4集成运算放大器

1、 第第4章章 集成运算放大器集成运算放大器 4.2 4.2 理想运算放大器理想运算放大器 4.5 4.5 运算放大器在信号处理方面的应用运算放大器在信号处理方面的应用 4.1 4.1 集成运算放大器集成运算放大器 4.4 4.4 基本运算电路基本运算电路 本章要求本章要求 1.1.了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。 2.2.理解运算放大器的电压传输特性，和理想理解运算放大器的电压传输特性，和理想 运算放大器的分析方法。运算放大器的分析方法。 3.3.掌握用集成运放组成的比例、加减、微分和掌握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

2、。积分运算电路的工作原理。 4.4.了解运放在线性和非线性方面的其它应用。了解运放在线性和非线性方面的其它应用。 4.1 4.1 集成运算放大器集成运算放大器 4.1.14.1.1集成电路概述集成电路概述 集成电路是应用半导体的制造工艺，把整个电路，集成电路是应用半导体的制造工艺，把整个电路， 包括晶体管、电阻等元件及联线都制造在一块半导体包括晶体管、电阻等元件及联线都制造在一块半导体 基片上，形成的不可分割的固体快，实现了元件、电基片上，形成的不可分割的固体快，实现了元件、电 路和系统的结合。集成电路显示出许多分立件电路无路和系统的结合。集成电路显示出许多分立件电路无 法比拟的优点，它体积小

3、、重量轻、功耗小、性能好，法比拟的优点，它体积小、重量轻、功耗小、性能好， 由于外部引线大为减少，减少了故障，提高了可靠性。由于外部引线大为减少，减少了故障，提高了可靠性。 集成电路的分类：集成电路的分类： 按功能集成电路可分为数字集成电路和模拟集成按功能集成电路可分为数字集成电路和模拟集成 电路两大类，本章所讲集成运算放大器是模拟集成电电路两大类，本章所讲集成运算放大器是模拟集成电 路的一种。在第路的一种。在第5 5章数字电路中，将介绍几种数字集章数字电路中，将介绍几种数字集 成电路。成电路。 集成运算放大器特点：集成运算放大器特点： 集成运算放大器是一种采用多级直接耦合的高放集成运算放大器

4、是一种采用多级直接耦合的高放 大倍数的放大电路，它既能放大缓慢变化的直流信号，大倍数的放大电路，它既能放大缓慢变化的直流信号， 又能放大交流信号。用运算放大器及其反馈网络，可又能放大交流信号。用运算放大器及其反馈网络，可 以组成多种运算电路，模拟数学运算，还广泛用于信以组成多种运算电路，模拟数学运算，还广泛用于信 号处理、波形发生等电路中。号处理、波形发生等电路中。 4.1.2 4.1.2 主要技术指标主要技术指标 1.1.开环差模电压增益开环差模电压增益 Aod 指无反馈电路时的差模电压放大倍数。指无反馈电路时的差模电压放大倍数。 Aod=|Uo / (U+-U-)| ，Aod 愈高，所构成

5、的运算电路愈高，所构成的运算电路 越稳定，运算精度也越高，一般越稳定，运算精度也越高，一般Aod很大约为很大约为 104106 , 也用也用 Aod=20lg| UO / (U + -U-)| 表示，约为表示，约为80120db 。 2. 差模输入电阻差模输入电阻rid rid 一般非常大，在兆欧级一般非常大，在兆欧级 。 共模抑制比共模抑制比KCMRR KCMRR=|Aod / Aoc| ，式中，式中Aoc为共模放大倍数。为共模放大倍数。 KCMRR越大，识别差模信号的能力越强，抑制共模信越大，识别差模信号的能力越强，抑制共模信 号的能力越大。也表为号的能力越大。也表为 KCMRR(db)=

6、20lg|Aod /Aoc| 。 5.最大输出电压最大输出电压Uopp 能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压 ，又称为饱和电压。，又称为饱和电压。 3. 输出电阻输出电阻ro ro一般很小，为几十一般很小，为几十几百欧姆。几百欧姆。 4.2 4.2 理想运算放大器理想运算放大器 4.2.1 4.2.1 理想运算放大器理想运算放大器 在一般分析计算中，都将集成运算放大器看成理在一般分析计算中，都将集成运算放大器看成理 想运算放大器，即将集成运算放大器的各项技术指标想运算放大器，即将集成运算放大器的各项技术指标 理想化。即认为：理想化。即认为： 理想

