例运算实训 第二章集成运算放大器 题某集成运放的一个偏置电路如图题所示，设T1、T2管的参数完全相同。问： (1) T1、T2和R组成什么电路 (2) I C2与I REF有什么关系写出I C2的表达式。 图题解：(1) T1、T2和R2组成基本镜像电流源电路 (2) REF BE CC REF C R V V I I - = = 2 题在图题所示的差分放大电路中，已知晶体管的=80，r be=2 k。 (1) 求输入电阻R i和输出电阻R o； (2) 求差模电压放大倍数 vd A 。 图题解：(1) R i =2(r be +R e )=2×(2+= k Ω R o =2R c =10 k Ω (2) 6605 .08125 80)1(-=?+?-=β++β- =e be c vd R r R A 题 在图题所示的差动放大电路中，设T 1、T 2管特性对称， 1 = 2 =100，V BE =，且r bb ′=200，其余参数如图中所示。 (1) 计算T 1、T 2管的静态电流I CQ 和静态电压V CEQ ，若将R c1短路，其它参数不变，则T 1、T 2管的静态电流和电压如何变化 (2) 计算差模输入电阻R id 。当从单端（c 2）输出时的差模电压放 大倍数2 d A =； (3) 当两输入端加入共模信号时，求共模电压放大倍数2 c A 和共模抑制比K CMR ； (4) 当v I1=105 mV ，v I2=95 mV 时，问v C2相对于静态值变化了多少 e 点电位v E 变化了多少 解：(1) 求静态工作点： mA 56.010 2101/107 122)1/(1=?+-=+β+-= e b BE EE CQ R R V V I V 7.07.010100 56 .01-≈-?- =--=BE b BQ E V R I V V 1.77.01056.012=+?-=--=E c CQ CC CEQ V R I V V 若将R c1短路，则 mA 56.021==Q C Q C I I （不变） V 7.127.0121=+=-=E CC Q CE V V V V 1.77.01056.0122=+?-=--=E c CQ CC Q CE V R I V V （不变） (2) 计算差模输入电阻和差模电压放大倍数： Ω=?+=β++=k 9.456 .026 101200) 1('EQ T bb be I V r r Ω=+?=+=k 8.29)9.410(2)(2be b id r R R 5.338 .2910100)(22 =?=+β=be b c d r R R A (3) 求共模电压放大倍数和共模抑制比： 5.0201019.41010 1002)1(2 -=?++?-=β++β-=e be b c c R r R R A 675.05.332 2===c d CMR A A K （即） 第十章 练习题 1. 集成运算放大器是： 答 ( ) (a) 直接耦合多级放大器 (b) 阻容耦合多级放大器 (c) 变压器耦合多级放大器 2. 集成运算放大器的共模抑制比越大， 表示该组件： 答 ( ) (a) 差模信号放大倍数越大； (b) 带负载能力越强； (c) 抑制零点漂移的能力越强 3. 电路如图10-1所示，R F2 引入的反馈为 ： 答 ( ) (a) 串联电压负反馈 (b) 并联电压负反馈 (c) 串联电流负反馈 (d) 正反馈 图10-1 4. 比例运算电路如图10-2所示，该电路的输出电阻为： 答 ( ) (a) R F (b) R 1+R F (c) 零 图10-2 5. 电路如图10-3所示，能够实现u u O i =- 运算关系的电路是： 答 ( ) (a) 图1 (b) 图2 (c) 图3 图10-3 6. 电路如图10-4所示，则该电路为： 答 ( ) (a)加法运算电路； (b)反相积分运算电路； (c) 同相比例运算电路 图10-4 7. 电路如图10-5所示，该电路为： 答 ( ) (a) 加法运算电路 (b) 减法运算电路 (c) 比例运算电路 O u i 1 u i2 图10-5 8. 电路如图10-6所示，该电路为： 答 ( ) (a) 加法运算电路 (b) 减法运算电路 (c) 比例运算电路 u O u i 1u i2 图10-6 9. 电路如图10-7所示，该电路为： 答 ( ) (a)比例运算电路 (b) 比例—积分运算电路 (c) 微分运算电路 O u 图10-7 10. 