电工学少学时唐介第10章集成运算放大器
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电工学第十章集成运算放大器及其应用
第十章 集成运算放大器及其应用
10-1 概述
10-2
10-3 10-4 10-5
集成运放的主要参数和特性
具有负反馈的集成运算放大电路 集成运放的线性应用 集成运放的非线性应用
10-6 使用集成运放时应注意的几个问题 本章小结
10-1 概述
分立电路是由各种单个元件联接起来的电子电路。
集成电路: 把整个电路的各个元件以及相互之间 的联接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不 可分的整体。
当
u u 时， uO UOM u u uO UOM
不存在 “虚短”现象
10-3 具有负反馈的集成运算放大电路
一、反馈的基本概念 二、集成运放的基本负反馈放大电路 三、负反馈对放大电路性能的改善
一、反馈的基本概念
反馈 : 将电路的输出量(电压或电流)的部分或全部， 通过一定的元件，以一定的方式回送到输入 回路，以改善放大电路的某些性能。 信号的两种流向 正向传输：输入 输出 — 开环 反向传输：输出 输入
理想运放传输特性
2. 分析集成运放应用电路的基本准则 由于 AO ,而uo是有限值, 故从式 uO A0ui A0 (u u ) ,可知 (u u ) 0 相当于两输入端之间短路, 但又未真正短路，故称 “虚短”
(1) u+= u– （虚短）
(2) 输入电流约等于 0
集成电路特点：体积小、外部接线少、功耗低、 可靠性高、灵活性高、价格低。 集成运算放大器：具有很高开环电压放大倍数的 直接耦合放大器。用于模拟运算、信号处理、测量技 术、自动控制等领域。
输入端
输入级
中间级
输出级
输出端
集成运算放大器的组成框图
输入级： 差动放大器，减少零点漂移、提高输入阻抗。
10-1 概述
10-2
10-3 10-4 10-5
集成运放的主要参数和特性
具有负反馈的集成运算放大电路 集成运放的线性应用 集成运放的非线性应用
10-6 使用集成运放时应注意的几个问题 本章小结
10-1 概述
分立电路是由各种单个元件联接起来的电子电路。
集成电路: 把整个电路的各个元件以及相互之间 的联接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不 可分的整体。
当
u u 时， uO UOM u u uO UOM
不存在 “虚短”现象
10-3 具有负反馈的集成运算放大电路
一、反馈的基本概念 二、集成运放的基本负反馈放大电路 三、负反馈对放大电路性能的改善
一、反馈的基本概念
反馈 : 将电路的输出量(电压或电流)的部分或全部， 通过一定的元件，以一定的方式回送到输入 回路，以改善放大电路的某些性能。 信号的两种流向 正向传输：输入 输出 — 开环 反向传输：输出 输入
理想运放传输特性
2. 分析集成运放应用电路的基本准则 由于 AO ,而uo是有限值, 故从式 uO A0ui A0 (u u ) ,可知 (u u ) 0 相当于两输入端之间短路, 但又未真正短路，故称 “虚短”
(1) u+= u– （虚短）
(2) 输入电流约等于 0
集成电路特点：体积小、外部接线少、功耗低、 可靠性高、灵活性高、价格低。 集成运算放大器：具有很高开环电压放大倍数的 直接耦合放大器。用于模拟运算、信号处理、测量技 术、自动控制等领域。
输入端
输入级
中间级
输出级
输出端
集成运算放大器的组成框图
输入级： 差动放大器，减少零点漂移、提高输入阻抗。
集成运算放大器的简单介绍PPT课件
RF 常用做测量分析方法1：
R如u–+如F则i1果则u+–：R取i：21uR1R=uoRo2R12R=RRu=F1+R–R3i2(R22u3/+i，/2=uRiR13u3=u+–i放=1uo)RoR大1F/电(/1R路F由RR由uuF1虚)虚R短断2uuR可Ri可i3112得RR得33：uRuuR：Roi1321uuuiRR2RiF1F1uRui11 )
–Uo(sat)
线性区： uo = Auo(u+– u–)
非线性区：
u+> u– 时， uo = +Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat)
第7页/共54页
3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– i+
– +
∞ +
因为 uo = Auo(u+– u– ) uo 所以(1) 差模输入电压约等于 0
(1
RF R1
)
R3 R2 R3
ui 2
RF R1
ui1
第21页/共54页
16.2.4 积分运算电路
if =? if
i1 R1 + ui – R2
+uC– CF
– +
+
+
uO
–
由虚短及虚断性质可得
i1 = if
i1
ui R1
iF
CF
duC dt
当电容CF的初始电压 为 uC(t0) 时，则有
ui R1
第2页/共54页
信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数
R如u–+如F则i1果则u+–：R取i：21uR1R=uoRo2R12R=RRu=F1+R–R3i2(R22u3/+i，/2=uRiR13u3=u+–i放=1uo)RoR大1F/电(/1R路F由RR由uuF1虚)虚R短断2uuR可Ri可i3112得RR得33：uRuuR：Roi1321uuuiRR2RiF1F1uRui11 )
–Uo(sat)
线性区： uo = Auo(u+– u–)
非线性区：
u+> u– 时， uo = +Uo(sat) u+< u– 时， uo = – Uo(sat)
第7页/共54页
3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– i+
– +
∞ +
因为 uo = Auo(u+– u– ) uo 所以(1) 差模输入电压约等于 0
(1
RF R1
)
R3 R2 R3
ui 2
RF R1
ui1
第21页/共54页
