集成 运算放大电路
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集成运算放大电路
uA741 （单运放）是高增益运算放大器，用于军 事，工业和商业应用 .这类单片硅集成电路器件提 供输出短路保护和闭锁自由运作。
这些类型还具有广泛的共同模式，差模信号范围和 低失调电压调零能力与使用适当的电位。 uA741 芯片引脚和工作说明： 1和5 为偏置 (调零端) ，2 为正向输入端， 3为反向输入端，4 接地， 6为输出， 7接电源 8空脚
集成运放的输出电压与输入电压（即同相输入端与反相输入端之 间的差值电压）之间的关系曲线称为电压传输特性。对于正、负两 路电源供电的集成运放，其电压传输特性如图3 -4(a)所示。 曲线分线性区（图中斜线部分）和非线性区（图中斜线以外的部 分）。在线性区，输出电压随输入电压（Up - UN）的变化而变化； 但在非线性区，只有两种可能：或是正饱和，或是负饱和。
低输入偏置电流：100nA最大值（LM324A）
每个封装有4个放大器 内部补偿 共模范围扩展至负电源 行业标准的引脚分配 输入端的ESD钳位提高了可靠性，且不影响器件工作 提供无铅封装
特性(Features):
· 内部频率补偿
· 直流电压增益高(约100dB) · 单位增益频带宽(约1MHz)
· 电源电压范围宽：单电源(3—30V)；
· 双电源(±1.5 一±15V) · 低功耗电流，适合于电池供电 · 低输入偏流 · 低输入失调电压和失调电流 · 共模输入电压范围宽，包括接地 · 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 · 输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)
由于外电路没有引入负反馈，集成运放的开环增益非常高，只要加 很微小的输入电压，输出电压就会达到最大值所以集成运放电压传 输特性中的线性区非常窄，如图3 -4(a)所示。理想运放传输特性无 线性区，只有正、负饱和区，如图3 -4(b)所示。
第八章：集成运放放大电路
u i1 － + +VCC Rc Rb T1 u ic
+
+ uo uo1 IR e
-
Rc
+ RL u -o2 T2 Rb E
u ic
uo= 0 (理想化)。
_V
Re
+ ui2 －
EE
共模电压放大倍数
Auc 0
8.2.3 具有恒流源的差分放大电路
根据共模抑制比公式： Re K CMR Rb rbe 加大Re，可以提高共模抑 制比。为此可用恒流源T3来 + 代替Re 。 u
8.2 差分放大电路
差分放大电路（Differential Amplifier） 又称差动放大电路，简称差放，是构成 多级直接耦合放大电路的基本单元电路。 它具有温漂小、便于集成等特点，常用 作集成运算放大器的输入级。
8.2.1 直接耦合放大电路的零点漂移现象 1. 零点漂移现象及其产生的原因 直接耦合放大电路在输入信号为零时， 会出现输出端的直流电位缓慢变化的现 象，称为零点漂移，简称零漂。
uo2 T2 Rb -
Au d
u i1 RL － ( Rc // )
u id
2
Rb rbe
2
+ ui2 －
+
ib
+
ic rbe β ib RL uo1
2
差模输入电阻:
+
Rid 2Rb rbe
输出电阻:
ui1 +
Rb
+
RC
-+
Ro 2Rc
(2)加入共模信号
ui1=ui2 =uic， uid=0。 设ui1 ，ui2 uo1 ， uo2 。 因ui1 = ui2， uo1 = uo2
+
+ uo uo1 IR e
-
Rc
+ RL u -o2 T2 Rb E
u ic
uo= 0 (理想化)。
_V
Re
+ ui2 －
EE
共模电压放大倍数
Auc 0
8.2.3 具有恒流源的差分放大电路
根据共模抑制比公式： Re K CMR Rb rbe 加大Re，可以提高共模抑 制比。为此可用恒流源T3来 + 代替Re 。 u
8.2 差分放大电路
差分放大电路（Differential Amplifier） 又称差动放大电路，简称差放，是构成 多级直接耦合放大电路的基本单元电路。 它具有温漂小、便于集成等特点，常用 作集成运算放大器的输入级。
8.2.1 直接耦合放大电路的零点漂移现象 1. 零点漂移现象及其产生的原因 直接耦合放大电路在输入信号为零时， 会出现输出端的直流电位缓慢变化的现 象，称为零点漂移，简称零漂。
uo2 T2 Rb -
Au d
u i1 RL － ( Rc // )
u id
2
Rb rbe
2
+ ui2 －
+
ib
+
ic rbe β ib RL uo1
2
差模输入电阻:
+
Rid 2Rb rbe
输出电阻:
ui1 +
Rb
+
RC
-+
Ro 2Rc
(2)加入共模信号
ui1=ui2 =uic， uid=0。 设ui1 ，ui2 uo1 ， uo2 。 因ui1 = ui2， uo1 = uo2
集成运算放大电路
VCCUBE0 R
(1)
当 1 时，T1管的集电极电流
IC1IE1UBE0ReUBE1
(2)
(2)式中 (UBE0 – UBE1) 大概几十毫伏，因此只要 几千欧的 Re 就可以得到几十微安的IC1，所以称 为微电流源。
由式
IC1
Re0 Re1
IRU ReT1lnIICR1
可得
IC1
UT Re
ln
+VCC
IC0=IC1=IC ，IR为基准电流。
T0
C
T1
A点的电流方程I为E2：IC2IBIC2IC
IC0
2IB
IC
A
1
IC
2
IE2
2
IC2
IB2
IE2
1
B
T2
2
IC2
(1)
IR R
IC2 B点的电流方程为：
IR IB 2 IC IC 2 1 2 IC 22 2 2 2 2 IC 2
பைடு நூலகம்
UBE
UT
ln
IE IS
(2)
B
IC0
T0
A T1
IB0
IB1
Re0 IE0
IE1 Re1
因 将T(30)与式T代1 特入性 (1)完式全得U相：B同E0，U 故B：E1UTlnIIE E10 IE1Re1IE0Re0UTlnIIE E1 0