电路如图10-8所示 ，输入电压u I V =1，电阻R R 1210==k Ω， 电位器R P 的阻值为20k Ω 。 试求：(1) 当R P 滑动点滑动到A 点时，u O =? (2) 当R P 滑动点滑动到B 点时，u O =? (3) 当R P 滑动点滑动到C 点(R P 的中点)时 , u O =? 集成运算放大器电路分析及应用（完整电子教案） 3.1 集成运算放大器认识与基本应用 在太阳能充放电保护电路中要利用集成运算放大器LM317实现电路电压检测，并通过三极管开关电路实现电路的控制。首先来看下集成运算放大器的工作原理。 【项目任务】 测试如下图所示，分别测量该电路的输出情况，并分析电压放大倍数。 R1 15kΩ R3 15kΩ R4 10kΩ V2 4 V XFG1 1 VCC 5V U1A LM358AD 3 2 4 8 1 VCC 3 5 2 4 R1 15kΩR2 15kΩ R3 15kΩ R4 10kΩ V2 4 V XFG1 1 VCC 5V U1A LM358AD 3 2 4 8 1 VCC 3 5 2 4 函数信号发生器函数信号发生器 (a)无反馈电阻(b)有反馈电阻 图3.1集成运算符放大器LM358测试电路(multisim) 【信息单】 集成运放的实物如图3.2 所示。 图3.2 集成运算放大 1.集成运放的组成及其符号 各种集成运算放大器的基本结构相似，主要都是由输入级、中间级和输出级以及偏置电路组成，如图3.3所示。输入级一般由可以抑制零点漂移的差动放大电路组成；中间级的作用是获得较大的电压放大倍数，可以由共射极电路承担；输出级要求有较强的带负载能力，一般采用射极跟随器；偏置电路的作用是为各级电路供给合理的偏置电流。 图3.3集成运算放大电路的结构组成 集成运放的图形和文字符号如图 3.4 所示。 图3.4 集成运放的图形和文字符号 其中“-”称为反相输入端，即当信号在该端进入时， 输出相位与输入相位相反； 而“+”称为同相输入端，输出相位与输入信号相位相同。 2.集成运放的基本技术指标 集成运放的基本技术指标如下。 ⑴输入失调电压 U OS 实际的集成运放难以做到差动输入级完全对称，当输入电压为零时，输出电压并不为零。规定在室温(25℃)及标准电源电压下，为了使输出电压为零，需在集成运放的两输入端额外附加补偿电压，称之为输入失调电压U OS ，U OS 越小越好，一般约为 0.5～5mV 。 ⑵开环差模电压放大倍数 A od 集成运放在开环时(无外加反馈时)，输出电压与输入差模信号的电压之比称为开环差模电压放大倍数A od 。它是决定运放运算精度的重要因素，常用分贝(dB)表示，目前最高值可达 140dB(即开环电压放大倍数达 107 )。 ⑶共模抑制比 K CMRR K CMRR 是差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，即od CMRR oc A K =A ，其含义与差动放大器中所定义的 K CMRR 相同，高质量的运放 K CMRR 可达160d B 。 ⑷差模输入电阻 r id r id 是集成运放在开环时输入电压变化量与由它引起的输入电流的变化量之比，即从输入端看进去的动态电阻，一般为M Ω数量级，以场效应晶体管为输入级的r id 可达104M Ω。分析集成运放应用电路时，把集成运放看成理想运算放大器可以使分析简化。实际集成运 放绝大部分接近理想运放。对于理想运放，A od 、K CMRR 、r id 均趋于无穷大。 ⑸开环输出电阻 r o r o 是集成运放开环时从输出端向里看进去的等效电阻。其值越小，说明运放的带负载能力越强。理想集成运放r o 趋于零。 其他参数包括输入失调电流I OS 、输入偏置电流 I B 、输入失调电压温漂 d UOS /d T 和输入失调电流温漂 d IOS /d T 、最大共模输入电压 U Icmax 、最大差模输入电压 U Idmax 等，可通过器件 第1章 集成运算放大器习题解答 1．1 在图P1.1所示的电路中，运算放大器的开环增益A 是有限的， Ω=M R 11，Ω=K R 12。当V v i 0.4=时，测得输出电压为V v o 0.4=，则该运算放大器的开环增益A 为多少？ i v o 图P1.1 解：V v R R R v i 10014 410 10106 33212=?