16.2.4 积分运算电路
if =? if
i1 R1 + ui – R2
+uC– CF
– +
+
+
uO
–
由虚短及虚断性质可得
i1 = if
i1
ui R1
iF
CF
duC dt
当电容CF的初始电压 为 uC(t0) 时，则有
ui R1
第2页/共54页
信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数
集成运算放大器全篇
要求。
习题判16
七、 微分器
iF R
i1 C ui
R2
– +
+
u–= u+= 0
uo
若输入： ui sin t
ui
则：uo RC cost RC sin(t 90 ) 0 uo
0
iF
uo R
i1
C
dui dt
i1 iF
uo
RC
dui dt
t t 习题判19
微分是积分的逆运算。因此，只要将积分运算电路 中R和C的位置互换，就能形成微分器基本电路。如果 说，积分电路能够延缓信号的传输，那么微分电路则能 加快信号的传输过程，微分器又称D调节器。
(2)无调零引出端的运放调零。有些运放是不设调零引出端 的，特别是四运放或双运放等因引脚有限，一般都省掉调零端。 用作电压比较器的运放，无需调零；用作弱信号处理的线性电 路，需要通过一个附加电路，引入一个补偿电压，抵消失调参 数的影响，几种附加的调零电路如图1-14所示。 调零电路的接人对信号的传输关系应无影响，故图l-14a和图l14b加入了限流电阻R3，R3的阻值要求比R1大数十倍，若R1 =10 kΩ， R3可取200 kΩ。图l-14c和图l-14d为不用调零电源 (+U和-U)的调零电路，通过调节电位器RP，可以改变输入偏置 电流的大小，以调整电消振措施 1)区分内外补偿。从产品手册或产品说明书上可查到补偿方法， 如F007型运放往往把消振用的RC元件制作在运放内部。大部分 没有外接相位补偿（校正）端子的运放，均列出补偿用RC元件 的参考数值，按厂家提供的参数，一般均能消除自激。 2)补偿电容与带宽的关系。有时按厂家提供的RC参数不能完全 消除自激。此时若加大补偿电容的容量，可以消除自激。对于 交流放大器，则必须注意补偿元件对频带的影响，不应取过大 的电容值，要选取适当的电容值，使之既能消除振荡，又能保 持一定的频带宽度。此外，对应不同的闭环增益，所需的补偿 电容和补偿电阻也不同。在选取补偿元件时，可以按以下原则 掌握：在消除自激的前提下，尽可能使用容量小的补偿电容和 阻值大的补偿电阻。
习题判16
七、 微分器
iF R
i1 C ui
R2
– +
+
u–= u+= 0
uo
若输入： ui sin t
ui
则：uo RC cost RC sin(t 90 ) 0 uo
0
iF
uo R
i1
C
dui dt
i1 iF
uo
RC
dui dt
t t 习题判19
微分是积分的逆运算。因此，只要将积分运算电路 中R和C的位置互换，就能形成微分器基本电路。如果 说，积分电路能够延缓信号的传输，那么微分电路则能 加快信号的传输过程，微分器又称D调节器。
(2)无调零引出端的运放调零。有些运放是不设调零引出端 的，特别是四运放或双运放等因引脚有限，一般都省掉调零端。 用作电压比较器的运放，无需调零；用作弱信号处理的线性电 路，需要通过一个附加电路，引入一个补偿电压，抵消失调参 数的影响，几种附加的调零电路如图1-14所示。 调零电路的接人对信号的传输关系应无影响，故图l-14a和图l14b加入了限流电阻R3，R3的阻值要求比R1大数十倍，若R1 =10 kΩ， R3可取200 kΩ。图l-14c和图l-14d为不用调零电源 (+U和-U)的调零电路，通过调节电位器RP，可以改变输入偏置 电流的大小，以调整电消振措施 1)区分内外补偿。从产品手册或产品说明书上可查到补偿方法， 如F007型运放往往把消振用的RC元件制作在运放内部。大部分 没有外接相位补偿（校正）端子的运放，均列出补偿用RC元件 的参考数值，按厂家提供的参数，一般均能消除自激。 2)补偿电容与带宽的关系。有时按厂家提供的RC参数不能完全 消除自激。此时若加大补偿电容的容量，可以消除自激。对于 交流放大器，则必须注意补偿元件对频带的影响，不应取过大 的电容值，要选取适当的电容值，使之既能消除振荡，又能保 持一定的频带宽度。此外，对应不同的闭环增益，所需的补偿 电容和补偿电阻也不同。在选取补偿元件时，可以按以下原则 掌握：在消除自激的前提下，尽可能使用容量小的补偿电容和 阻值大的补偿电阻。
第十章 集成运算放大电路(简明电工学版)
集成运算放大电路
差分放大电路
• 两个特性相同的三极管T1 RC RC 和T2组成 uo - + T2 +u • 左右两边的集电极电阻R T1 ui1 + C - i2 阻值相等 RE • RE是两边发射极公共电阻 -UEE 基本差分放大电路 • 该电路采用双电源供电， 信号分别从两个基极与地 之间输入，从两个集电极 之间输出。
u-
+
∞
+ uo
u+
解：由式uo=Auo（u+-u-）得： u+-u-= uo / Auo =±13V /2×105=±65μV 可见，只要两个输入端之间的电压绝对值超过65μV，输 出电压就达到正或负的饱和值： （1）uo=2×105（15+10）×10-6V=+5V （2）uo=2×105（-5-10）×10-6V=-3V （3）uo=-13V （4）uo=+13V
为了使运算放大器工作在线性区，通常外接反馈电路 将输出的一部分接回（反馈）到输入中去，这种工作状 态称为“闭环运行”。
运算放大器分析 • 运算放大器反相输入端标“-”号，同相输入端 和输出端标“+”号。它们对地的电压分别用u-、 u+、uo表示。 • 当运算放大器的输出信号uo和输入差值信号 （u+-u-）是线性关系时，即uo=Auo（u+-u-）。 运算放大器对输入信号源来说，相当于一个等效 电阻，此等效电阻即为运算放大器的输入电阻rid； 对输出端负载来说，运算放大器可以视为一个电 压源。
R1－输入电阻 Rf－反馈电阻 R2－平衡电阻 R2= R1// R1
反相输入运算关系
if
Rf
ui
R u0 = – —f Af = — u i R1
差分放大电路
