电工与电子技术第三章 集成运算放大器及其应用精品PPT课件
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3章-集成运算放大器64页
术
uO = uO1 -uO2= 0
一是利用对称性； 二是利用强共模负反馈。
陈 共模输出（双端-实际）
小 虎 主 编
r( ) A C= 1A C= 2u u O i 1= 1
R L ′ R B+be +1+ 2E R
高 等
差模与共模比较
( ) 教
育 出 版
Ad =Ad1=-RBR+L′ rbe＞＞
=
± 2
R′ L
RB +rbe
rid =2R B+rbe
R′ L=RC//RL
教 育
（3）差模输出电阻
公式中正、负号表示输入和输出信号
出
版 社
rO = RC
的相位，正号为同相，负号为反相。
电 3.3 集成运算放大电路简介
工
集成运算放大器是具有高放大倍数带有深度负
电 反馈的多级直接耦合放大电路。它是发展最早、应
大小相等，极性相反
陈 小
（2）共模信号
任意信号的分解
虎 主 编
高
ui1 = ui2= uC 大小相等，极性相同
( ) ( ) 1
ud
= 2
ui 1-ui 2
；uC
1 =
2
ui 1+ui 2
ui1=uC+ud ；ui2=uC-ud
等 （3）任意信号
教
育 出
ui1 ≠ ui2
版 社
大小和极性任意
例：ui1 = 9 mV, ui2 = 5 mV 差模分量：ud = 2mV 共模分量：uC = 7 mV
虎 主
路的分析方法，重点研究集成运算放大
编 高
电路及其应用。
集成运放与其应用PPT课件
在非线性区内，(u+ - u-)可能很大，即 u+ ≠u-。 “虚地”不存在
2. 理想运放的输入电流等于零
i i 0
P
N
运放工作在非线性区条件：电路开环或引入正反馈
第7页/共35页
一般来说运放没有引入负反馈工作在线性区的范围
将很小。
实际运放 Aod ≠∞ ，当 u+ 与 u-差值很小时，仍有
Aod (u+ - u- )，运放工作在线性区。 uO 例如：F007 的 UoM = ±
-( RF R1
uI1
RF R2
uI2
RF R3
uI3 )
R R1 // R2 // R3 // RF
当 R1 = R2 = R3 = R 时，
uO
-
RF R1
(uI1
uI2
uI3 )
第19页/共35页
2 同相求和运算电路
由于“虚断”，i = 0，所以：
uI1 - u uI2 - u uI3 - u u
2
(1
2
2 2
1
105
)
2
M
2
105
M
第18页/共35页
6.2.2 加减运算电路
一、求和运算电路。
1. 反相求和运算电路
由于“虚断”，i- = 0 所以：i1 + i2 + i3 = iF
又因“虚地”，u- = 0
所以： uI1 uI2 uI3 - uO
R1 R2 R3
RF
图 7.2.7
uO
uO1
-( RF1 R1
uI1
RF1 R3
uI3 )
-(0.2uI1
1.3uI3 )
集成运算放大器及其基本应用电路PPT课件
三运放电路
ui1 +
A+
–
ui2
A+ +
uo1
R
R1
a
RW b
R
R1
uo2
第21页/共48页
R2
–
uo
A+
+
R2
ui1 +
A+
–
ui2
A+ +
虚短路：
uo1
ua ui1 ub ui2
R 虚开路：
a
uo1 uo2 ua ub
RW
2R RW RW
b
ui1 ui2
R
RW
uo2 uo2 uo1
第3页/共48页
5. 传输特性（差放特性） (1)静态
vID=0 ； vO=0
零入零出
v0 v0H 正向饱和区
(2)放大区 （线性区）窄！
0
vP－v N
线性应用
VOL/AVD<VID<VOH/AVD
(3)限幅区
负向饱和区 v0L
线性区
VOH 正向饱和
vo= VOL 负向饱和
非线性应用
第4页/共48页
(2) 全功率带宽BWP
。 定义: 是在额定负载和全功率输出（Vom）时最大不失真频率
dvO (t) dt
max ω Vom
ω Vom SR
第29页/共48页
ω SR /Vom
BWP
SR
2π Vom
4.1.1 集成运放的主要直流和低频参数 (自学)
4.1.1.1 输入失调电压VIO