+=+=+，100110014400===-=+-+v v v v v A 1．2 假设图P1.2所示电路中的运算放大器都是理想的，试求每个电路的电压增益i o v v G = ，输入阻抗i R 及输出阻抗o R 。 (a) i v o Ω K 100 (b) i v Ω K 100(c) i v Ω K 100(e) i v (d) i v Ω K 100(f) i v Ω K 100 图P1.2 解： （a ）01010=Ω=-=O i R K R G ，， （b ）01010=Ω=-=O i R K R G ，， （c ）01010=Ω=-=O i R K R G ，， （d ）00==-∞=O i R R G ，， （e ）0100=Ω==O i R K R G ，， （f ）Ω=Ω=-=501010O i R K R G ， ， 1.3有一个理想运算放大器及三个ΩK 10电阻，利用串并联组合可以得到最大的电压增益 G （非无限）为多少？此时对应的输入阻抗为多少？最小的电压增益G （非零）为多少？ 此时对应的输入阻抗为多少？要求画出相应的电路。 解：最大的电压增益可以采用同相放大器形式，如下图（a ），其电压增益为3，对应的输入阻抗为无穷大； 最小的电压增益可以采用反相放大器形式，如下图（b ），其电压增益为0.5，对应的输入阻抗为ΩK 10或ΩK 5； i v i v Ω K 10 1.4一个理想运算放大器与电阻1R 、2R 组成反相放大器，其中1R 为输入回路电阻，2R 为闭合环路电阻。试问在下列情况下放大器的闭环增益为多少？ （a ）Ω=K R 101，Ω=K R 502 (b) Ω=K R 101，Ω=K R 52 集成运算放大器测试题 指导老师：高开丽班级：11机电姓名： _____________ 成绩： 一、填空题（每空1分，共20分） 1、集成运放的核心电路是__________ 电压放大倍数、_________ 输入电阻和_______ 输出电阻的电路。（填“低”、“高”） 2、集成运由_____________ 、______________ 、________________ 、___________ 四个部分组成。 3、零漂的现象是指输入电压为零时，输出电压_________________ 零值，出现忽大忽小得现象。 4、集成运放的理想特性为：________________ 、______________ 、_________ 、_____________ 。 5、负反馈放大电路由__________________ 和__________________ 两部分组成。 6、电压并联负反馈使输入电阻__________ ，输出电阻___________ 。 7、理想运放的两个重要的结论是_______________ 和_____________ 。 &负反馈能使放大电路的放大倍数________________ ，使放大电路的通频带展宽，使输出信号波形的非线性失真减小，__________ 放大电路的输入、输出电阻。 二、选择题（每题3分，共30分） 1、理想运放的两个重要结论是（） A 虚断VI+=VI-，虚短i l+=il- B 虚断VI+=VI-=O ，虚短i l+=il-=O C 虚断VI+=VI-=O ，虚短i I+=iI- D 虚断i I+=iI-=0 ，虚断VI+=VI- 2、对于运算关系为V0=10VI的运算放大电路是（） A反相输入电路B同相输入电路C电压跟随器D加法运算电路 3、电压跟随器，其输出电压为V0，则输入电压为（） A VI B - VI C 1 D -1 4、同相输入电路，R仁10K,Rf=100K ，输入电压VI为10mv，输出电压V0为 （） A -100 mv B 100 mv C 10 mv D -10 mv 实验名称 集成运算放大器的基本应用 一.实验目的 1.掌握集成运算放大器的正确使用方法。 2.掌握用集成运算放大器构成各种基本运算电路的方法。 3.学习正确使用示波器交流输入方式和直流输入方式观察波形的方法，重点掌握积分输入，输出波形的测量和描绘方法。 二.实验元器件 集成运算放大器 LM324 1片 电位器 1k Ω 1只 电阻 100k Ω 2只；10k Ω 3只；5.1k Ω 1只；9k Ω 1只 电容 0.01μf 1只 三、预习要求 1.复习由运算放大器组成的反相比例、反相加法、减法、比例积分运算电路的工作原理。 