(3) (4)
当 2时，IC0IE0IR，IC1 IE1，所以
IC2(122 22)IRIR
(2)
2.4 多路电流源电路
基于比例电流源的多路电流源：
+VCC
IR R
C B
IC0
模拟电子技术 第十章 集成运算放大电路
I I 0
虚断
对于工作在非线性区的应用电路，上述两个特点是分析其 输入信号和输出信号关系的基本出发点。
19
什么情况下放工作于非线性区？
运放在非线性区的条件：
电路开环工作或引入正反馈！ iF
ui
UO RF UOPP U+-U-
iI
R1
i+ + i- -
Auo
uO
R
-UOPP
20
实际运放 Auo ≠∞ ，当 u+ 与 u-差值比较小时， 仍有 Auo (u+ u- )，运放工作在线性区。
在运算电路中，无论输入电压，还是输出电压， 均是对“地”而言的。
23
一、比例运算电路
作用：将信号按比例放大。 类型：反相比例放大、同相比例放大。 方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联 负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍
数无关，与输入电压和外围网络有关。
24
一、比例运算电路
1.反相比例运算电路
虚短 虚断
2. 理想运放的输入电流等于零。
对于工作在线性区的应用电路，“虚短”和“虚断”是 分析其输入信号和输出信号关系的基本出发点。
17
如何使运放工作在线性区？
理想运放的线性区趋近于0，为了扩大运放的线性区 或使其具有线性区，需给运放电路引入负反馈： 运放工作在线性区的条件： 电路中有负反馈！
但线性区范围很小。
uO
例如：F007 的 UoM = ± 14 V，Auo 2 × 105 ， 线性区内输入电压范围
实际特性
0 u+u
U OM u u Auo 14 V 2 105 70 μV
非线性区
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。
集成运算放大电路
功耗
描述放大电路在工作过程 中消耗的能量，包括静态
电流、动态功耗等。
参数与性能指标的测试方法
01
02
03
输入阻抗测试
通过测量输入电压和电流 的比值来计算输入阻抗。
输出阻抗测试
通过测量输出电压和电流 的比值来计算输出阻抗。
开环增益测试
通过测量放大电路在不同 频率下的电压增益来计算 开环增益。
参数与性能指标的测试方法
描述放大电路对电源的需求和 功耗特性，包括电源电压、静 态电流等。
主要性能指标
线性度
描述放大电路输出信号与输 入信号之间的线性关系，包 括失真度、线性范围等。
精度
描述放大电路输出信号的 精度和稳定性，包括失调
电压、失调电流等。
带宽
描述放大电路在不同频率下 的响应速度和带宽范围，包 括通频带、增益带宽积等。
集成运算放大电路
目录
• 集成运算放大电路概述 • 集成运算放大电路的应用 • 集成运算放大电路的参数与性能指标 • 集成运算放大电路的设计与实现 • 集成运算放大电路的发展趋势与展望
集成运算放大电路概
01
述
定义与特点
定义
集成运算放大电路是一种将差分 输入的电压信号转换成单端输出 的电压信号，并实现电压放大的 集成电路。
特点
具有高放大倍数、高输入电阻、 低输出电阻、低失真度、低噪声 等优点，广泛应用于信号放大、 运算、滤波等领域。
工作原理
差分输入
集成运算放大器采用差分输入方式， 将两个输入端之间的电压差作为输入 信号。
放大与输出
反馈机制
集成运算放大器采用负反馈机制，通 过反馈网络将输出信号的一部分反馈 到输入端，以改善电路的性能。
集成运算放大电路全篇
Y0 Y1 Y2 Y3 B
注：式中Aod为差模开环放大倍数。
二、 集成运放中的电流源电 路
4.2.1 基本电流源电路
一、镜像电流源
+VCC
IR
B IC0
T0
R 2IB
A
IB0
IB1
IC1 T1
UBE0= UBE1， β0=β1=β， IC0=IC1=IC= βIB ， IC1为输出电流， IR为基准电流。
基准电流表达式：
IR
用
uP
集成运放组成方框图：
输入级
uN
中间级
输出级 uO
偏置电路
1) 输入级 又称前置级，常为双输入高性能差分放大电路（高Ri 、大Ad、 大KCMR、静态电流小）。输入级的好坏直接影响着集成运放的大多数性能 参数。
2) 中间级 主放大器，使集成运放具有较强的放大能力，多采用共射 （或共源）放大电路。放大管经常采用复合管，以恒流源做集电极负载。
R`3
C`1 R`3
2.1k
2.1k
R`5 240k
C`1
R`4 25k
R`5 240k
－ ＋
R7 100k
－∞ A3
(以下电路同上，仅C1、C2 值不同，电路从略）
图5.6 十五段优质均衡器
(2) 当R4的滑动触头移到最左边时，其电路如图8.7（a）所示。
C1
R3
R3
C2 R5
R4 R5
－∞
R6
B点的电流方程为：
IR
IB2
IC
IC2
1 2
IC2
2
2
2 2
2
I
C
2
IC2
(1
第4章集成运算放大电路
2020年4月8日星期三
Shandong University
第3页
模拟电路
二、集成运放电路的组成
两个 输入端
一个 输出端
若将集成运放看成为一个“黑盒子”，则可等效为一个 双端输入、单端输出的差分放大电路。
2020年4月8日星期三
Shandong University
第4页
模拟电路
集成运放电路四个组成部分的作用
模拟电路
第四章 集成运算放大电路
§4.1 概述 §4.2 集成运放中的电流源 §4.3 电路分析及其性能指标
2020年4月8日星期三
Shandong University
第1页
模拟电路
§4.1 概述
一、集成运放的特点 二、集成运放电路的组成 三、集成运放的电压传输特性
2020年4月8日星期三
Shandong University
2020年4月8日星期三
Shandong University
第5页
模拟电路
三、集成运放的电压传输特性 uO=f(uP-uN)