• 两个特性相同的三极管T1 RC RC 和T2组成 uo - + T2 +u • 左右两边的集电极电阻R T1 ui1 + C - i2 阻值相等 RE • RE是两边发射极公共电阻 -UEE 基本差分放大电路 • 该电路采用双电源供电， 信号分别从两个基极与地 之间输入，从两个集电极 之间输出。
u-
+
∞
+ uo
u+
解：由式uo=Auo（u+-u-）得： u+-u-= uo / Auo =±13V /2×105=±65μV 可见，只要两个输入端之间的电压绝对值超过65μV，输 出电压就达到正或负的饱和值： （1）uo=2×105（15+10）×10-6V=+5V （2）uo=2×105（-5-10）×10-6V=-3V （3）uo=-13V （4）uo=+13V
为了使运算放大器工作在线性区，通常外接反馈电路 将输出的一部分接回（反馈）到输入中去，这种工作状 态称为“闭环运行”。
运算放大器分析 • 运算放大器反相输入端标“-”号，同相输入端 和输出端标“+”号。它们对地的电压分别用u-、 u+、uo表示。 • 当运算放大器的输出信号uo和输入差值信号 （u+-u-）是线性关系时，即uo=Auo（u+-u-）。 运算放大器对输入信号源来说，相当于一个等效 电阻，此等效电阻即为运算放大器的输入电阻rid； 对输出端负载来说，运算放大器可以视为一个电 压源。
R1－输入电阻 Rf－反馈电阻 R2－平衡电阻 R2= R1// R1
反相输入运算关系
if
Rf
ui
R u0 = – —f Af = — u i R1
电工学少学时第三版 张南主编 课后练习答案 第十章 集成运算放大器修改
第十章 集成运算放大器10.1 基本要求1．了解集成运算放大器的基本组成、功能特点和主要技术参数。
2．理解理想运算放大器的构成条件及其电压传输特性。
3．能熟练地运用理想运算放大器的两条基本特征分析由运算放大器组成的线性电路。
4．掌握比例、加法、减法、微分和积分等运算放大器基本应用电路的工作原理。
5．掌握电压比较器等工作在非线性状态的运算放大器电路。
10.2 基本内容 1．运算放大器是具有高开环电压放大倍数、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合集成放大电路。
其结构上的特点主要是（1）采用差分放大电路作为输入级以提高输入电阻和抑制零点漂移；（2）采用射极输出器或互补对称电路作为输出级以减小输出电阻，提高带负载能力；（3）采用各放大级直接耦合方式以改善电路的频率响应。
2．电路图中的运算放大器通常只有三个引脚，即同相输入端、反相输入端和输出端。
由于与分析和设计应用电路无关，其它引脚通常不画出来。
但应该记住运算放大器还有电源（正、负）引脚，有的还有调零端，这些在实际应用中是必须考虑的。
3．集成运算放大器既可以工作在线性区，也可以工作在非线性区（饱和区）由于开环电压放大倍数非常高，必须引入深度负反馈才能使运算放大器工作在线性区。
即运算放大器必须是闭环的。
一旦运算放大器工作在饱和区，则它必然是开环的。
4．集成运算放大器的理想化模型可以大大简化运算放大器的分析。
其构成条件是（1）开环电压放大倍数∞→uo A ；（2）输入电阻∞→i r ；（3）输出电阻0→o r ；（4）共模抑制比∞→CMRR K 。
由此可得出工作在线性区时理想运算放大器的两个基本特征：（1）两个输入端之间的电压等于零，o ()()u ()u u u A +-=-⋅，因为u A ∞→ o()()u 0o u u u u A +--==≈∞故()()u u +-≈ （2）两输入端的输入电流等于零，i()i()()()0r r i i -+=⇒∞∴-=+⇒这两个基本特征是运算放大器电路的基本分析手段，必须能熟练地应用。
第10章集成运算放大器
数 | F | = 0.009，则闭环电压放大倍数的变化率？
[解]
d| Af | | Af |
=
1 1＋| F || Ao|
d| Ao| | Ao|
=
1 1＋0.009×1000
×20%
= 2%
10
第10章 集成运算放大器
2. 加宽了通频带
|A| | Ao| 0.707 | Ao| | Af | 0.707 | Af|
[例 10.4.2] 如图为两级运放组成的电路，已知 uI1 =0.1 V，uI2 =0.2 V，uI3 =0.3 V，求 uO。
30 k uI1
30 k
10 k
uI2 30 k － ∞
△ △
10 k － ∞
10 k
＋ ＋
10 k uI3
＋ ＋
10 k
+
uO －
[解] 第一级为加法运算电路：
uO1=－(
1 |F|
当|F ||Ao |1， 称为深度负反
馈
8
第10章 集成运算放大器
1. 提高了电压放大倍数的稳定性
|
Af
|=
| Ao | 1＋| F || Ao
|
d | Af | | Af |
=
1＋|
1 F
||
Ao
|
d | Ao | | Ao |
d |
| Af Af |
|
＜
d |
| Ao Ao |
|
>1
duC dt
iI uI
uO =－uC
∫ uO
说明
=－
1 R1C
uI dt
①当 uI 为阶跃电压时, uO随时间线性积分到负饱 和值为止。
电工电子技术课程集成运算放大器及其应用PPT课件
R2
输入电阻—— ri=R1
u f uo 为保证一定的输入电阻，
当放大倍数大时，需增大
共模电压为零
u u 0 2
R2，而大电阻的精度差，
因此，在放大倍数较大时， 该电路结构不再适用。
第26页/共69页
比例运算
• 同向比例运算
i i 0 u u
if Rf
i1 R1
ui
R2
u f uo
uo
(1
4. 最大共模输入电压Uicmax
Uicmax是指集成运放所能承受的最大共模输入电压，超过这 个值，集成运放的共模抑制比将明显下降，甚至造成器件损坏。
5. 差模输入电阻rid
rid是指集成运放两个输入端之间的电阻值。rid越大越好，它 标志集成运放输入端向差模信号源索取信号电流的能力大小。
6. 输出电阻ro
RE5
T9 T11
RC4
第1级：差动放大器 第3级：单管放大器
差动放大器
-UEE
第11页第/共46级9页：互补对称射极跟随器
集成运算放大器的特点
