第2章 运算放大器

1、第2章 运算放大器1 1 集成运算放大器集成运算放大器2 2 基本运算电路基本运算电路3 3 其它运算电路其它运算电路一、集成电路及其分类一、集成电路及其分类 集成电路：集成电路：在一硅单晶片上，采用硅平面技术制造出各种元器件，并将它在一硅单晶片上，采用硅平面技术制造出各种元器件，并将它们连接在一起，且能完成某种完整功能的电路。们连接在一起，且能完成某种完整功能的电路。集成电路的优点：集成电路的优点： 工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。同一同一芯片上的元件是同一工艺制造出来的，故具有同相偏差。芯片上的元件是同一工艺制造出来的，故具有同相偏差

2、。元件参数偏差元件参数偏差方向一致，温度均一性好。方向一致，温度均一性好。1、按集成元件的数目、按集成元件的数目 小规模集成电路小规模集成电路 中规模集成电路中规模集成电路 大规模集成电路大规模集成电路 超大规模集成电路超大规模集成电路2、按工作信号、按工作信号 模拟集成电路模拟集成电路 数字集成电路数字集成电路3、按用途、按用途 集成运算放大器集成运算放大器 集成功放集成功放 集成高频放大器集成高频放大器 集成中频放大器集成中频放大器 集成比较器集成比较器集成电路的分类：集成电路的分类：双列直插式双列直插式圆壳式圆壳式扁平式扁平式集成运放的封装符号与引脚集成运放的封装符号与引脚集成电路常用封

3、装形式有三种集成电路常用封装形式有三种。外壳材料有金属、陶瓷、塑料。外壳材料有金属、陶瓷、塑料。 管键以管键为辨认标记，由器件顶上向下看，管键朝向自己，以管键为辨认标记，由器件顶上向下看，管键朝向自己，管键右方第一根引线为引脚管键右方第一根引线为引脚18金属封片标记凹格标记14174将引线朝下，由顶部俯视，由缺口或标记下面的引脚开始反将引线朝下，由顶部俯视，由缺口或标记下面的引脚开始反时针方向计数，依次为时针方向计数，依次为1，2，3，n。 一、集成电路及其分类一、集成电路及其分类 二、运算放大器及其特点二、运算放大器及其特点 1、集成运算放大器的方框图、集成运算放大器的方框图2、运算放大器是

4、一个高增益的直接耦合放大器、运算放大器是一个高增益的直接耦合放大器3、运算放大器的符号、运算放大器的符号 uou+uuo与与u+的位相相同的位相相同uo与与u-的位相相反的位相相反国际符号国际符号国内符号国内符号 uou-u+ Au-u+Auo4、运算放大器、运算放大器的电路模型的电路模型 uiu+u-ui =u+-u-RiAuoui+-Ro Auo=uo/ui很大很大5、理想运算放大器的特性、理想运算放大器的特性（1）输入阻抗）输入阻抗 Ri=（2）输出阻抗）输出阻抗 Ro=0（3）开环电压放大倍数）开环电压放大倍数 Auo=uo/ui=6、理想运放的两条重要的法则：、理想运放的两条重要的法

5、则： ui=uo/Auo=uo/0 ui=0，Ri= ii=ui/Ri0 即即两输入端开路，两输入端开路，i+ = i-=0 结论：结论：即两差动输入端相当于短路，但短路中又无电流流过。即两差动输入端相当于短路，但短路中又无电流流过。i-=0i+ =0即即u+=u-，两输入端短路两输入端短路uouu+uiu+u-ui =u+-u-RiAuoui+-Ro二、运算放大器及其特点二、运算放大器及其特点 1、非线性区、非线性区 输出电压只有两种可能的状态：输出电压只有两种可能的状态：uo+不一定等于不一定等于uo-； uoAuo(u+- -u-)； 输入电流等于零；输入电流等于零；2、线性区、线性区

6、为了使其工作在线性区，大都引入深度负反馈；为了使其工作在线性区，大都引入深度负反馈； uo=Auo(u+- -u-)； 输入电流不一定等于零；输入电流不一定等于零； 对模拟量进行运算时，集成运放必须工作在线性区。对模拟量进行运算时，集成运放必须工作在线性区。u+u-uo电路电路i-=0i+ =0iiuotuo+uo-tui =u+- -u-三、集成运放的工作区分为线性区和非线性区三、集成运放的工作区分为线性区和非线性区第2章 运算放大器1 1 集成运算放大器集成运算放大器2 2 基本运算电路基本运算电路3 3 其它运算电路其它运算电路做什么？做什么？（1）分析）分析对给定的电路求出对给定的电路