在线性区：
uO＝Aod(uP－uN) Aod是差模开环放大倍数。
非线 性区
由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的 最大输入电压(uP－uN)的数值仅为几十～一百多微伏。
特点：IC1具有更高的稳定性。
2020年4月8日星期三
Shandong University
第9页
三、微电流源
模拟电路
要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。
IE1 (UBE0 UBE1) Re
U BE
I UT
I I e ， I e E
S
E0 E1
模电课件第四章集成运算放大电路
第四章 集成运算放大电路
§4.1集成运算放大电路概述 一、集成运放的电路结构特点
集成运算放大电路：高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
2019/7/28
模电课件
二、集成运放的电路组成
1、输入级：运算放大器的输入级通常是差分放大电路，其主 要功能是抑制共模干扰和温漂，双极型运放中差分管通常采 用CC-CB复合管，以便拓展通频带。 2、中间级：电压放大，要求：放大倍数要尽可能大，通常采 用共201射9/7/2或8 共源电路，并采用恒模电流课源件 负载和复合管以增加电压 放大倍数。
工作在放大状态。
当T0与 T1特性参数完全一致时，由U BE0 = U BE1可推得
IB0 = IB1 = IB IC0 = IC1 = Io 由基极输入回路得，
Io
IR
VCC
U BE R
I0 2IB
I0
2
I0
所以，I0
1 1 2
IR
基准电流
输出电流
当
时，I0 IR 。
在集成运放电路中通常只能制作小容量（几十pF）电容，不能 制作大201容9/7/量28 电解电容，级间通常模采电课用件 直接耦合。
四、以电流源为有源负载的放大电路
在集成运放的共射（共源）放大电路中，为了提高电压放大 倍数，常用电流源电路取代Rc （或Rd ），这样在电源电压不 变的情况下，既获得合适的静态电流，又可以得到很大的等效 的Rc（或 Rd ）。
（1） 运放电路的结构分解 输入级是一个差动放大电路，主要由T1、T3（共集-共基组合）
和T2、T4组成。中间放大级由T16、T17、T13组成共集—共射电路； 输出级由T14、T18 、 T19组成互补输出电路。
§4.1集成运算放大电路概述 一、集成运放的电路结构特点
集成运算放大电路：高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
2019/7/28
模电课件
二、集成运放的电路组成
1、输入级：运算放大器的输入级通常是差分放大电路，其主 要功能是抑制共模干扰和温漂，双极型运放中差分管通常采 用CC-CB复合管，以便拓展通频带。 2、中间级：电压放大，要求：放大倍数要尽可能大，通常采 用共201射9/7/2或8 共源电路，并采用恒模电流课源件 负载和复合管以增加电压 放大倍数。
工作在放大状态。
当T0与 T1特性参数完全一致时，由U BE0 = U BE1可推得
IB0 = IB1 = IB IC0 = IC1 = Io 由基极输入回路得，
Io
IR
VCC
U BE R
I0 2IB
I0
2
I0
所以，I0
1 1 2
IR
基准电流
输出电流
当
时，I0 IR 。
在集成运放电路中通常只能制作小容量（几十pF）电容，不能 制作大201容9/7/量28 电解电容，级间通常模采电课用件 直接耦合。
四、以电流源为有源负载的放大电路
在集成运放的共射（共源）放大电路中，为了提高电压放大 倍数，常用电流源电路取代Rc （或Rd ），这样在电源电压不 变的情况下，既获得合适的静态电流，又可以得到很大的等效 的Rc（或 Rd ）。
（1） 运放电路的结构分解 输入级是一个差动放大电路，主要由T1、T3（共集-共基组合）
和T2、T4组成。中间放大级由T16、T17、T13组成共集—共射电路； 输出级由T14、T18 、 T19组成互补输出电路。
第四章 集成运算放大电路
2. 最大输出电压 op-p 最大输出电压U
Uo / V － 10 Uid ＋ ∞ ＋
－0.4
－0.2 －0.1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 Uid / mV
－0.3
－10 线性区
集成运放的传输特性
3. 差模输入电阻 id 差模输入电阻r rid的大小反映了集成运放输入端向差模输入信号 源索取电流的大小。要求rid愈大愈好, 一般集成运放 rid为几百千欧至几兆欧, 故输入级常采用场效应管来 提高输入电阻rid。 F007的rid=2 M 。认为理想集成运 放的rid为无穷大。
动态时，加入差模信号uid，根据差分放大电路的特点， T1 管的集电极电流在静态电流IC1的基础上增加了∆iC1，T2管的集 电极电流在静态电流IC2的基础上减小了∆iC2，∆iC1=-∆iC2。 由于 iC4 和 iC1 是 镜 像 关 系 ， ∆iC4=∆iC1 ， 因 此 ∆io=∆iC4-∆iC2=∆iC1-(∆iC1)=2∆iC1。 可见这个电流值是单端输出电流的两倍， 即等于 差分放大电路双端输出时的电流值。因此，用电流源作为差分 放大电路的有源负载，可将双端输出信号“无损失”地转换成 单端输出信号。
若电路中有共模信号输入，T3 管和T4 管的集电极电流相等 (忽略T7管的基极电流)，T3管和T5管的集电极电流相等，又由于 R1=R3，因此T6管的集电极电流和T5管的集电极电流相等， 如此 推来，T6管和T4管的集电极电流相等，而T16管的基极电流为T4 管和T6管的集电极电流之差，所以T16管的基极电流近似为零， 可见共模信号输出为零，电路具有较高的抑制共模信号的能力。
2. 偏置电路 偏置电路由T8~T13、电阻R4和R5组成。其中T10、T11、 T12 和R4、R5构成主偏置电路，该电路中R5上的电流是F007偏置电 路的基准电流，由图可知