• 为满足运算精度的要求，理想集成运算放大器的 开环电压放大倍数的数值很大。零点漂移小。
• 差模输入电阻很高，一般在105～1011范围，如 果用MOS集成电路，输入级的输入电阻高达 1011以上。
Rf ) R1
if
if Rf
i1 R1
ui
R2
u f uo
ui
R2
u f uo
Auf
uo ui
(1
0 ) 1 Auf
R1 第28页/共69页
uo ui
(1
Rf ) 1
加法运算
反向加法
i i 0 u u
输入电阻—— ri=R1
u f uo 为保证一定的输入电阻，
当放大倍数大时，需增大
共模电压为零
u u 0 2
R2，而大电阻的精度差，
因此，在放大倍数较大时， 该电路结构不再适用。
第26页/共69页
比例运算
• 同向比例运算
i i 0 u u
if Rf
i1 R1
ui
R2
u f uo
uo
(1
4. 最大共模输入电压Uicmax
Uicmax是指集成运放所能承受的最大共模输入电压，超过这 个值，集成运放的共模抑制比将明显下降，甚至造成器件损坏。
5. 差模输入电阻rid
rid是指集成运放两个输入端之间的电阻值。rid越大越好，它 标志集成运放输入端向差模信号源索取信号电流的能力大小。
6. 输出电阻ro
RE5
T9 T11
RC4
第1级：差动放大器 第3级：单管放大器
差动放大器
-UEE
第11页第/共46级9页：互补对称射极跟随器
集成运算放大器的特点
• 为满足运算精度的要求，理想集成运算放大器的 开环电压放大倍数的数值很大。零点漂移小。
• 差模输入电阻很高，一般在105～1011范围，如 果用MOS集成电路，输入级的输入电阻高达 1011以上。
Rf ) R1
if
if Rf
i1 R1
ui
R2
u f uo
ui
R2
u f uo
Auf
uo ui
(1
0 ) 1 Auf
R1 第28页/共69页
uo ui
(1
Rf ) 1
加法运算
反向加法
i i 0 u u
电工学课件集成运算放大器演示文稿
线性区： uo=Auo(u+-u-)
分 析
两rid输→入∞端，的故输
入电流为零。
虚断
依 据
Auo→∞ ，uo为有限值，
故 u+-u-=uo/Auo≈0
即 u+ ≈ u-
饱和区
o -Uo(sat)
线性区
虚短
u+ - u-
当有信号输入时，如同相端 接地，即u+=0 则 u- ≈ 0
虚地
饱和区：
uo≠Auo(u+-u-) 当u+ >u- 时,uo=＋uo(sat) 当u+ <u- 时,uo=－uo(sat)
模拟集成电路：集成运算放大器、集成功率 放大器、集成稳压电源、集成数模转 换电路
16.1.1 集成运算放大器的特点
1. 尽量避免使用电容。 2. 输入级采用差动放大电路。 3. 电阻值大致为100Ω～ 30kΩ。 4. 二极管都采用三极管构成。
16.1.2 电路的简单说明
一、运放构成
输入端 输入级
下面的问题是从输出端将反
馈引到同相端还是反相端 ？
Z
答案是：引回到反相端
16.2.1 比例运算
i1
Ru1 -
if
-
∞Rf - ∞+
uo
1、反相输入
Rf —反馈电阻；
ui
u+ +
+
+
R2
uo
R2 —平衡电阻，用于消除
静态基极电流对输出电压的影
响。 R2= R1∥Rf 由KCL、KVL和运放工作在线性区的分析依据：
右图所示为运放输入和输 出电压的关系曲线，称为传输 特性。从图中看到，实际运放 的传输特性与理想运放比较接 近。
第10章 集成运算放大器
第10章 集成运算放大器 3. 理想运算放大器及其分析依据 在分析运算放大器时，一般将它看成一个理想运算放大
(1) 开环电压放大倍数Auo→∞ (2) 差模输入电阻rid→∞； (3) 开环输出电阻ro→0 (4) 共模抑制比KCMRR→∞。
第10章 集成运算放大器 由于实际运算放大器的上述技术指标接近理想条件，因 此在分析运放的应用电路时，用理想运算放大器代替实际运 算放大器所产生的误差并不大，在工程上是允许的， 这样可 使分析过程大大简化。后面对运算放大器都是根据它的理想 化条件来进行分析的。 图10.1.6是理想运算放大器的图形符号。它有两个输入 端和一个输出端。反相输入端标“-”号，同相输入端和输出 端标“＋”号。它们对“地”电压分别用u-、u+、uo表示。 “∞”表示开环放大倍数的理想条件。
第10章 集成运算放大器 (3) 由于ro→0， 因此可以不计负载(后一级)对输出电压 (前一级)的影响。
(1) 这时输出uo不是等于+Uom就是等于-Uom
当u+>u-时，uo=+Uom 当u+<u-时，uo=-Uom
(2) 式(10.1.8)仍成立。
(3) 与线性区的(3)相同。
(10.1.10)
第10章 集成运算放大器 (4) 共模抑制比KCMRR：因为运放的输入级采用差动放大 电路，所以有很高的共模抑制比，一般为70~130 dB。 (5) 共模输入电压范围UiCM ：指运放所能承受的共模输 入电压的最大值。超出此值，将会造成共模抑制比下降，甚 至造成器件损坏。 (6) 最大差模输入电压UiDM ：指运放两输入端之间所能 承受的最大电压值。超出此值，将会使输入级的晶体管损坏， 从而造成运算放大器性能下降甚至损坏。
电工学 教学课件 行小帅 主编 第10章 集成运算放大器 Microsoft PowerPoint 演示文稿
集成运放的符号
10.2.2理想运算放大器
利用集成运放作为放大电路，引入各种不同的反馈， 就可以构成具有不同功能的实用电路。在分析各种实用电 路时，通常都将集成运放的性能指标理想化，即将其看成 理想运放。集成运放不是工作在线性区，就是工作在非线 性区。在线性区的特征是引入了负反馈；在非线性区的特 征是无反馈或引入了正反馈。 1.集成运放的理想化参数. (1)开环电压放大倍数Aod=∞; (2) 差模输入电阻rid=∞ (3) 输出电阻ro=0; (4) 共模抑制比KCMR=∞; (5) 上限截至频率fH=∞ (6) 失调电压、失调电流以及它们的温漂均为零。
10.3 基本运算电路
10.3.1 反相比例运算电路 反相比例运算电路如图所示，
节点N的电流方程为
iR
=
iF
uo
反相比例运算电路
uI uN uN uo R Rf