集成运放输出直流电压为零时，两输入端之间所加的补偿电压称为输入失调电 压VIO
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。
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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
电工与电子技术第三章-集成运算放大器及其应用精选全文完整版
例：已知RF＝4R1，求u0与ui1、 ui2的关系式。 RF
ui1
－+ A1＋
uo′ R1 R2
ui2
－ ＋A2
＋
uo
解: A1为跟随器；A2为差放。
uo′= ui1
uo (1 RF ) ui2 R1
RF uo' R1
uo＝5 ui2－4 ui1
(1 RF ) ui2 RF ui1
R1
第二节 差动放大电路
基本差动放大电路 典型差动放大电路 具有恒流源的差动放大电路 差动放大电路的输入输出方式
一、基本差动放大电路
RB2 RC
uo
RB1 V1
ui1
ui
RC V2
＋UCC RB2
电路由两
RB1 个特性完全
相同的基本
放大电路组
ui2
成。
1. 抑制零点漂移的原理 静态时，Ui1=Ui2=0，由于电路对称
R1
例：如图，求uo 与 ui1、ui2的关系式。
ui1 6KΩ 30KΩ
10KΩ
ui2 10KΩ
－+ A1＋
10KΩ uo′
－ ＋A2
＋
uo
解: A1为反向加法器；A2为反相比例电路。
u u u 30
30
' (
)
o
6 i1 10 i2
(5 ui1 3 ui2)
uo
10 10
uo
'
5
ui1
3
积分电路 C iC
R
ui
ui
i1
－ ＋∞
＋
RP
t
i1 iC （虚断）
uO
i1
集成运算放大器及应用—集成运算放大器(电子技术课件)
（a）新国标符号
（b）以往用过的符号
图3.1.2 集成运放的符号
4.集成运放实物 （1）封装形式、引脚排列
金属壳封装
双列直插式 塑料封装
图3.1.3 集成运放封装与引脚图
图3.1.4 LM324引脚图
（2）运算放大器外形图
图3.1.5 集成运放实物图
三、理想集成运放的主要参数 1.理想集成运放
4.共模抑制比 KCMR 反映了集成运放对共模信号的抑制能力。
5.输入失调电压、电流 U IO 0 I IO 0 它是指集成运放输出电压为零时，两个输入端所加补偿电压的大小、两个输
入端的静态电流之差均为零。 6.上限截止频率 f H
反映集成运放的频率特性。
集成运放的线性应用（一）
3.2.1 集成运放的线性应用（一）
差模信号是指 ui1 = – ui2，即两个输入信号大小相同，极性相反。 共模信号是指 ui1 = ui2 ，即两个输入信号大小相同，极性相同。
2.输入电阻 rid
它是指集成运放在开环状态下，输入差模信号时两输入端之间的动态电阻， 反映差模输入时，集成运放向信号源索取电流的大小。
3.输出电阻 ro 0
二、集成运放的组成及符号 1.集成运放的组成框图
uid +
输入级
中间电压 放大级
输出级 uo
偏置电路
图3.1.1 集成运放的组成框图
2.各组成部分的特点
采用差分放大电路。要求输入电阻 高，输入端耐压高，抑制温度漂移 能力强，静态电流小。
采用共发射极放大 电路。要求有足够 的放大能力。
采用互补对称输出电 路。要求输出电压范 围宽，输出电阻小， 非线性失真小。
一、线性区的集成运放
集成运算放大器及其应用.ppt
VC↘ IB↘ IC↘
T
RF是反馈电阻
通过RF实现了直流负反馈。
RF
Ii U + i U S
RS +
+T I b U be RL
+
If Ic
U o
RF C1 + RS uS + -
+UCC
RC
T
C2 +
用瞬时极性法判 断正负反馈？
ui
RL
uo
RF
Ii U + i U S
X i
A
X o
X X i + × d - Xf
A
F
X o
无负反馈的放大电路， 仅包含基本放大电路A， A可以是单级的或多级的。
：输入信号 X i ：输出信号 X
o
带负反馈的放大电路， 不仅包含基本放大电路A， 还包含反馈电路F， F多数由电阻元件组成。 注意：
：反馈信号 X f ：差值信号或净输入信号 X