7、运算放大器的图形符号理想运算放大器的图形符号 “u ”为反相输入端；为反相输入端； “u ”为同相输入端；为同相输入端； “ ”表示开环电压放大倍数满足理想化条件；表示开环电压放大倍数满足理想化条件； 集成运放一般为集成运放一般为8 管脚器件，这里省管脚器件，这里省 略了其它引线，而略了其它引线，而 只画出了两个输入只画出了两个输入 端和一个输出端，端和一个输出端， 其中：其中： “ ” 表示运放输入。表示运放输入。 + + uo u u i i 运放的三种工作方式运放的三种工作方式 1 1）当信号从同相输入端对公共地端输入时，输）当信号从同相输入端对公共地端输入时，输 出电压与输入电压同相，

8、出电压与输入电压同相，同相输入方式；同相输入方式； 2）当信号从反相输入端对公共地端输入时，输）当信号从反相输入端对公共地端输入时，输 出电压与输入电压反相，出电压与输入电压反相，反相输入方式；反相输入方式； 3）当信号同时从同相输入端和反相输入端对公）当信号同时从同相输入端和反相输入端对公 共地端输入时，输出电压相位由两个输入电压综合决共地端输入时，输出电压相位由两个输入电压综合决 定，定，差动输入方式。差动输入方式。 4.2.2 4.2.2 运算放大器的电压传输特性运算放大器的电压传输特性 和工作区域和工作区域 输出电压输出电压u uo o与输入电压与输入电压( (u u+ +- -u u

9、- -) ) 之间关系的特之间关系的特 性曲线性曲线 u uo o= =f f( (u u+ +- -u u- -) ) ， 称为电压传输特性。称为电压传输特性。 u+ u uo +Uopp Uopp O 线性区线性区 饱和区饱和区 1. 运放工作在线性区的特点运放工作在线性区的特点 当当 |uo |Uopp时，输入电压和输出电时，输入电压和输出电 压有线性关系：压有线性关系： (1）由于开环差模增益）由于开环差模增益 Aod ，而输出电压，而输出电压uo为有限为有限 值，有值，有u+-u-0 ， (2) 由于差模输入电阻由于差模输入电阻 rid ,输入电流约等于输入电流约等于 0 + + u

10、 o u u+ i+ i uo = Aod（u+ u) u+ u uo Uop p O 线性区线性区 +Uop p 理想运放工作在线性区有两个重要理想运放工作在线性区有两个重要 特点：特点： 即即 u+=u- 即即 i+=i-0 运放工作在线性区的条件是必须引入负反馈：运放工作在线性区的条件是必须引入负反馈： 这是由于，当这是由于，当 |uo |Uopp时，运放工作在线性区，输入电时，运放工作在线性区，输入电 压和输出电压有线性关系：压和输出电压有线性关系： uo = Aod（u+ u) 由于由于Aod，在无负反馈（开环）情况下，只要，在无负反馈（开环）情况下，只要 u+-u- 有一点点输入，

11、有一点点输入，uo就会达到正饱和就会达到正饱和+UOPP 或负饱和或负饱和-UOPP 。 由于干扰的影响，很难使运放在开环时工作在线性区。引由于干扰的影响，很难使运放在开环时工作在线性区。引 入负反馈，可减少净输入电压入负反馈，可减少净输入电压 u+-u- , 使使uo u 时，时， uo = + Uopp u+t1时，时，uo= -UOPP= -10V。 4.4.4 微分运算电路微分运算电路 dt du C t d ud Ci ic c11 t d ud CRiRu FF i 1Fo 因因u-=0, ic = if , uo if icC1 ui R2 RF + + + + ui t O u

12、o t O 1. ui=+Ui t=0时时很大很大 dt dui uo产生较大跃变产生较大跃变 随着电容随着电容C的充电的充电 uo 衰减为衰减为0 微分运算电路微分运算电路 t u CRu d d i 1Fo if i1 uo C1 ui R2 RF + + + + ui t O uo t O 2. ui= -UI 比例比例-微分运算电路微分运算电路 上式表明：输出电压是对输入电压的比例上式表明：输出电压是对输入电压的比例-微分微分 控制系统中，控制系统中， PD调节器在调节过程中起加速作调节器在调节过程中起加速作 用，即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。用，即使系统有较快的响应速度和工作稳定性。 fFo iRu CRf iii t u C R u d d i 1 1 i ) d d ( i 1Fi 1 F o t u CRu R R u uo C1 ui R2 RF + + + + R1 if iR iC 另一种比例微分电路另一种比例微分电路 33 1 13 ,Riu R u ii c i dt du Ciiii c c 334 dt di CRi 3 33 dt du C R R R u