第四章集成运算放大电路
( R L // rce 2 // rce 4 )
rbe
若RL<<(rce1∥rce2)， 则
Au
RL
rbe
返回
4.3 集成运放电路简介
图4.3.1 F007电路原理图
图4.3.2 F007电路中的放大电路部分
1. 输入级 在输入级中，T1 、T3 和T2 、T4 组成共集-共基差分放大电 路， T5~T7和电阻R1~R3构成改进型电流源电路，作为差放的有
号变化速度的适应能力，是衡量运放在大幅值信号作用时工作
速度的参数，单位为V/μs。在实际工作中，输入信号的变化律
一定不要大于集成运放的SR。信号幅值越大、频率越高，要求 集成运放的SR就越大。
理想运算放大器
理想运放的技术指标
在分析集成运放的各种应用电路时，常常将集成运放看成 是理想运算放大器。所谓理想运放, 就是将集成运放的各项技术
图4.2.2 比例电流源
图4.2.3 微电流源
二、 改进型的镜像电流源(获得稳定输出的电流）
1. 加射极输出器的电流源
2. 威尔逊电流源
三、 多路电流源电路
IR IE0 I C1 I E1 IC 2 IE2 IC3 IE3 Re0 R e1 Re0 Re2 Re0 Re3 IR
IR I c1 V CC U R
BE
2
IR IR
2. 比例电流源
IR V cc U
BE 0
3. 微电流源
Re0 R e1 IR
I C1 I E1 U BE 0 U BE 1 Re
IC1 UT Re 1n IR IC1
R Re0
, I c1
集成运算放大电路
C EE EI R o(a )(b )(c )单管电流源电路(a)晶体管的恒流特性； (b)恒流源电路； (c)等效电流源表示法3、集成运算放大电路3.1 集成运算放大器的结构与特点3.1.1集成运放电路结构集成运放电路形式多样，各具特色。
但从电路的组成结构看，一般是由输入级、中间放大级、输出级和电流源四部分组成。
（如图）输入级采用差分放大电路要求有低温漂，高共模抑制比和高输入电阻，中间级采用CE(CS)电路要求有高电压增益，输出级采用互补对称式射极跟随器结构要求有低输出电阻，较强带负载能力。
3.1.2集成运放电路特点集成运放是一种多级放大电路， 性能理想的运放应该具有电压增益高、 输入电阻大、 输出电阻小、 工作点漂移小等特点。
与此同时， 在电路的选择及构成形式上又要受到集成工艺条件的严格制约。
因此， 集成运放在电路设计上具有许多特点，主要有： 1、级间采用直接耦合方式。
2、尽可能用有源器件代替无源元件。
3、利用对称结构改善电路性能。
3.1.2集成运放符号与模型3.2 集成运放中的电流源电路电流源对提高集成运放的性能起着极为重要的作用。
一方面它为各级电路提供稳定的直流偏置电流，另一方面可作为有源负载，提高单级放大器的增益。
3.2.1 单管电流源电路图 (a)画出了晶体管基极电流为I B 的一条输出特性曲线。
由图可见，当I B 一定时，只要晶体管不饱和也不击穿，I C 就基本恒定。
因此，固定偏流的晶体管，从集电极看进去相当于一个恒流源。
由交流等效电路知，它的动态内阻为r ce ，是集成运算放大器组成框图（a ）集成运放符号 （b ）集成运放电路模型 R id →∞ R od →0 A od →∞)1(33B be ce o R R r R r R +++≈β一个很大的电阻。
为了使I C 更加稳定，可以采用分压式偏置电路(即引入电流负反馈)，便得到图4–2(b)所示的单管电流源电路。
图 (c)为该电路等效的电流源表示法，图中R o 为等效电流源的动态内阻。
第四章 集成运算放大电路
（输出级偏臵的一部分；中间级的有源负载。）
34
§4-3．集成运放电路简介
F007简介 输入级
T1—T4：CC-CB差动放大
偏置电路
各部分的作用： 1.输入级：KCMR↑，Ri↑，IQ↓， 一般采用双端输入的差放电路。
5
§4-1．集成运算放大电路概述
三、集成运放的电压传输特性
集成运放符号： 电压传输特性：
uo f (uP uN )
同(反)相输入端是指运放的输入电 压与输出电压的相位关系。 可以认为集成运放是双端输入、单 端输出的差放电路。
10
集成运算放大器的符号和基本特点
3. 理想运放工作在线性区的两个特点 证：uo = Aud (u+ – u–) = Aud uid u+ – u– = uo/Aud 0 2) i+ i– 0 (虚断) 证： i+ = uid / Rid 0 同理 i – 0 1) u+ u–(虚短)
32
§4-3．集成运放电路简介
33
§4-3．集成运放电路简介
F007简介 偏臵电路 T12、R5、T11：主偏臵—R5中电流为基准电流
Im 2VCC U EB12 U BE11 0.73mA R5
T10、T11：微电流源
T8、T9：镜像电流源
T12、T13：镜像电流源
（输入级偏臵）
21
IR
Re2的作用：增大IE2，提高β。
§4-2．集成运放中的电流源电路
二、改进型电流源电路 2.威尔逊电流源 工作点稳定，输出电阻大。
I C2
2 (1 2 )IR IR 2 2
22
§4-2．集成运放中的电流源电路
04-1集成运算放大电路概述
U CC U BE 1 R
由于 UBE1 = UBE2，VT1 与 VT2 参数基本相同，则
IC2
+UCC IREF R 2IB IB1 + UBE1
IC2
IB2 + VT2 UBE2
IB1 = IB2 = IB；IC1 = IC2 = IC
I C 2 I C1 I REF 2 I B I REF 2
ln
I C2 I S2
VT1
VT2 Re
I S1 I S 2
U T ln I C1 I C2 I C 2 Re
若 IC1和 IC2 已知，可求出 Re。
11
12
+UCC IREF R 2IB
IC2
IC1
VT1
VT2 Re
10
基本关系
U B E1 U B E2 I E 2 Re I C2 Re
因二极管方程
U BE U BE
I C I S (e
UT
1) I Se
I C1 I S1
UT
IC1
)
+UCC IREF R 2IB
IC2