+T I b U be RL
+
If Ic
从放大电路的输入端 看：反馈电流与输入电流 并联，所以为并联反馈。
U o
从放大电路的输出端看：
U U U o o be I f RF RF
反馈电流取自输出电压，所以为电压反馈。 电压反 馈具有稳定输出电压的作用。 Uo↘ Uo↗ I f↘ Ib↗ Ic↗ 并联电压负反馈。
d
这里的各信号 可以是电压 也可以是电流 X X X d i f
若X d X i X f
（三者同相位）
则X d X i
反馈信号削弱了净输入信号，所以为负反馈。
T
RF是反馈电阻
通过RF实现了直流负反馈。
RF
Ii U + i U S
RS +
+T I b U be RL
+
If Ic
U o
RF C1 + RS uS + -
+UCC
RC
T
C2 +
用瞬时极性法判 断正负反馈？
ui
RL
uo
RF
Ii U + i U S
X i
A
X o
X X i + × d - Xf
A
F
X o
无负反馈的放大电路， 仅包含基本放大电路A， A可以是单级的或多级的。
：输入信号 X i ：输出信号 X
o
带负反馈的放大电路， 不仅包含基本放大电路A， 还包含反馈电路F， F多数由电阻元件组成。 注意：
：反馈信号 X f ：差值信号或净输入信号 X
+T I b U be RL
+
If Ic
从放大电路的输入端 看：反馈电流与输入电流 并联，所以为并联反馈。
U o
从放大电路的输出端看：
U U U o o be I f RF RF
反馈电流取自输出电压，所以为电压反馈。 电压反 馈具有稳定输出电压的作用。 Uo↘ Uo↗ I f↘ Ib↗ Ic↗ 并联电压负反馈。
d
这里的各信号 可以是电压 也可以是电流 X X X d i f
若X d X i X f
（三者同相位）
则X d X i
反馈信号削弱了净输入信号，所以为负反馈。
电子技术新课件第3章集成运算放大器[1]
T1 T2
T4 +UCC
u
o
T3
T5
同相端 IS
与uo同相
输入级
中间级 输出级 电子技术新课件第3章集成运算放 大器[1]
-UEE
一、运放的特点和符号
A o 很大: 104以上~ 107 Ri 高:几十k 几百k，甚至达 到1012
uo=Au(u+-u-)
理想运放：
Ro 小：几十 ~ 几百 KCMRR 很大
ui
0
t
uo
0
t
电子技术新课件第3章集成运算放 大器[1]
6、电压比较器
开环，饱和区 U+>UU+<U-
Uo=+Uom Uo=-Uom
ui
+
UR
+ uo
uo
+Uom
0
-U 电子技术新课件第3章集成运算放 大器[1]
om
UR ui
例：过零比较器：利
ui
用电压比较器将正弦 波变为方波。
t
ui
+
+ uo
大器[1]
下限
传输特性
uo
Uom
U+L
0
U+H-U+L称为回 差
上限 U+H
ui
-Uom
小于回差的干扰不会引起跳转
电子技术新课件第3章集成运算放 大器[1]
输入正弦波的情况
ui
U+H
t
U+L
uo
Uom
t
-Uom
电子技术新课件第3章集成运算放 大器[1]
加上参考电压后的上下限
ui
电工电子学_集成运算放大器(PPT77页)
2019/11/25
电工电子学B
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9. 1. 2 差动放大电路
1、电路组成
RB +
RC + uo – RC T1 RP T2
RB
+UCC +
ui1
RE
ui2
–
+–EE
–
RE的作用：稳定静态工作点，限制每个管子的漂移。 EE：用于补偿RE上的压降，以获得合适的工作点。 电位器 RP : 起调零作用。
反馈到输入
+
RB C1 +
RE
RL
uoRS
– es+–
+ ui
–
通过R+EUCC
将输出电压
反+馈C2到输入
+
RE
RL uo
–
2019/11/25
电工电子学B
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1. 反馈的定义
X i
A
X o
比较环节 基本放大电路
X i + X di
A
–
X f
F
反馈电路 (b) 带反馈