7、求出uo与与ui的关系。的关系。（2）设计）设计按输出对输入的要求设计一个电路。按输出对输入的要求设计一个电路。分析怎样做？分析怎样做？（1）假设电路中的）假设电路中的i和和u；（2）由欧姆定律和基尔霍夫定律列方程；）由欧姆定律和基尔霍夫定律列方程；（3）解方程求出）解方程求出uo与与ui的关系。的关系。技巧：技巧：（1）充分利用）充分利用u+ = u- 、i+ = i-=0；（2）充分利用）充分利用“虚地虚地”现象。现象。u+u-uo电路电路i-=0i+ =0ii概述概述i1i2u+u-1、特点、特点 输入信号加在同相输入端；输入信号加在同相输入端；2、工作原理、工作原理 i2 = i1i1

8、 = u/R1i2 = (uo u)/R2u+= ui =u3、说明、说明（1）uo与与ui同相，且同相，且uoui，（2）令）令R2=0或或R1=，则，则Auf=1，即，即uo=ui 电压跟随器电压跟随器 2111OufiuRAuR uoui一、同相放大电路一、同相放大电路R1R2uoui1、特点、特点（1）输入信号加在反相输入端；）输入信号加在反相输入端；（2）同相端通过）同相端通过Rp接地，以保证运放工作于对称状态，接地，以保证运放工作于对称状态，Rp=R2/R1；（3）因）因Rp中无电流，故中无电流，故u+=0，同时，同时，u+=u-，所以，所以u-=0 ，相当于反相端接地。，相当于反

9、相端接地。这种现象称为这种现象称为“虚地虚地”。2、工作原理、工作原理 i1u+u-i1=i23、结论、结论（1）uo与与ui反相反相反相放大器；反相放大器；（2）Auf只与只与R1，R2有关；有关；（3）当）当R2=R1时，时，uo=- -ui，此时运放相当于，此时运放相当于作变号运算；作变号运算； R1R2uouiRPAuoui+-i2二、反相放大电路二、反相放大电路i1i2二、反相放大电路二、反相放大电路i1u+u-R1R2uouiRPi2R1R2uoRPuii1 = i2uo2=ui1 = ui/R1i2 = - -uo2/R2u = uo/(R3 + R4)R4例例2：R1R3uou

10、iRPA1R2R4A2i2i1uo2u二、反相放大电路二、反相放大电路例例3：T 型反馈网络反相比例运算电路型反馈网络反相比例运算电路42io4231()R RuuRRRR R1R3R2R4uouiR5i1i2i4i3uM二、反相放大电路二、反相放大电路i1 = i2i4 = i2 + i3i1 = ui/R1i2 = - -uM/R2i3 = - -uM/R3i4 = (uM - - uo)/R4RuouiA15RA25RRuiuo2第2章 运算放大器1 1 集成运算放大器集成运算放大器2 2 基本运算电路基本运算电路3 3 其它运算电路其它运算电路u+u-i1if特点：特点：两个信号分别从

11、同相输入端和反相输入端输入，且同相端和反相端的外接电阻两个信号分别从同相输入端和反相输入端输入，且同相端和反相端的外接电阻相等。电路不存在相等。电路不存在“虚地虚地”现象。现象。工作原理：工作原理： iui1R1R4R2ui2uoR3一、求差电路一、求差电路i1 = ifi1 = (ui1 - - u-)/R1if = (u- - - uo)/R4u+ = u-u+ = ui2/(R2 + R3)R3工作原理：工作原理：将将R1的中点设为地电位。的中点设为地电位。用途：对各种传感器送来的缓慢变化的信号加以放大，然后输出给系统。用途：对各种传感器送来的缓慢变化的信号加以放大，然后输出给系统。则则

12、|ui|=|-ui|=ui/2, ui= 2ui, uo2=- -uo1uo1uo2uiui-ui二、仪用放大器二、仪用放大器 uoR3R4R4R3A3R2A1R2A2R14o2o13()oRuuuRR1/2R1/2211()foiiRuuuRui1R1RfR1ui2uoRfo12121iuRuR 工作原理：工作原理：将将R1的中点设为地电位。的中点设为地电位。用途：对各种传感器送来的缓慢变化的信号加以放大，然后输出给系统。用途：对各种传感器送来的缓慢变化的信号加以放大，然后输出给系统。则则|ui|=|-ui|=ui/2, ui= 2ui, uo2=- -uo1uo1uo2uiui-ui二、仪

13、用放大器二、仪用放大器 uoR3R4R4R3A3R2A1R2A24o2o13()oRuuuRR1/2R1/2o12121iuRuR 211212212oooiiuuuRuuR 第一级总的电压放大倍数为第一级总的电压放大倍数为2121ooooiioouuuuuuuu总的电压放大倍数为：总的电压放大倍数为：2121RR 43RRRRRxRR1R2R1uoR2E图中压力传感器是由应变片构成的惠斯顿电桥，当压力图中压力传感器是由应变片构成的惠斯顿电桥，当压力(重量重量)为零时，压敏电为零时，压敏电阻阻Rx=R，电桥处于平衡状态，电桥处于平衡状态，ui1=ui2, 相减器输出为零。而当有重量时，相减器输