U BE 1 U BE 2 U T (ln I C 2 Re
集成电路简称 IC (Integrated Circuit)
集成电路按 其功能分 数字集成电路
模拟集成电路
模拟集成 电路类型
集成运算放大器；集成功率放大器； 集成高频放大器；集成中频放大器； 集成比较器；集成乘法器；集成稳压 器；集成数/模和模/数转换器等。
1
集成运放的外形
(a)
(b)
(c)
(a)为双列直插式；(b)、(c)为扁平式。
由于 UBE1 = UBE2，VT1 与 VT2 参数基本相同，则
IC2
+UCC IREF R 2IB IB1 + UBE1
IC2
IB2 + VT2 UBE2
IB1 = IB2 = IB；IC1 = IC2 = IC
I C 2 I C1 I REF 2 I B I REF 2
ln
I C2 I S2
VT1
VT2 Re
I S1 I S 2
U T ln I C1 I C2 I C 2 Re
若 IC1和 IC2 已知，可求出 Re。
11
12
+UCC IREF R 2IB
IC2
IC1
VT1
VT2 Re
10
基本关系
U B E1 U B E2 I E 2 Re I C2 Re
因二极管方程
U BE U BE
I C I S (e
UT
1) I Se
I C1 I S1
UT
IC1
)
+UCC IREF R 2IB
IC2
U BE 1 U BE 2 U T (ln I C 2 Re
集成电路简称 IC (Integrated Circuit)
集成电路按 其功能分 数字集成电路
模拟集成电路
模拟集成 电路类型
集成运算放大器；集成功率放大器； 集成高频放大器；集成中频放大器； 集成比较器；集成乘法器；集成稳压 器；集成数/模和模/数转换器等。
1
集成运放的外形
(a)
(b)
(c)
(a)为双列直插式；(b)、(c)为扁平式。
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3. 3 集成运算放大器的基本运算电路
• 3. 3. 1反相比例运算电路
• 1.电路结构
• 反相比例运算电路如图3-3-1所示，输入信号Ui从反相输入端与地之
间加入，RF是反馈电阻，接在输出端和反相输入端之间，将输出电压
UO 反馈到反相输入端，实现负反馈。R1是输入祸合电阻，R2是补偿
示。 • 积分电路应用很广，除了积分运算外，还可用于方波一三角波转换、
示波器显示和扫描、模数转换和波形发生等。图3-5-3是将积分电路 用于方波一三角波转换时的输入电压ui(方波)和输出电压u0(三角波)的 波形。
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3. 5 集成运算放大器的应用
• 2.微分运算电路 • 将积分运算电路的R,C位置对调即为微分运算电路，如图3-5-4所示。 • 输出电压与输入电压对时间的微分成正比。
• 3. 4. 4并联电流负反馈 • 设ui为正，即反相输入端的电位为正，输出端的电位为负。此时，i1
和if的实际方向即如图中所示，差值电流id= i1 - if ，即it削弱了净输入 电流id ，故为负反馈。反馈信号取自输出电流i0，并与之成正比，故 为电流反馈。反馈信号与输入信号在输入回路并联，故为并联反馈， 因此，反相输入恒流源电路是引入并联电流负反馈的电路。
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3. 1 差动放大电路
• 4.共模抑制比 • 为了说明差动放大电路抑制共模信号的能力，常用共模抑制比KCMR
这项指标来衡量。 • 差模电压放大倍数越大，共模电压放大倍数越小，则共模抑制能力越
强，放大电路的性能越优良。
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3. 2 集成运算放大电路简介
• 3. 2. 1认识集成电路
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3. 5 集成运算放大器的应用
• 当基准电压UR=0时，称为过零比较器，输入电压ui与零电位比较，电 路图和电压传输特性如图3-5-7所示。
• 为了限制输出电压u0的大小，以便和输出端连接的负载电平相配合， 可在输出端用稳压管进行限幅，如图3-5-8 (a)所示。电压传输特性如 图3-5-9 (b)所示。
• 1.零点漂移现象 • 当放大电路处于静态时，即输入信号电压为零时，输出端的静态电压
应为恒定不变的稳定值。但是在直流放大电路中，即使输入信号电压 为零，输出电压也会偏离稳定值而发生缓慢的、无规则的变化，这种 现象叫做零点漂移，简称零漂，如图3-1-1 (b)所示。 • 2.产生零点漂移的原因 • 产生零点漂移的原因有电源电压的波动、温度变化、元件老化等，其 中温度变化是产生零漂的最主要的原因，因此，也称为温度漂移。 • 3.抑制零点漂移的措施 • (1)选用稳定性能好的高质量的硅管。 • (2)采用高稳定性的稳压电源可以抑制由电源电压波动引起的零漂。
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3. 3 集成运算放大器的基本运算电路
• 3.实际应用(电压跟随器) • 输出电压的幅度和相位均随输入电压幅度和相位的变化而变化，故称
之为电压跟随器，它是同相比例运算电路的一种特例。电路如图3-34所示。
• 3. 3. 3差动比例(减法)运算电路
• 1.电路结构 • 差动比例运算电路如图3-3-6所示，它是把输入信号同时加到反相输
• 集成运放不外接反馈电路，输出不接负载时测出的差模电压放大倍数， 称为开环差模电压放大倍数Aod 。
• 2)输入失调电压U io • 3)输入失调电流I io • 4)最大输出电压U omax • 5)最大输出电流去Iomax • 4.集成运放的种类 • 目前国产集成运放的种类很多，根据用途不同可分为以下几类。 • 1)通用型 • 2)低功耗型 • 3)高精度型