3. 输入失调电压 UIO 4. 输入失调电流 IIO 愈小愈好 5. 输入偏置电流 IIB 6. 共模输入电压范围 UICM 运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值， 运放的共模抑制性能下降，甚至造成器件损坏。
2019/11/25
电工电子学B
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2. 电压传输特性 uo= f (ui)
集成电路 是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。
集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可 靠性高、价格低。
集成运算放大器的运用.pptx
度系数的热敏电阻RT,也可消除UT =kT/q引 起的温度漂移，实现温度稳定性良好的对数
运算关系。
第25页/共54页
•
二、反对数(指数)
•
指数运算是对数的逆运算，在电路结构上只要将对数运算器的电阻和
晶体管位置调换一下即可，如图7.1.16所示。
uBE
uo Rif RiC RISe UT
uBE ui
第7页/共54页
• 7.1.2
(Adder)
•1.反相输入求和电路 (Inver ting Adder)
•（ 1 ） 电 路 如 图 7 . 1 . 4 所 示 。 •直 流 平 衡 电 阻 ：
if Rf
R1 i1
ui1
i2 i-
ui2
-
RP R1 R2 R3 R f
R2
i+ +
+
uo
R3
（2）关系式：
图7.1.4 反相求和运算电路
因为反相端“虚地”(Virtual Ground)，
i1 i2 i f
ui1 ui2 uo
R1 R2
Rf
uo
Rf R1
ui1
Rf R2
ui 2
第8页/共54页
若 R1 R2 R
则
uo
Rf R
(ui1 ui2 )
例1：利用集成运放实现以下求和运算关系：
反向饱和电流的影响，RT是热敏电阻，用以补偿UT引起的温度漂移。由图
可见:
uo
(1
R3 R2 RT
)u A
uA
u BE 2
uBE1
UT
ln
ic 2 IS2
UT
ln
ic1 IS1
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实际运放
u－ u+
ui
ri ro
AHale Waihona Puke Ui理想运放u－ u+
ui
AOUi
AO很高，> 104 ri很高，几十~几百KΩ uo rO很低，几十~几百Ω KCMR 很高
AO＝∞ ri=∞ uo rO=0 KCMR＝∞
五、集成运算放大器的电压传输特性 及其分析特点
运算放大器的电压传输特性
集成运放的输出电压uO与输入电压ui (u+－u－)
uo
入端的电流通常为零， 但又不是断路故简称为 “虚断”。
∵ ri≈∞ I－≈I+ ≈0
2. 非线性区
在非线性区，虚短概念不成立，但虚断 概念成立。
第四节 集成运放在信号运算 电路中的应用
分析线性区理想运放的两个概念 基本运算电路
一、分析线性区理想运放的两个概念
虚短
u＋≈u－
虚断
u－ I－ u+ I+
AOUi
uo
I－≈I+ ≈0
二、基本运算电路
比例电路
1. 反相比例电路 Rf if
ui R1 i1 R2
－ ＋∞
＋
Auf
uo ui
Rf R1
∵ i+≈0 （虚断）
∴ u +＝0
u +≈ u －≈0 （虚地点）
uo
i1=u i／R1 if = u－－uo=－uo／Rf
∵ i －≈ i +＝0
∴ i 1＝ i f
之间的关系uO＝f (ui) 称为集成运放的电压传输特
性。 uO＝AO ui
uO 非线性区
引入深=度A负O(u反+－馈u，－) +UOM
u运工i 可>放作|以在uU工i在i<M使线作|非|U运性，在线iM放区运|线性，工。放性区作饱区和，
－UOM
ui 线性区
反馈电路
ud
－ ＋∞
＋
开环系统：不加反馈网络时
u i1= u i2
差模输入（信号）
ui1 ui2 ui 2
IC 1IC 2
U C1E U C2E u 0 U C 1 E Δ U C 2 E 2 U C 1E
A d2U C1E /ui 2U C1E /2ui1 U C1E /ui1
共模输入（干扰信号）
ui ui1ui20