2.写出上述四种运算电路的vi 、vo 关系表达式。 3.实验前计算好实验内容中得有关理论值，以便与实验测量结果作比较。 4.自拟实验数据表格。 四.实验原理及参考电路 本实验采用LM324集成运算放大器和外接电阻、电容等构成基本运算电路。 1. 反向比例运算 反向比例运算电路如图1所示，设组件LM324为理想器件，则 11 0υυR R f -= R f 100k R 1 10k A 10k R L v o v 1 R 9k 图1 其输入电阻1R R if ≈，图中1//R R R f ='。 由上式可知，改变电阻f R 和1R 的比值，就改变了运算放大器的闭环增益vf A 。 在选择电路参数是应考虑： ○ 1根据增益，确定f R 与1R 的比值，因为 1 R R A f vf - = 所以，在具体确定f R 和1R 的比值时应考虑；若f R 太大，则1R 亦大，这样容易引起较大的失调温漂；若f R 太小，则1R 亦小，输入电阻if R 也小，可能满足不了高输入阻抗的要求，故一般取f R 为几十千欧至几百千欧。 若对放大器输入电阻有要求，则可根据1R R i =先确定1R ，再求f R 。 ○ 2运算放大器同相输入端外接电阻R '是直流补偿电阻，可减小运算放大器偏执电流产生的不良影响，一般取1//R R R f ='，由于反向比例运算电路属于电压并联负反馈，其输入、输出阻抗均较低。 本次试验中所选用电阻在电路图中已给出。 2. 反向比例加法运算 反向比例加法运算电路如图2所示，当运算放大器开环增益足够大时，其输入端为“虚地”，11v 和12v 均可通过1R 、2R 转换成电流，实现代数相加，其输出电压 ??? ??+-=122111 v R R v R R v f f o 当R R R ==21时 ()1211v v R R v f o +- = 为保证运算精度，除尽量选用精度高的集成运算放大器外，还应精心挑选精度高、稳定性好的电阻。f R 与R 的取值范围可参照反比例运算电路的选取范围。 同理，图中的21////R R R R f ='。 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A ud将 ， 而共模放大倍数A uc将______ ，共模抑制比K CMR将_________ 。 4、差动放大电路的两个输入端的输入电压分别为“I8mV和U i2 10mV，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R e,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 第一章 集成运算放大器自测题 一、填空题 二、分析计算题 1、某运算放大器电路如图1所示，运算放大器为理想的，且电阻值R 为已知，设输入信号为s v 。试问： （1）当输入信号s v 仅接在端口A 处，端口B 接地，试求该放大器的电压增益 s o v v G = ，从A 点看进去的输入阻抗i R ，输出阻抗o R 分别为多少？ （2）当输入信号s v 仅接在端口B 处，端口A 接地，试求该放大器的电压增益 s o v v G = ，从B 点看进去的输入阻抗i R ，输出阻抗o R 分别为多少？ （3）当输入信号s v 跨接在端口A 、B 处时，且要求s v 信号A 端为正，B 端为负， 试求该放大器的电压增益s o v v G =，从A 、B 点看进去的输入阻抗i R ，输出阻抗o R 分别为多少？ R 20o v 2、在图2所示的运算放大器电路中，假设运算放大器试理想的，并且各电阻为已知值。 （1）试写出输出函数的表达式（要求有过程）。 （2）试求图中所示的输入阻抗i R 和输出阻抗o R 。 1 v 2 v o 3、米勒积分器电路如图3（a ）所示，且初始输入电压和输出电压均为0，时间常数为mS RC 1==τ 。若输入的波形如图3（b ）所示，试画出输出的波形（要求坐标对齐并标明数值）。 o v 图3 i v 4、图4所示的电路为浮动负载（两个连接端都没接地的负载提供电压），这在电 源电路中有很好的应用性，假设运算放大器是理想的。 （1）当节点A 输入峰峰值为1V 的正弦波i v 时，试画出节点B 、节点C 对地时 的电压波形，并画出o v 的波形。 (2)电压增益 i o v v 为多少？ C B 图4 i v 5、图5为实用的单电源供电的自举式同相交流电压放大器电路，假设运算放大器是理想的。已知Ω===K R R R 10431，Ω=K R 502，Ω=M R 15。 F C C C μ10321===，V V CC 15+=。问： (1)放大器的各信号端口的直流电位为多少？电容321C C C 、、的作用是什么？ (2)交流放大倍数 i o v v 为多少，输入阻抗 i R 为多大？ o 6、在图6所示的电路中，比较器的输出电压的最大值为V 10±。试画出个电路 的电压传输特性曲线。 1 o v 图6 2 o v (a) (c) v 2(b) v 33 o i v 第十章练习题 1. 集成运算放大器是：答( ) (a) 直接耦合多级放大器 (b) 阻容耦合多级放大器 (c) 变压器耦合多级放大器 2. 集成运算放大器的共模抑制比越大，表示该组件：答( ) (a) 差模信号放大倍数越大； (b) 带负载能力越强； (c) 抑制零点漂移的能力越强 3. 电路如图10-1 所示，R F2 引入的反馈为：答( ) (a) 串联电压负反馈(b) 并联电压负反馈 (c) 串联电流负反馈(d) 正反馈 R F1 u i R1 - ∞ -∞ ＋ ＋ ＋＋ u O R 2 R F2 R 3 图10-1 4. 比例运算电路如图10-2 所示，该电路的输出电阻为：答( ) (a) R F (b) R1+R F (c) 零 R F R1- ∞ u i＋ ＋u O 图10-2 5. 电路如图10-3 所示，能够实现u u O i 运算关系的电路是：答( ) (a) 图1 (b) 图2 (c) 图3 专业知识整理分享 图10-3 5. 电路如图10-4 所示，则该电路为：答( ) (a) 加法运算电路；(b) 反相积分运算电路；(c) 同相比例运算电路 R F R1- ∞ ＋ u i R 2 ＋ 图10-4 6. 电路如图10-5 所示，该电路为：答( ) (a) 加法运算电路(b) 减法运算电路(c) 比例运算电路 R R - ∞ u O u i1 R ＋ ＋ u i2 R 图10-5 7. 电路如图10-6 所示，该电路为：答( ) (a) 加法运算电路(b) 减法运算电路(c) 比例运算电路 R u i1 u i2 R R - ∞ ＋ ＋u O R 图10-6 8. 电路如图10-7 所示，该电路为：答( ) (a) 比例运算电路(b) 比例—积分运算电路(c) 微分运算电路 专业知识整理分享 14.5习题详解 14-1 电路如图14-2所示，集成运算放大器输出电压的最大幅值为±12V ，试求当i u 为0.5V ，1V ，1.5V 时0u 的值。 图14-2 习题14-1的图 解：i i i F u u u R R u 105 50 10-=-=-= 所以，当 V u i 5.0=时，V u 50-= V u i 1=时，V u 100-= V u i 5.1=时，V u 120-=（注意：不是-15V ，因为集成运放的最大幅值为±12V ） 14-2写出图14-3中输入电压i u 与输出电压u o 的运算关系式。 图14-3 习题14-2的图 解： 根据虚断性质可知，A i 02=，所以+=u u i 根据虚短性质可知，-+=u u 综上：-=u u i ，所以流经1R 及F R 的电流为0，可得： i u u u ==-0 14-3 试求图14-4所示电路输出电压与输入电压的运算关系式。 图14-4 习题[14-3]的图 解： 根据虚断及虚短的性质可得，V u u 0==-+，并设2R 及3R 间的电位为1o u F o i f R u R u i i 111-== =，所以i F o u R R u 1 1-= 根据基尔霍夫电流定律可得： 3 1 211R u R u u R u o o o i + -= 将1o u 代入上式，经整理可得： i F u R R R R R R u ])1([1 23210-+- = 14-4在图14-5所示的同相比例运算电路中，已知K Ω10,K 2,K Ω1321=Ω==R R R ， V 1,K Ω5==i F u R ，求0u 。 图14-5 习题[14-4]的图 解：根据虚断性质可得： 11F u u R R R -= ?+ 323 i u u R R R += ?+第16章习题_集成运放
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