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3. 2 集成运算放大电路简介
• 4)高阻型 • 图3-2-2所示为集成电路的几种封装形式。
• 3. 2. 3理想运算放大器
• 1.理想运放 • 所谓理想运放就是将各项技术指标都理想化的集成运放, 其等效电路
如图3-2-3所示。 • 由以上理想特性可以推导出如下两个重要结论。 • (1)虚短路原则(简称虚短)。 • (2)虚断路原则(简称虚断)。 • 2.集成运放的传输特性 • 表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线称为传输特性曲线，如
• 3. 2. 2集成运算放大器
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3. 2 集成运算放大电路简介
• 1.集成运放的特点 • (1)集成运放采用直接祸合方式，是高质量的直接祸合放大电路。 • (2)集成运放采用差动放大电路克服零点漂移。 • (3)用有源元件取代无源元件。 • (4)采用复合管以提高电流放大系数。 • 2.集成运放的组成及各部分的作用 • 集成运放有两个输入端，一个称为同相输入端，一个称为反相输入端;
一个输出端。符号如图3-2-1 (b)所示。 • 集成运放内部电路由四个部分组成，包括输入级、中间级、输出级和
偏置电路，如图3一2一1(a)所示。 • 1)输入级 • 输入级又称前置级，它是一个高性能的差动放大电路。
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3. 2 集成运算放大电路简介
• 2)中间级 • 中间级是整个电路的主放大器，主要功能是获得高的电压放大倍数 • 3)输出级 • 输出级应具有输出电压范围宽，输出电阻小，有较强的带负载能力，
电源VEE通过电阻RE和两管发射极提供两管的基极电流。由于电路的 对称性，两管的集电极电流相等，集电极电位也相等。
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3. 1 差动放大电路
• 3.动态特性 • 当有信号输入时，对称差动放大电路(图3-1-2)的工作情况可以分为下
列几种输入方式来分析。 • 1)共模输入 • 若两个输入信号电压ui1和ui2的大小相等、极性相同，即ui1=ui2=uic ，
• 集成电路是相对于分立电路而言的，就是把整个电路的各个元件以及 相互之间的连接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的 整体。它与晶体管等分立元件连成的电路比较，体积更小，重量更轻， 功耗更低。
• 就导电类型而言，有双极型、单极型(场效应管)和两者兼容的集成电 路。就功能而言，集成电路有数字集成电路和模拟集成电路，而后者 又有集成运算放大器、集成功率放大器、集成稳压电源和集成数模和 模数转换器等许多种。表3-2-1列出了四种不同引脚分布的集成电路 外形图。
• 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3-5-5所示。
• 3. 5. 2电压比较器
• 电压比较器的基本功能是对输入端的两个电压进行比较，判断出哪一 个电压大，在输出端输出比较结果。
• 图3-5-6 ( a)所示为一简单的电压比较器,图3-5-6 ( b)所示是电压比较 器的电压传输特性。
非线性失真小等特点。 • 4)偏置电路 • 偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。 • 3.集成运放的主要参数 • 为了合理地选用和正确使用集成运放，必须了解表征其性能的主要参
数(或称技术指标)的意义。 • 1)开环差模电压放大倍数Aod
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3. 2 集成运算放大电路简介
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3. 5 集成运算放大器的应用
• 3. 5. 1积分和微分运算电路
• 1.积分运算电路 • 将反相输入比例运算电路的反馈电阻RF用电容C替换，则成为积分运
算电路，如图3-5-1所示。 • 输出电压与输入电压对时间的积分成正比。 • 输出电压与时间成正比，设t=0时输出电压为零，则波形如图3-5-2所
电阻(也叫平衡电阻)，
。
• 2.输出与输入的关系
• 反相输入端也与地等电位，即反相端近于接地，称反相输入端为“虚 地”，即并非真正“接地”。“虚地”是反相比例运算电路的一个重 要特点。
• 3.实际应用(反相器)
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3. 3 集成运算放大器的基本运算电路
• 把输入信号进行了一次倒相，因此把它称为反相器。电路图及符号图 如图3-3-2所示。
这样的输入称为共模输入。大小相等，极性相同的信号称为共模信号。 • 2)差模输入 • 若两个输入信号电压ui1和ui2的大小相等、极性相反，即ui1=-
ui2=1/2uid，这样的输入称为差模输入。大小相等，极性相反的信号 称为差模信号。 • 3)比较输入 • 两个输入信号电压的大小和相对极性是任意的，既非共模，又非差模， 这种输入称为比较输入。
图3-2-4所示，可分为线性区和非线性区。
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3. 2 集成运算放大电路简介
• 1)线性区 • 工作在线性区时，U0和Ui是线性关系，即
• 只有引人负反馈后，才能保证输出不超出线性范围，集成运放接入负 反馈网络，电路如图3-2-5所示。
• 2)非线性区 • 集成运算放大器工作在非线性区时，这时输出电压只有两种可能:
