(完整版)集成运放部分总结

56 第六章 集成运算放大电路

一. 基本要求

1. 了解集成运放电路的结构和主要参数，理解集成运放电路的电压传输特性。

2. 掌握反馈类型及组态的判断方法，了解负反馈对放大电路工作性能的影响；

3. 熟悉“虚短”、“虚断”的概念，并掌握运放电路线性应用的分析方法；

4. 了解运算放大电路的非线性应用；

5. 了解正弦波振荡器自激振荡的条件及桥式RC振荡器的工作原理。

二．主要内容

集成运算放大电路是一种具有高放大倍数、高输入阻抗、低输出电阻的直接耦合放大电路。在线性应用时，要加深度的负反馈电路才能工作。在非线性应用时，输出仅两种状态。

1． 理想运放电路线性应用的分析依据：

（1）uu“虚短”概念；

（2）0ii“虚断”概念。

2．放大电路中的反馈

（1） 电压反馈和电流反馈的判断：将输出端负载短路，反馈信号不存在时是电压反馈；反馈信号仍存在的是电流反馈。如图6-1，（a）电压反馈，（b）电流反馈。

图6-1

（2）串联反馈和并联反馈的判断：反馈信号与输入信号串联，并以电压的形式与输入信号比较，是电压反馈；反馈信号与输入信号并联，并以电流的形式与输入信号比较，是电流反馈。其等效电路如图6-2所示。 Rf RL R1 ui uo

i

a) if i1 RL

R1 uo ui

io uf io

b) 57

图6-2 串联反馈与并联反馈的等效电路

（3）正、负反馈的判断：“瞬时极性法”可判断正、负反馈。从输入端开始假设瞬时极性（“+”或“-”），逐极判断各个相关点的极性，从而得到输出信号的极性和反馈信号的极性。若反馈信号使净输入信号减小是负反馈；若反馈信号使净输入信号增加是正反馈。

（4）运放电路的四种负反馈组态：如图6-3所示。另外，要会判定分立元件电路的反馈组态形式。

图6-3（c） 电压并联负反馈 图6-3（d） 电流并联负反馈

（5）负反馈电路对放大电路的影响

负反馈使放大电路的电压放大倍数降低，但使放大电路的工作性能得到了提高和稳定。负反馈可改善非线形失真，展宽通频带等。

a． 输出电压与输出电流得到稳定

电压负反馈具有稳定输出电压的作用；电流负反馈具有稳定输出电流的i i

i

i f

d

b)

+

_ u u

u d

f +

+ __

a)

图6-3（a） 电压串联负反馈 图6-3（b） 电流串联负反馈

R R

1 L u o i

i i

f i d

+

_ i o

2 N u _

i R2

R R

f L u o

i

i i

f i d

R R 1 f u u

i 0

u u + +

+

d

R

R u u i

i u o i o

+ u d 58 作用。

b．对输入电阻和输出电阻的影响

串联负反馈使输入电阻ri增大；并联负反馈使输入电阻ri减小。

电压负反馈可使输出电压基本稳定，致使输出电阻ro减小；

电流负反馈可使输出电流基本稳定，致使输出电阻ro增大。

3．集成运算放大电路的线性应用

加上负反馈的集成运放电路可组成各种运算电路，由于工作在深度负反馈的条件下，所以运算电路的输入、输出关系基本取决于反馈电路和输入电路的结构与参数，而与运算放大器本身的参数无关。故通过改变输入电路和反馈电路的形式及参数就可以实现不同的运算关系，如比例、加法、减法、积分微分等运算。常见运算电路如表6-1。