IC1IC2
其其值值越越小高越越好好 （01.054～～51m07V））
52.. 输最入大失输调出电电流压IUiOopp 输入电压为零时，流入放大器两个输入端
的静输态出基不极失电真流的之最差大。输出电压值
6. 共模I抑iO＝制I比B1－KCIMB2R 其值越小越好 （1nA~10nA）
四、集成运算放大器的理想化模型
第三章 集成运算放大器及其应用
第一节 直接耦合放大器 第二节 差动放大电路 第三节 集成放大器简介 第四节 集成运放在信号运算电路中的应用 第五节 放大电路中的负反馈 第六节 集成运放在信号处理方面的应用
作 业
返回
第一节 直接耦合放大器
级与级之间不经电抗元件而直接连接的方式， 称为直接耦合。
UCC
二、集成运算放大器的简单介绍
1. 集成运放的组成
抑制零漂，共 模抑制比高
低输出电阻， 多采用射随器
输入
差动输 入级
提供各级 静态电流
中间级
输出级 输出
偏置电路 放大作用的 主要单元
2. 集成运放的管脚图及符号
F007管脚图
符号
8765
F 741
（F 0 07）
1234
u－ u+
A B
－ ＋AV
第三节 集成放大器简介
集成运算放大器的特点 集成运算放大器的简单介绍 集成运算放大器的主要技术指标 集成运算放大器的理想化模型 集成运算放大器的电压传输特性及其分 析特点
一、集成运算放大器的特点
集成电路：将整个电路中的元器件制作在一 块硅基片上，构成完整的能完成特定功能的电 子电路。
运算放大器：具有高放大倍数、高输入电阻、 低输出电阻的直接耦合放大器。
IC1IC2 UC1EUC2E U O U C1 E U C2E 0
温度上升，引起两边电流变化
IC1IC2
U C1E U C2E
U O U C 1 E U C 2 E 0
由于电路对称，零漂被抑制。
2. 动态工作原理
差模信号－－极性相反，幅值相同的信号。 u i1=－u i2
共模信号－－极性相同，幅值相同的信号。
U C 差1 动E 放U 大C 电2 E 路对差u O 模 信 号U C 有1 放 E 大U 作C 用2 E ，0
对共模信号有抑制作用。
AC 0
共模抑制比（KCMR）
KCMR是衡量放大信号的能力的技术指标。
Ad:差模放大倍数；AC:共模放大倍数
KC MR
Ad AC
KCMR 越大，抑制共模信号越强。
＋
F
uo
信号从反相输入端输入时，A --- 反相输入端
输出与输入相位相反。
B --- 同相输入端
信号从同相输入端输入时， F --- 输出端 输出与输入相位相同。
三、集成运算放大器的主要技术指标
31..开输环入差失模调放电大压倍Ui数O Auo 在输当入运无端放输加在入入开信的环号补时时偿的，电差为压模使。放输大出倍的数电压值为零，
的电路系统，此时的放大倍
数叫开环放大倍数。 uo 闭环系统：加上反馈网络时
的电路系统，此时的放大倍 数叫闭环放大倍数。
理想运放的电压传输特性 ui ≠0， |uO|＝±UOM
uO
+UOM
即u+ ≠ u－时，运放处于 非线性区。
ui
－UOM
运算放大器的分析特点 1. 线性区
u－ u+
ui
AOUi
uo
各级工作点相互影响 适于放大直流或变化缓慢的信号 电压放大倍数为各级放大倍数之积 零点漂移
零点漂移---当输入信号为零时，输出端电 压偏离原来的起始电压缓慢地无规则的上下漂 动，这种现象叫零点漂移。
产生原因---温度变化、电源电压的波动、电 路元件参数的变化等等。
第一级产生的零漂对放大电路影响最大。
虚短
uO＝AO（u＋－u－）
集成运放两个输入端
AO≈∞
之间的电压通常非常接 近于零，但不是短路， 故简称为“虚短”。
u＋－u－≈uo／AO≈0
u＋≈u－
当u＋＝0 （接地） u － ≈ u ＋≈ 0 称此时的反相输入端为“虚地点”。反之，
也成立。
虚断 流入集成运放两个输
u－ I－ u+ I+
AOUi
第二节 差动放大电路
基本差动放大电路 典型差动放大电路 具有恒流源的差动放大电路 差动放大电路的输入输出方式
一、基本差动放大电路
RB2 RC
uo
RB1 V1
ui1
ui
RC V2
＋UCC RB2
电路由两
RB1 个特性完全
相同的基本
放大电路组
ui2
成。
1. 抑制零点漂移的原理 静态时，Ui1=Ui2=0，由于电路对称