• 图3-4-1(b)是同相比例运算电路。反馈信号取自输出电压，并与之成 正比，故为电压反馈。反馈信号与输入信号在输入回路中串联，故为 串联反馈。因此，同相比例运算电路是引入串联电压负反馈的电路。
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3. 4 集成运算放大电路中的负反馈
• 3. 4. 3串联电流负反馈
• 参照上述的同相比例运算电路可知，图3-4-1( c)的电路也引入了负反 馈。反馈电压uf=Ri取自输出电流(即负载电流)io，并与之成正比，故 为电流反馈。反馈信号与输入信号在输入回路中串联，故为串联反馈， 故为串联反馈。因此，同相输入恒流源电路是引入串联电流负反馈的 电路。
• 3. 3. 2同相比例运算电路
• 1.电路结构
• 同相比例运算电路如图3-3-3所示，输入信号电压Ui接入同相输入端，
输出端与反相输入端之间接有反馈电阻RF与R1，为使输入端保持平
衡，
。
• 2.输出与输入的关系
• 根据虚断可知，流入放大器的电流趋近于零;根据虚短可知，反相输 入端与同相输入端的电位近似相等，得输出电压与输入电压的关系为:
3. 3 集成运算放大器的基本运算电路
• 3. 3. 1反相比例运算电路
• 1.电路结构
• 反相比例运算电路如图3-3-1所示，输入信号Ui从反相输入端与地之
间加入，RF是反馈电阻，接在输出端和反相输入端之间，将输出电压
UO 反馈到反相输入端，实现负反馈。R1是输入祸合电阻，R2是补偿
示。 • 积分电路应用很广，除了积分运算外，还可用于方波一三角波转换、
示波器显示和扫描、模数转换和波形发生等。图3-5-3是将积分电路 用于方波一三角波转换时的输入电压ui(方波)和输出电压u0(三角波)的 波形。
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3. 5 集成运算放大器的应用
• 2.微分运算电路 • 将积分运算电路的R,C位置对调即为微分运算电路，如图3-5-4所示。 • 输出电压与输入电压对时间的微分成正比。
• 3. 4. 4并联电流负反馈 • 设ui为正，即反相输入端的电位为正，输出端的电位为负。此时，i1
和if的实际方向即如图中所示，差值电流id= i1 - if ，即it削弱了净输入 电流id ，故为负反馈。反馈信号取自输出电流i0，并与之成正比，故 为电流反馈。反馈信号与输入信号在输入回路并联，故为并联反馈， 因此，反相输入恒流源电路是引入并联电流负反馈的电路。
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3. 1 差动放大电路
• 4.共模抑制比 • 为了说明差动放大电路抑制共模信号的能力，常用共模抑制比KCMR
这项指标来衡量。 • 差模电压放大倍数越大，共模电压放大倍数越小，则共模抑制能力越
强，放大电路的性能越优良。
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3. 2 集成运算放大电路简介
• 3. 2. 1认识集成电路
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3. 5 集成运算放大器的应用
• 当基准电压UR=0时，称为过零比较器，输入电压ui与零电位比较，电 路图和电压传输特性如图3-5-7所示。
• 为了限制输出电压u0的大小，以便和输出端连接的负载电平相配合， 可在输出端用稳压管进行限幅，如图3-5-8 (a)所示。电压传输特性如 图3-5-9 (b)所示。
• 1.零点漂移现象 • 当放大电路处于静态时，即输入信号电压为零时，输出端的静态电压
应为恒定不变的稳定值。但是在直流放大电路中，即使输入信号电压 为零，输出电压也会偏离稳定值而发生缓慢的、无规则的变化，这种 现象叫做零点漂移，简称零漂，如图3-1-1 (b)所示。 • 2.产生零点漂移的原因 • 产生零点漂移的原因有电源电压的波动、温度变化、元件老化等，其 中温度变化是产生零漂的最主要的原因，因此，也称为温度漂移。 • 3.抑制零点漂移的措施 • (1)选用稳定性能好的高质量的硅管。 • (2)采用高稳定性的稳压电源可以抑制由电源电压波动引起的零漂。
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3. 3 集成运算放大器的基本运算电路
• 3.实际应用(电压跟随器) • 输出电压的幅度和相位均随输入电压幅度和相位的变化而变化，故称
之为电压跟随器，它是同相比例运算电路的一种特例。电路如图3-34所示。
• 3. 3. 3差动比例(减法)运算电路
• 1.电路结构 • 差动比例运算电路如图3-3-6所示，它是把输入信号同时加到反相输
• 集成运放不外接反馈电路，输出不接负载时测出的差模电压放大倍数， 称为开环差模电压放大倍数Aod 。
• 2)输入失调电压U io • 3)输入失调电流I io • 4)最大输出电压U omax • 5)最大输出电流去Iomax • 4.集成运放的种类 • 目前国产集成运放的种类很多，根据用途不同可分为以下几类。 • 1)通用型 • 2)低功耗型 • 3)高精度型
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3. 2 集成运算放大电路简介
• 4)高阻型 • 图3-2-2所示为集成电路的几种封装形式。
• 3. 2. 3理想运算放大器
• 1.理想运放 • 所谓理想运放就是将各项技术指标都理想化的集成运放, 其等效电路
如图3-2-3所示。 • 由以上理想特性可以推导出如下两个重要结论。 • (1)虚短路原则(简称虚短)。 • (2)虚断路原则(简称虚断)。 • 2.集成运放的传输特性 • 表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线称为传输特性曲线，如
• 3. 2. 2集成运算放大器
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3. 2 集成运算放大电路简介