表6-1

反相比例运算 0uu

ifouRRu1

电压并联负反馈

同相比例运算

iuuu

ifouRRu)1(1

电压串联负反馈

电压跟随器

iouu

加

法

运

算

0uu

)(332211RuRuRuRuiiifo

电压并联负反馈 R

0 u u

i R

u

u

u R R

R 3

P f

i i

2 f i

_

R 2 i 2

+ R 1 i 1

+

i

i i1

i2

i3

u 0 R

R 1

2 f

u i i

1 f

i

0 u

R

R 1

2 f

i i

1 f

u i u 59

减

法

运

算

uu

2323iuRRRu

1123231))(1(ififouRRuRRRRRu

fR对1iu是电压并联负反馈，对2iu是

电压串联负反馈。

积

分

运

算 0uu

dtuRCuuifco11

电压并联负反馈

微

分

运

算

0uu

dtduCRRiuifffo

电压并联负反馈

4． 集成运放电路的非线性应用

运放电路的非线性应用要注意电路工作在饱和区，输出为MU0或稳压管限幅后的稳定电压ZU。运放电路的非线性应用一般有电压比较器、非正弦周期信号发生器等电路。要求熟悉电压比较电路的门限电压UT、、电压传输特性，会画输出电压波形。了解方波发生器的工作原理。常见的几种电压比较器如表6-2。

表6-2

过零比较

任意电压比较 R

u 0 R

R 1

2 f

u i 1

i

R

u i i

i1

i2 2

3

R

ui

0 uo

-Uo UR +Uo

uo ui R1

R2 uR uo ui R1

R2 ui

0 +Uo

-Uo R1

R2 ui i1 f

+

i-

i+ uc

u 0

C

R 1 f

u i i

c f

i +

_ u 0 60 迟滞电压比较

TU为上、下门限电压。

5． 正弦波振荡器

振荡电路由基本放大电路、正反馈电路和选频电路三个部分组成。

（1） 自激振荡的条件

自激振荡的幅度条件，1FAu

自激振荡的相位条件，n2 （n为整数倍）。

（2） RC振荡器

根据选频电路的不同，正弦波振荡器分为RC振荡器、LC振荡器和石英晶体振荡器。常用的RC文氏桥式振荡器，频率特性为 RCf210。

三．考试内容

集成运放的线性应用电路分析与计算，两题，占16%左右。

四．习题

1. 图1是运算放大器测量电路，1R、2R、和3R的阻值固定，FR是检测电阻，

由于某个非电量(如应变、压力或温度)的变化使FR发生变化，其相对变化为△FR/FR，

而与非电量有一定的函数关系。如果能得出输出电压ou与的关系，就可测出该非电量。

设1R=2R=R，3R=FR并且R＞＞FR。试求ou与的关系。图中E是一直流电源。

解：分别求运放同相端和反相端电位并令其相等整理得：

ERRRRRRRRRRuFFFFFFo

由于R＞＞FR，故

RERERRRRRuFFFFo

图1

2 图2所示为一反相比例运算电路，试证明

134311RRRRRRuuAfiouf

解析：根据虚断的概念2,0Rii接地，故2R上电压

为零，即0u，由虚短的概念，0uu，

0u 称为“虚地”。 uo

ui 0

+UZ

-UZ -UT +UT uo ui

R1 R2

DZ R

±UZ

图2 61 证： 由于0uu，反相输入端为虚地端，

fR和4R可视为并联，则有，

offRuRRRRRu////4344

即

4////443RffouRRRRRu

由于 ffRRiRuuf4 ，

11Ruiiif

所以 4////443RffouRRRRRuifffuRRRRRRR1443////

iffifffuRRRRRuRRRRRRR1//////4314431

iffifffuRRRRRRuRRRRRRR433144311)(1

即

134311RRRRRRuuAfiouf

注： fR引入电流并联负反馈，具有稳定输出电流oi的效果，也称为反相输入恒流源电路。1444RuRuiiiiRfo，改变电阻fR或4R阻值，就可改变oi的大小。

电路如图题6-8所示，是一加减运算电路，已知R1= R2= R3= R4，R5= RF，求输出电压uo的表达式。

3在图3所示的电路中，已知RF=4R1，求u0与ui1和ui2的关系式。

4电路如图题4所示，设所有运放都是理想的。

（1）求uo1、uo2及uo的表达式； 题3图 ui2 ui1 u01 R1 RF

uo -

+ -

+