集成运算放大电路

1、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。 二阅读指导 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）“虚短”概念； （2）“虚断”概念。

2、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。RfRLR1uiuoia)ifi1RLR1uouiioufio.b) 图6-1iiiifdb).+_uuudf+_a).（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。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

3、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。.RRuuiiuoio+.u.RR1fuui0uud+.图6-3（b） 电流串联负反馈图6-3（a） 电压串联负反馈.RR1Luoiiifid.+_io2Nu_iR2RRfLuoiiif.id.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

4、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

5、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RR12fuii1f.0u.R电压并联负反馈同相比例运算RR12fii1f.u.u.R电压串联负反馈电压跟随器0uui.加法运算uuuRRR3Pfii2fi_.R2i2+R1i1+iii1i2i3.u0.电压并联负反馈减法运算RR12fui1i.R.uiii1i223.u0.R对是电压并联负反馈，对是电压串联负反馈。积分运算R1R2uii1f+.i-i+ucu0.电压并联负反馈微分运算.CR1fuiicfi+_.u0.R.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

6、作在饱和区，输出为或稳压管限幅后的稳定电压。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。ui.0+Uo-Uo表6-2过零比较uouiR1R2任意电压比较uouiR1R2uR.uoui0.+UZ-UZ-UT+UTT2.ui0uo-UoUR+Uo迟滞电压比较uouiR1R2.DZR.UZ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，自激振荡的相位条件， （n为整数

7、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 。三例题分析例6.1 电路如图6-4所示，试分别计算开关S断开和闭合时的电压放大倍数。解：(1) 当S断开时， (2) 当S闭合时，因，故在计算时可看作两个1的电阻是并联的。于是得 图6-4 因，故 上面是从电位考虑，计算时将两个1电阻视作并联；但不能因为而将反相输入端和同相输入端直接联接起来。例6.2 图6-5是运算放大器测量电路，、和的阻值固定，是检测电阻，由于某个非电量(如应变、压力或温度)的变化使发生变化，其相对变化为/，而与非电量有一定的函数关系。

8、如果能得出输出电压与的关系，就可测出该非电量。设=R，=并且。试求与的关系。图中E是一直流电源。解析：减法（差动）运算电路，应用叠加原理得， 由于，故 图6-5例6.3 图6-6所示为一反相比例运算电路，试证明 解析：根据虚断的概念接地，故上电压为零，即，由虚短的概念， 称为“虚地”。 证： 由于，反相输入端为虚地端，和可视为并联，则有， 图6-6 即 由于 ， 所以 即 注： 引入电流并联负反馈，具有稳定输出电流的效果，也称为反相输入恒流源电路。，改变电阻或阻值，就可改变的大小。例6.4 试求图6-7所示电路中与的关系式。解析： 图6-7所示运算放大电路中，反相输入信号作用在端为反相比例运算

9、，作用在端为微分运算，两者运算结果叠加称为比例和微分运算。解 根据可得 所以 注： 图6-7所示电路称为比例-微分调节器， 图6-7在自动控制系统中，能对调节过程起加速作用。例6.5 图6-8(a)所示的滞环比较器中，已知集成运算放大器的输出饱和电压，。试求：(1) 电路的上、下门限电压；(2) 回差宽度；(3) 输入电压和输出电压的波形。 图6-8解析 图6-8(a)所示电路为迟滞电压比较电路，加在反相输入端，从输出端通过电阻联接到同相输入端形成正反馈。解：(1) 当输出电压=时，上门限电压为， 下门限电压为， (2) 回差宽度 (3) 输入电压和输出电压的波形如图6-8(b)所示。注： 滞环比较器较过零比较器有两个优点：引入正反馈后加速了输出电压的转变过程，改善输出波形在跃变时的陡度；提高了电路的抗干扰能力。四、习题选解6-9 2000 0.00956-10 当 时 6-11 提示：用叠加原理，同相比例运算时 其中 用节点电压法求： 6-12 为同相跟随器。 叠加原理： 节点电压法： (虚地)当 时 6-13 6-14 第一级反向比例运算： 第二级减法运算： 6