14、出为零。而当有重量时，Rx随着压力变化而变化，电桥失去平衡，随着压力变化而变化，电桥失去平衡，ui1 ui2，相减器输出电压与重量有，相减器输出电压与重量有一定的关系式。试问，输出电压一定的关系式。试问，输出电压uo与重量与重量(体现在体现在Rx变化上变化上)有何关系。有何关系。压力传感器压力传感器ui1ui2三、称重放大器三、称重放大器1、反相输入、反相输入 特点：特点：待加量通过电阻从反相端引入，同相端通过待加量通过电阻从反相端引入，同相端通过RP接地，以保证两输入接地，以保证两输入端对称。端对称。工作原理：工作原理：if =i1+i2+i3if = - -uo/Rfi1 = ui1/R1

15、i2 = ui2/R2i3 = ui3/R3i1ifi2i3R3R2R1Rfuoui2ui3ui1RP四、求和运算四、求和运算例例 试设计一个相加器，完成试设计一个相加器，完成uo=- -(2ui1+3ui2)的运算，并要求对的运算，并要求对ui1、ui2的输的输入电阻均入电阻均100k。uoRuoRP1R四、求和运算四、求和运算1、反相输入、反相输入 R2R1Rfui2ui1RP=- -(2ui1+3ui2)R3ui3=2ui1+3ui2例例: 电路如图所示，设运放是理想的，试求电路如图所示，设运放是理想的，试求uo1、uo2及及uo的值的值 。=- -3V=4V四、求和运算四、求和运算1、

16、反相输入、反相输入 =- -30(uo1/30+uo2/30)=- -(uo1+uo2)=- -(- -3+4)=- -1VR3uoR4A3R130k30kR230k3VA14VA1uo1uo22、同相输入、同相输入 特点：特点：待加量通过电阻从同相端引入。待加量通过电阻从同相端引入。工作原理：工作原理：u+u-i1i2i3由同相端由同相端 i1+i2+i3=i4，R2R3R1R4uoui2ui3ui1RfR5i4四、求和运算四、求和运算3、加减法运算器、加减法运算器工作原理：工作原理：特点：特点：它由差动输入放大器演变而来。它由差动输入放大器演变而来。 u+u-i1ifi2i3i4 uo =

17、 ui1 ui2 + ui3 + ui4 若若有更多的相加量或相减量，可以有更多的相加量或相减量，可以增加或减少电路的相应的输入端。增加或减少电路的相应的输入端。 12iiOuuuuuuRRR34iiuuuuuRRRi1+i2=ifi3+i4=ip uo = ui1 ui2 + 3u- - 3u+ = ui3 + ui4 u+=u-iPuoui2ui3ui1ui4RRRRRR四、求和运算四、求和运算4、利用反相信号求和以实现减法运算利用反相信号求和以实现减法运算第一级反相比例第一级反相比例第二级反相加法第二级反相加法（减法运算）（减法运算）R2R1Rf1uoui2ui1Rf2R2uo1当当Rf

18、1=R1， Rf2=R2时，得时，得uo=ui1- -ui2， 四、求和运算四、求和运算4、利用反相信号求和以实现减法运算利用反相信号求和以实现减法运算u+3u-3u+4u-4i1i2i4虚地虚地i3ui1R1R2uo2R4uoui2R2R3R1uo1uo4A4A3A2A1例题：例题：2.4.2四、求和运算四、求和运算1、积分电路积分电路 工作原理工作原理RuouiRPC五、积分电路和微分电路五、积分电路和微分电路iuC用途用途uit-3VtuoT=1ms+6V=6VRuouiRPC1、积分电路积分电路 五、积分电路和微分电路五、积分电路和微分电路iuC工作原理工作原理R5uoui4RPC例例1(2.4.11)： （1）两个输入）两个输入R6ui3再再加一级加一级求差电路求差电路ui1R1R4R2ui2uo1R3i1、积分电路积分电路 五、积分电路和微分电路五、积分电路和微分电路uCtuoiR1uouiRPCR2uit-5V5Vt1t2tuC115tRC五、积分电路和微分电路五、积分电路和微分电路1、积分电路积分电路 uCtuoiR1uouiRPCR2五、积分电路和微分电路五、积分电路和微分电路1、积分电路积分电路 uC215RR215RR21115RtRRC2110RR21115RtRRC215RRuit-5V5Vt1t2tuC115tRCRuouiRPC2、微分电路微分电路