Rf R
uI
10.3.2 同相比例运算电路 同相比例运算电路如图所示
根据“虚短”的概念
u
P
=
u
N
=
u
同相比例运算电路
I
根据 “虚断”的概念
思考
思考题
1、什么是反馈？基本类型有哪些？ 2、工作于线性区的理想运放的两条重 要法则是什么？ 3、如何判断集成运放是工作在线性 区，还是工作在非线性区？ 4、判断振荡的一般方法是什么？
1.是否满足相位条件, 即电路是否为正反馈, 只有满足相位条件才有可能振荡。 2.放大电路的结构是否合理, 有无放大能力, 静态工作点是否合适。 3.是否满足幅度条件, 即检验 A F 若
F 1 A
唐介《电工学》第10章(纪)
AO
输出端
ui
同相 输入端
uo
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。 特点：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸
u－ 反相输入端 － － ud + + u+
同相输入端
AO + 输出端
uo
输入方式: • 反相输入 • 同相输入 • 差分输入
+UCC 8 7 100dB 2 6 3 1 5 4
若三者同相，则 Xd = Xi – Xf
可见 Xd < Xi ，即反馈信号起了削弱净输入信号的 作用（负反馈）。
1. 反馈的分类
直流反馈：反馈只对直流 分量起作用，反馈元件只 能传递直流信号。 交流反馈：反馈只对交流 分量起作用，反馈元件只 能传递交流信号。 负反馈：反馈削弱净输入信号，使放大倍数降低。 正反馈：反馈增强净输入信号， 使放大倍数提高。
反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式比较—— 并联反馈 特点：输入电阻低、输出电阻低
uo 取自输出电压——电压反馈 反馈电流 if Rf
if 削弱了净输入电流(差 值电流) ——负反馈
2
串联电压负反馈
RF 设输入电压 ui 为正， 各电压的实际方向如图 差值电压 ud =ui – uf uf 削弱了净输入电压 (差值电压) ——负反馈
相当于两输入端之间断路
ii
+ –
ui
rid
+
u
O
2 “虚短路”原
ui
则 = u+ –
u– =
Auo
,
uo
ui
ui 0
+
+
–
认识集成运算放大器
部信息进行加、减、乘、除、积分、微分等数学运算，并因此得名。近 年来随着集成电路的飞速发展，运算放大器已作为电子线路的基本元件， 其应用已远远超出数学运算的范围，遍及电子信号测控的各个领域。
一、集成运算放大器
认识集成运算放大器
（一）集成运放的结构及符号 1、集成运放的结构 集成运放的类型很多，电路形式也各不相同，但其 基本结构相似，通常是由输入级、中间级、输出级和偏 置电路四部分组成，如图9-4所示。
认识集成运算放 大器
电工电子技术
认识集成运算放大器
一、集成运算放大器 二、集成运放的基本应用电路
一、集成运算放大器
认识集成运算放大器
集成运算放大器是以三极管为基础的高增益差动放大器，由直流放大
电路和深度电压负反馈网络组成。最初应用湖南于XX模X成拟立于计XX算X年机，工，厂对面积计XX算X平机内 方米，员工XXX人。
5.最大输出电压Uopp 最大输出电压Uopp是指在额定电压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰-峰值。
认识集成运算放大器
一、集成运算放大器 （三）理想集成运算放大器
1.理想集成运放及电压传输特性 在分析和计算含有集成运放的电路时，常将集成运放理想化。因为实际运放的各项 技术指标与理想运放接近，用理想运放代替实际运放所带来的误差并不严重，在一般的 工程计算中是允许的，而且会给分析带来很大方便。。集成运放理想化的条件如下。
（7）8脚为空脚。
认识集成运算放大器
一、集成运算放大器 （二）集成运放的主要参数
1.开环电压放大倍数（差模电压放大倍数）Aod 开环电压放大倍数Aod 是指集成运放在没有外接反馈电路时，输出电压uo与输入电 压变化量u+－u－之比，即
对于集成运放来说，Aod 是一个重要的参数，其值越大越好，Aod 的值一般为 103~106，即60~120 dB，目前高增益的集成运放可达到107，即140 dB。
一、集成运算放大器
认识集成运算放大器
（一）集成运放的结构及符号 1、集成运放的结构 集成运放的类型很多，电路形式也各不相同，但其 基本结构相似，通常是由输入级、中间级、输出级和偏 置电路四部分组成，如图9-4所示。
认识集成运算放 大器
电工电子技术
认识集成运算放大器
一、集成运算放大器 二、集成运放的基本应用电路
一、集成运算放大器
认识集成运算放大器
集成运算放大器是以三极管为基础的高增益差动放大器，由直流放大
电路和深度电压负反馈网络组成。最初应用湖南于XX模X成拟立于计XX算X年机，工，厂对面积计XX算X平机内 方米，员工XXX人。
5.最大输出电压Uopp 最大输出电压Uopp是指在额定电压下，集成运放的最大不失真输出电压的峰-峰值。
认识集成运算放大器
一、集成运算放大器 （三）理想集成运算放大器
1.理想集成运放及电压传输特性 在分析和计算含有集成运放的电路时，常将集成运放理想化。因为实际运放的各项 技术指标与理想运放接近，用理想运放代替实际运放所带来的误差并不严重，在一般的 工程计算中是允许的，而且会给分析带来很大方便。。集成运放理想化的条件如下。
（7）8脚为空脚。
认识集成运算放大器
一、集成运算放大器 （二）集成运放的主要参数
1.开环电压放大倍数（差模电压放大倍数）Aod 开环电压放大倍数Aod 是指集成运放在没有外接反馈电路时，输出电压uo与输入电 压变化量u+－u－之比，即
对于集成运放来说，Aod 是一个重要的参数，其值越大越好，Aod 的值一般为 103~106，即60~120 dB，目前高增益的集成运放可达到107，即140 dB。
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BF
f
28
(3) 改善了非线性失真：
ui ui
Ao
uo
(a) 无负反馈时
ud