• 1.集成运放的特点 • (1)集成运放采用直接祸合方式，是高质量的直接祸合放大电路。 • (2)集成运放采用差动放大电路克服零点漂移。 • (3)用有源元件取代无源元件。 • (4)采用复合管以提高电流放大系数。 • 2.集成运放的组成及各部分的作用 • 集成运放有两个输入端，一个称为同相输入端，一个称为反相输入端;
一个输出端。符号如图3-2-1 (b)所示。 • 集成运放内部电路由四个部分组成，包括输入级、中间级、输出级和
偏置电路，如图3一2一1(a)所示。 • 1)输入级 • 输入级又称前置级，它是一个高性能的差动放大电路。
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3. 2 集成运算放大电路简介
• 2)中间级 • 中间级是整个电路的主放大器，主要功能是获得高的电压放大倍数 • 3)输出级 • 输出级应具有输出电压范围宽，输出电阻小，有较强的带负载能力，
电源VEE通过电阻RE和两管发射极提供两管的基极电流。由于电路的 对称性，两管的集电极电流相等，集电极电位也相等。
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3. 1 差动放大电路
• 3.动态特性 • 当有信号输入时，对称差动放大电路(图3-1-2)的工作情况可以分为下
列几种输入方式来分析。 • 1)共模输入 • 若两个输入信号电压ui1和ui2的大小相等、极性相同，即ui1=ui2=uic ，
• 集成电路是相对于分立电路而言的，就是把整个电路的各个元件以及 相互之间的连接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的 整体。它与晶体管等分立元件连成的电路比较，体积更小，重量更轻， 功耗更低。
• 就导电类型而言，有双极型、单极型(场效应管)和两者兼容的集成电 路。就功能而言，集成电路有数字集成电路和模拟集成电路，而后者 又有集成运算放大器、集成功率放大器、集成稳压电源和集成数模和 模数转换器等许多种。表3-2-1列出了四种不同引脚分布的集成电路 外形图。
• 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3-5-5所示。
• 3. 5. 2电压比较器
• 电压比较器的基本功能是对输入端的两个电压进行比较，判断出哪一 个电压大，在输出端输出比较结果。
• 图3-5-6 ( a)所示为一简单的电压比较器,图3-5-6 ( b)所示是电压比较 器的电压传输特性。
非线性失真小等特点。 • 4)偏置电路 • 偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。 • 3.集成运放的主要参数 • 为了合理地选用和正确使用集成运放，必须了解表征其性能的主要参
数(或称技术指标)的意义。 • 1)开环差模电压放大倍数Aod
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3. 5 集成运算放大器的应用
• 3. 5. 1积分和微分运算电路
• 1.积分运算电路 • 将反相输入比例运算电路的反馈电阻RF用电容C替换，则成为积分运
算电路，如图3-5-1所示。 • 输出电压与输入电压对时间的积分成正比。 • 输出电压与时间成正比，设t=0时输出电压为零，则波形如图3-5-2所
电阻(也叫平衡电阻)，
。
• 2.输出与输入的关系
• 反相输入端也与地等电位，即反相端近于接地，称反相输入端为“虚 地”，即并非真正“接地”。“虚地”是反相比例运算电路的一个重 要特点。
• 3.实际应用(反相器)
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3. 3 集成运算放大器的基本运算电路
• 把输入信号进行了一次倒相，因此把它称为反相器。电路图及符号图 如图3-3-2所示。
这样的输入称为共模输入。大小相等，极性相同的信号称为共模信号。 • 2)差模输入 • 若两个输入信号电压ui1和ui2的大小相等、极性相反，即ui1=-
ui2=1/2uid，这样的输入称为差模输入。大小相等，极性相反的信号 称为差模信号。 • 3)比较输入 • 两个输入信号电压的大小和相对极性是任意的，既非共模，又非差模， 这种输入称为比较输入。
图3-2-4所示，可分为线性区和非线性区。
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3. 2 集成运算放大电路简介
• 1)线性区 • 工作在线性区时，U0和Ui是线性关系，即
• 只有引人负反馈后，才能保证输出不超出线性范围，集成运放接入负 反馈网络，电路如图3-2-5所示。
• 2)非线性区 • 集成运算放大器工作在非线性区时，这时输出电压只有两种可能:
• 图3-4-1(b)是同相比例运算电路。反馈信号取自输出电压，并与之成 正比，故为电压反馈。反馈信号与输入信号在输入回路中串联，故为 串联反馈。因此，同相比例运算电路是引入串联电压负反馈的电路。
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3. 4 集成运算放大电路中的负反馈
• 3. 4. 3串联电流负反馈
• 参照上述的同相比例运算电路可知，图3-4-1( c)的电路也引入了负反 馈。反馈电压uf=Ri取自输出电流(即负载电流)io，并与之成正比，故 为电流反馈。反馈信号与输入信号在输入回路中串联，故为串联反馈， 故为串联反馈。因此，同相输入恒流源电路是引入串联电流负反馈的 电路。
• 3. 3. 2同相比例运算电路
• 1.电路结构
• 同相比例运算电路如图3-3-3所示，输入信号电压Ui接入同相输入端，
输出端与反相输入端之间接有反馈电阻RF与R1，为使输入端保持平
衡，
。
• 2.输出与输入的关系
• 根据虚断可知，流入放大器的电流趋近于零;根据虚短可知，反相输 入端与同相输入端的电位近似相等，得输出电压与输入电压的关系为: