第5章 集成运算放大器及其应用1

第五章集成运算放大器5-1 什么是直接耦合放大器？它试用于那些场合？与阻容耦合放大器相比有哪些优点？答：用来放大缓慢变化的信号或某个直流量的变化（统称为直流信号）的放大电路，称为直流放大器。

适用于放大缓慢变化的低频信号和交流信号，与阻容耦合放大器相比能够放大缓慢的低频信号，不紧能够放大直流信号，也可以放大交流信号。

5-2 直接耦合放大器有什么特殊问题？在电路上采取什么办法来解决？答：直接耦合放大器采用直接耦合方式，因而带来了前后级的静态工作点相互影响，相互牵制的特殊问题。

因此在电路的V2的射级上加接了R e2 ，抬高了V2管的射级电位，或者将R e2换成稳压二极管V Z ，采用NPN和PNP管组成的互补耦合电路。

5-3 解释：共模信号、差模信号、共模放大倍数、差模放大倍数、共模抑制比。

答：共模信号：在差分放大电路中，把大小相等，极性相同的输入信号称为共模信号；差模信号：在差分放大电路中，把大小相等，极性相反的输入信号称为差模信号；共模放大倍数：在差分放大电路中，共模放大倍数为双输出端的差值，为零，这样更好的抑制了零点漂移现象。

差模放大倍数：在差分放大电路中，差模放大倍数为双输出端的差值，放大倍数为A vd = -βvOvI = -βRcrbe，该电路多用一只三极管以换取对零点漂移的抑制共模抑制比：差模放大倍数与共模放大倍数的比值称为共模抑制比K CMR =AvdAvc当电路完全对称时A vc为零，则共模抑制比K CMR 无穷大。

5-4 集成运放由哪几部分组成？试分析其作用。

答：集成运放主要由以下部分组成输入级：由差分电路组成，应用该电路的目的是力求较低的“零飘”和较高的共模抑制比；中间级：高增益的电压放大电路组成；输出级：三极管射极输出器互补电路组成；偏置电路：为集成运放各级电路提供合适而稳定的静态工作点。

5-5 集成运放有哪些常用参数？解释这些参数的含义。

答：（1）开环差模电压放大倍数 A VO无反馈时集成运放的放大倍数。

二阶低通、高通，为防止自激，应使 Auf < 3 。
三、有源带通滤波电路(BPF—Band Pass Filter)
构成思路：
R
8
20lg A·u / dB
R1 f R C1 = C
fH
f
U·i C
R3= 2R
U·o
R2= R
fL
f
LPF HPF
1
中心频率： f0 2RC
fL f0 fH f 等效品质因素：Q = 1/(3 Auf)
40
通带增益：Auf = 1 + Rf/R1
1
f / fH
问题：在 f = fH 附近，输出幅度衰减大。 改进思路：在提升 fH 附近的输出幅度。
2. 实用二阶 LPF
R
R1
f
RR
U·i C C
特征频率：fn

n
2

8
A·u UU··oi 1
U·o
1 2RC
20lg A·u / dB
uO (1
Rf R1
)u
u
R3 // R4 R2 R3 // R4
uI1
R2 // R4 R3 R2 // R4
uI2
uO (1
Rf R1
)( R3 // R4 R2 R3 // R4
uI1
R2 // R4 R3 R2 // R4
uI2 )
若 R2 = R3 = R4， Rf = 2R1 则 uO = uI1+ uI2
R1 = 5 k
uI1
R3 1 R2 R3 3
R2 = 2R3
R2// R3= R1//Rf = 5//10

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。

由此可得：
uo
RC
dui dt
输 出电压与 输入电 压对时 间的微分 成正
比。
若 ui 为恒定电压 U，则在 ui 作用于电路 的 瞬间，微 分电路 输出一个 尖脉冲 电压，波
形如图所示。
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2．积分运算电路
由于反相输入端虚地，且 i i ， 由图可得：
iR iC
iR
ui R
电路实现了中权减法运算。若取R1=R2=R3=RF时，则 u0=uI2-uI1
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例5.2.1 某理想集成运算放大器电路如图所
示。求输出电压u0。
解：由于集成运算放大器A1构成电压跟随器，所以
u01=2 V。集成运算放大器A2构成同相比例运算，由 式（5.2.2）可得
u02
1
2R 2R
， iC
C duC dt
C
duo dt
由此可得：
uo
(t)
1 RC
t
0 u1(t)dt
输 出电压 与输入 电压对 时间的 积分
成正比。
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例5.2.2 分析如图所示集成运算放大器应用电路中，
输出电压与输入电压的关系。
解：集成运算放大器A1实现了减法运算，由式
（5.2.8）可得
1．开环电压放大倍数Au0 , 104～107
2．最大A输u0 出 2电0 l压g UUUoiopp
dB
在一定电源电压下，集成运算放大器输出电压和输入
电压保持不失真关系的输出电压的峰-峰值。
3．最大差模输入电压Uid max 反向输入端和同相输入端之间所能承受的最大电压值。
4．最大共模输入电压Uic max 集成运算放大器所能承受的最大共模输入电压