Ao
uuoo
uf
F
(b) 有负反馈时
29
（4）稳定了输出电压或输出电流
例如:射极输出器
理解：电压负反馈目的是阻止uo的变化，稳定输出电压。
理解：电流负反馈目的是阻止io的变化，稳定输出电流。
（5）改变了输入电阻和输出电阻
26
负反馈对放大电路性能的改善
（1）提高了放大倍数的稳定性
AF
Ao 1 Ao F
d AF d Ao 1
AF
Ao 1 Ao F
如：A0
1000, d A0 A0
20%,F 0.009
则： d Af
1
20% 2%
Af 1 0.009 1000
27
（2）加宽了通频带 A Ao AF
Bo
4
高速运算放大器
5
集成电路成品外形
圆壳式
双列直插式
6
一、集成运算放大器的组成
集成运算放大器是一个高增益的直接耦合放大电路。
输
ui
入 极
偏置电路 中 间 极
采用共集放大电 路，r0小，提高 输 带载能力。
出
极 uo
采用差分放大 电路，抑制零
点漂移,ri很大
采用多极共射 放大电路，获 得较大的A0
3
集成电路的分类: 按集成度分为小、中、大、超大规模集成电路（在几十 平方毫米的芯片上制有上百万、千万个元件） 。
按导电类型分: 双极型：NPN、PNP 单极型：MOS管
按功能分: 模拟集成电路、数字集成电路。
模拟集成电路：集成运算放大器 集成功率放大器 集成稳压电源 集成数模和模数转换器
应用已远远超出信号运 算的界限，在信号处理、 信号测量及波形产生等 方面获得广泛应用
反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式比较
——串联反馈
19
4.并联电流负反馈
if RF
i1
+
R1
ui
R2
id
– +
Ao io
+－
RL
+ uo –
–
R
设输入电压 ui 为正， 各电流的实际方向如图
差值电流 id = i1 – if if 削弱了净输入电流(差 值电流) ——负反馈
反馈电流
if
R R RF
第10章 集成运算放大器
10.1 集成运算放大器概述 10.2 反馈的基本概念 10.3 理想运算放大器 10.4 基本运算电路 10.5 电压比较器
1
本章要求
1. 了解集成运算放大器的基本组成及特点，理解集成运算放大 器的电压传输特性，了解其主要参数的意义。 2. 理解反馈的概念，了解反馈的判断方法及对放大电路性能的 影响。 3. 理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法，掌握集成运算 放大器的反相输入、同相输入和差动输入三种输入方式。理解 用集成运算放大器组成的比例、加减、积分、微分运算电路的 工作原理。掌握分析电路的基本方法。 4. 了解电压比较器的外特性。了解电压比较器的工作原理和有 关结论。
32
1.
u– u+
理想运放工作在线性区的特点
i– – ∞
因为
A0
u0 u u
i+
+
uo 所以(1) 差模输入电压约等于
+
即 u+= u– ,称“虚短”
0
电压传输特性 uo
因为ri→∞，
id
ud ri
+UOM
(2) 输入电流约等于 0
线性区
O
u+– u– 即 i+= i– 0 ,称“虚断” Ao越大，运放的线性范围
io
取自输出电流——电流反馈
反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式比较
——并联反馈
20
三、运算放大器电路反馈类型的判别方法：
1. 判断串、并联反馈方法： 输入信号和反馈信号分别加在两个输入端（同相和反相）上
的，是串联反馈；加在同一个输入端（同相或反相）上的，是并 联反馈。
2. 利用瞬时极性法判断正、负反馈方法： 对串联反馈，输入信号和反馈信号的极性相同时，是负反馈；
较——并联反馈
特点：输入电阻低、输出电阻低
18
3.串联电流负反馈
+ ui –
u+–d R2
– +
Ao
+
io RL
+ u–o
+
R –uf
设输入电压 ui 为正， 各电压的实际方向如图
差值电压 ud =ui – uf uf 削弱了净输入电压(差 值电压) ——负反馈
反馈电压 uf =Rio 取自输出电流 ——电流反馈
3、差分输入：信号从两端输入 u0 A0 (u u ) A0ud 8
二、电压传输特性
_ A0
ud
+ +
u0 f (ud )
uo
+UOM
uo
-UOM
饱和区
ud
线性区
1、线性区: u0 A0ud A0 (u u )
2、饱和区：u0 UOM UCC
Ao越大，线性范围 越小，必须加负反
因此，引入深度负反馈是集成运放实 现线性应用的必要条件。
2
10.1 集成运算放大器概述
分立电路：是由各种单个元件联接起来的电子电路。 集成电路：是利用氧化、光刻、扩散、外延等集成工
艺，将整个电路的各个元件及导线集中制做在一小块半导 体芯片上，成为不可分割的整体。实现了材料，元件和电 路的统一。与分立电路比较体积更小、重量更轻、功耗更 低、工作更可靠。
集成电路诞生于20世纪60年代，集成电路的问世，是 电子技术的一个新的飞跃，到80年代已经进入了超大规模 集成电路时代，进入了微电子学时代，从而促进了各个科 学领域先进技术的发展。
串联负反馈使电路的输入电阻增加
理解：串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻， 故输入电阻增加。
并联负反馈使电路的输入电阻减小
理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路，
故输入电阻减小。
30
10.3 理想运算放大器
由于实际运放的开环放大倍数很大，输入电阻极高， 输出电阻极低。故在分析时常采用将其近似理想化。
xo
输出信号
xf
反馈信号
反馈回路F
F x f ——反馈系数 xo
Af
xo xi
——闭环放大倍数
10
二、反馈的类型
1、从反馈的极性分 实际被放大信号
叠加
输入
±
放大器
反馈
信号 反馈网络
输出 闭环
取+ 加强净输入信号 正反馈 用于振荡器
取 - 削弱净输入信号 负反馈 用于放大器
11
2、从反馈的方式分
根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同， 可以分为串联反馈和并联反馈。 串联反馈：反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号
与输入信号电压比较。 并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电
流与输入信号电流比较。
3、从反馈的取样量分
根据反馈所取样的信号不同，可以分为电压反馈和 电流反馈。
电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。
21
例1：试判别下图放大电路中从运算放大器A2输出 端引至A1输入端的是何种串类联型电的压反负馈反电馈路。
解：因u+输–i 入信– u号f +和反+– A馈1+信－uo号1R分－别加在+– 反A2+相输uo入RL端
和同相输入端上，所以是串联反馈；
在图中标出各点的瞬时极性及反馈信号；
可见：输入信号和反馈信号的极性相同，所
34
皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
• 皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、 心、肺、肾等多脏器严重损害的， 全身性疾病，而且不少患者同时 伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如 下：
• 1、早期皮肌炎患者，还往往伴 有全身不适症状，如-全身肌肉酸 痛，软弱无力，上楼梯时感觉两 腿费力；举手梳理头发时，举高 手臂很吃力；抬头转头缓慢而费 力。
电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。
12
4、交流反馈与直流反馈
交流反馈：反馈只对交流信号起作用。 直流反馈：反馈只对直流起作用。
若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断 直流，此时反馈只对交流起作用。 在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可 以使其只对直流起作用。
13
负反馈的分类小结
电压串联负反馈
馈才能使其工作于 线性区。
9
10.2 反馈的基本概念
一、反馈的概念 凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部通 过一定的电路条件（反馈回路）以一定的方式（并联或串联）引 回到输入端，与输入信号叠加，就称为反馈。
输入信号 xi
净值信号
xd
Ao
xo xd
基本放大
电路Ao
——开环放大倍数
特点：①ri很大几十K几M
② KCMRR 很高 ③ A0很大万几百万倍
④ r0很小几十几百
7
集成运算放大器符号
国内符号：
国际符号：
U CC
反相输入端Байду номын сангаас
u－ 同相输u入+端
＋－ud
A0
＋
输出端
uo
u－ u+
－
+
＋
uo
信号输入方式
U CC
1、反相输入： 信号从反相输入，则输出信号与输入信号反相
2、同相输入： 信号从同相输入，则输出信号与输入信号同相
f
28
(3) 改善了非线性失真：
ui ui
Ao
uo
(a) 无负反馈时
ud
Ao
uuoo
uf
F
(b) 有负反馈时
29
（4）稳定了输出电压或输出电流
例如:射极输出器
理解：电压负反馈目的是阻止uo的变化，稳定输出电压。
理解：电流负反馈目的是阻止io的变化，稳定输出电流。
（5）改变了输入电阻和输出电阻
26
负反馈对放大电路性能的改善
（1）提高了放大倍数的稳定性
AF
Ao 1 Ao F
d AF d Ao 1
AF
Ao 1 Ao F
如：A0
1000, d A0 A0
20%,F 0.009
则： d Af
1
20% 2%
Af 1 0.009 1000
27
（2）加宽了通频带 A Ao AF
Bo
4
高速运算放大器
5
集成电路成品外形
圆壳式
双列直插式
6
一、集成运算放大器的组成
集成运算放大器是一个高增益的直接耦合放大电路。
输
ui
入 极
偏置电路 中 间 极
采用共集放大电 路，r0小，提高 输 带载能力。
出
极 uo
采用差分放大 电路，抑制零
点漂移,ri很大
采用多极共射 放大电路，获 得较大的A0
3
集成电路的分类: 按集成度分为小、中、大、超大规模集成电路（在几十 平方毫米的芯片上制有上百万、千万个元件） 。
按导电类型分: 双极型：NPN、PNP 单极型：MOS管
按功能分: 模拟集成电路、数字集成电路。
模拟集成电路：集成运算放大器 集成功率放大器 集成稳压电源 集成数模和模数转换器
应用已远远超出信号运 算的界限，在信号处理、 信号测量及波形产生等 方面获得广泛应用
反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式比较
——串联反馈
19
4.并联电流负反馈
if RF
i1
+
R1
ui
R2
id
– +
Ao io
+－
RL
+ uo –
–
R
设输入电压 ui 为正， 各电流的实际方向如图
差值电流 id = i1 – if if 削弱了净输入电流(差 值电流) ——负反馈
反馈电流
if
R R RF
第10章 集成运算放大器
10.1 集成运算放大器概述 10.2 反馈的基本概念 10.3 理想运算放大器 10.4 基本运算电路 10.5 电压比较器
1
本章要求
1. 了解集成运算放大器的基本组成及特点，理解集成运算放大 器的电压传输特性，了解其主要参数的意义。 2. 理解反馈的概念，了解反馈的判断方法及对放大电路性能的 影响。 3. 理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法，掌握集成运算 放大器的反相输入、同相输入和差动输入三种输入方式。理解 用集成运算放大器组成的比例、加减、积分、微分运算电路的 工作原理。掌握分析电路的基本方法。 4. 了解电压比较器的外特性。了解电压比较器的工作原理和有 关结论。
32
1.
u– u+
理想运放工作在线性区的特点
i– – ∞
因为
A0
u0 u u
i+
+
uo 所以(1) 差模输入电压约等于
+
即 u+= u– ,称“虚短”
0
电压传输特性 uo
因为ri→∞，
id
ud ri
+UOM
(2) 输入电流约等于 0
线性区
O
u+– u– 即 i+= i– 0 ,称“虚断” Ao越大，运放的线性范围
io
取自输出电流——电流反馈
反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式比较
——并联反馈
20
三、运算放大器电路反馈类型的判别方法：
1. 判断串、并联反馈方法： 输入信号和反馈信号分别加在两个输入端（同相和反相）上
的，是串联反馈；加在同一个输入端（同相或反相）上的，是并 联反馈。
2. 利用瞬时极性法判断正、负反馈方法： 对串联反馈，输入信号和反馈信号的极性相同时，是负反馈；
较——并联反馈
特点：输入电阻低、输出电阻低
18
3.串联电流负反馈
+ ui –
u+–d R2
– +
Ao
+
io RL
+ u–o
+
R –uf
设输入电压 ui 为正， 各电压的实际方向如图
差值电压 ud =ui – uf uf 削弱了净输入电压(差 值电压) ——负反馈
反馈电压 uf =Rio 取自输出电流 ——电流反馈
3、差分输入：信号从两端输入 u0 A0 (u u ) A0ud 8
二、电压传输特性
_ A0
ud
+ +
u0 f (ud )
uo
+UOM
uo
-UOM
饱和区
ud
线性区
1、线性区: u0 A0ud A0 (u u )
2、饱和区：u0 UOM UCC
Ao越大，线性范围 越小，必须加负反
因此，引入深度负反馈是集成运放实 现线性应用的必要条件。
2
10.1 集成运算放大器概述
分立电路：是由各种单个元件联接起来的电子电路。 集成电路：是利用氧化、光刻、扩散、外延等集成工
艺，将整个电路的各个元件及导线集中制做在一小块半导 体芯片上，成为不可分割的整体。实现了材料，元件和电 路的统一。与分立电路比较体积更小、重量更轻、功耗更 低、工作更可靠。
集成电路诞生于20世纪60年代，集成电路的问世，是 电子技术的一个新的飞跃，到80年代已经进入了超大规模 集成电路时代，进入了微电子学时代，从而促进了各个科 学领域先进技术的发展。
串联负反馈使电路的输入电阻增加
理解：串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻， 故输入电阻增加。
并联负反馈使电路的输入电阻减小
理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路，
故输入电阻减小。
30
10.3 理想运算放大器
由于实际运放的开环放大倍数很大，输入电阻极高， 输出电阻极低。故在分析时常采用将其近似理想化。
xo
输出信号
xf
反馈信号
反馈回路F
F x f ——反馈系数 xo
Af
xo xi
——闭环放大倍数
10
二、反馈的类型
1、从反馈的极性分 实际被放大信号
叠加
输入
±
放大器
反馈
信号 反馈网络
输出 闭环
取+ 加强净输入信号 正反馈 用于振荡器
取 - 削弱净输入信号 负反馈 用于放大器
11
2、从反馈的方式分
根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同， 可以分为串联反馈和并联反馈。 串联反馈：反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号
与输入信号电压比较。 并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电
流与输入信号电流比较。
3、从反馈的取样量分
根据反馈所取样的信号不同，可以分为电压反馈和 电流反馈。
电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。
21
例1：试判别下图放大电路中从运算放大器A2输出 端引至A1输入端的是何种串类联型电的压反负馈反电馈路。
解：因u+输–i 入信– u号f +和反+– A馈1+信－uo号1R分－别加在+– 反A2+相输uo入RL端
和同相输入端上，所以是串联反馈；
在图中标出各点的瞬时极性及反馈信号；
可见：输入信号和反馈信号的极性相同，所
34
皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
• 皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、 心、肺、肾等多脏器严重损害的， 全身性疾病，而且不少患者同时 伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如 下：
• 1、早期皮肌炎患者，还往往伴 有全身不适症状，如-全身肌肉酸 痛，软弱无力，上楼梯时感觉两 腿费力；举手梳理头发时，举高 手臂很吃力；抬头转头缓慢而费 力。
电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。
12
4、交流反馈与直流反馈
交流反馈：反馈只对交流信号起作用。 直流反馈：反馈只对直流起作用。
若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断 直流，此时反馈只对交流起作用。 在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可 以使其只对直流起作用。
13
负反馈的分类小结
电压串联负反馈
馈才能使其工作于 线性区。
9
10.2 反馈的基本概念
一、反馈的概念 凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部通 过一定的电路条件（反馈回路）以一定的方式（并联或串联）引 回到输入端，与输入信号叠加，就称为反馈。
输入信号 xi
净值信号
xd
Ao
xo xd
基本放大
电路Ao
——开环放大倍数
特点：①ri很大几十K几M
② KCMRR 很高 ③ A0很大万几百万倍
④ r0很小几十几百
7
集成运算放大器符号
国内符号：
国际符号：
U CC
反相输入端Байду номын сангаас
u－ 同相输u入+端
＋－ud
A0
＋
输出端
uo
u－ u+
－
+
＋
uo
信号输入方式
U CC
1、反相输入： 信号从反相输入，则输出信号与输入信号反相
2、同相输入： 信号从同相输入，则输出信号与输入信号同相