第二轮系统复习第四章集成运算放大器

1、了解：用集成运算放大器组成的反相器和电压跟随器。了解：集成运算放大器的使用常识。理解：理解工作在线性区的理想集成运算放大器的几个重要特性。熟练掌握：熟练掌握比例运算电路（反相输入、同相输入）、加法运算电路和减法运算电路的分析方法、并且会定量分析。第四章 集成运算放大器考纲要求4.1、集成运算放大器的结构与特性了解集成电路的组成、分类、特点理解集成运放的理想化特性，以及虚短、虚断的含义了解集成运放的主要参数及其含义复习目标集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路，是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。优点：体积小、重量轻、功耗低，工作的可靠性高，价格便宜特点：元器件参数的一

2、致性和对称性好电阻的阻值受到限制，大电阻常用晶体管恒流源代替，电位器需要外接电感、电容不易集成，常采用外接方式二极管多用晶体管的发射结代替分类按集成度分：小规模、中规模、大规模和超大规模（SSI、MSI、LSI和VLSI）按导电类型分：双极型（NPN管和PNP管）、单极型（场效应管）和两者兼容型按功能分：数字集成电路和模拟集成电路一、 集成运算放大器的简介二、 集成运放电路的组成1、几个相关的概念（1）直接耦合直接耦合放大器的优点：既可以交流信号，也可以放大直流信号缺点：要考虑各级静态工作点的相互影响；存在着零点漂移问题（2）零点漂移理想的直接耦合放大器，当输入信号为0时，其输出电压应保持不变

3、（不一定为0）。而实际上当输入端短接（vi=0），其输出端而在缓慢地、无规则地变化着。这种现象我们称之为零点漂移现象。（3）共模信号大小相等、极性相同的两个信号（4）差模信号大小相等、极性相反的两个信号（5）共模抑制比共模抑制比是将差模放大倍数与共模放大倍数之比。2、电路组成一般由输入级、中间级、输出级和偏置电路四个部分组成。（1）输入级采用具有高输入电阻和低零漂的差分放大器。两个输入端分别称之为同相输入端和反相输入端。（2）中间级中间级的作用是提高电压放大倍数（3）输出级一般由功率放大电路或射极输出器构成，具有低输出电阻和较强的带负载能力（4）偏置电路为各级电路提供稳定合适的偏置电流，决定各

4、级电路静态工作点。运放的图形符号vovid+VCCVEE8v+ 同相端输入电压v- 反相端输入电压vid 差模输入电压vid = v v+“” 表示运放的开环增益极高表示运算放大器：1) 开环电压增益 Avd100 140 dB2) 差模输入电阻 R id3) 输出电阻 Ro几十千欧 几兆欧几十欧 几百欧4) 共模抑制比 KCMR 80 dB3、主要参数： 5) 输入失调电压 V IO使 VO = 0，输入端施加的补偿电压6) 最大输出电压幅度 VOPP指运放在空载情况下，最大不失真输出电压的峰-峰值一般比电源电压小一个 VCE(sat)如电源电压 15 V，V OPP 为 13 14 V7)

5、 最大差模输入电压VIDM、最大共模输入电压VICM三、 理想运算放大器及其特性理想的运算放大器具有以下特性：1)开环电压放大倍数 Avd 6)输入失调电压 VIO 0理想运放4) 共模抑制比KCMR 5)通频带fBW 0 2)差模输入电阻 Rid 3)开环输出电阻Ro 0理想的运算放大器图形符号vov-8v+v+-表示同相输入端，即输出与该端输入的电位相位相同v- 表示反相输入端，即输出与该端输入的电位相位相反传输特性：输出电压与输入电压之间的关系的特性曲线分为：线性区和非线性区v+-v-vo理想特性实际特性工作在线性区的条件：运算放大器要工作在闭环状态，即引入深度负反馈。工作非线性区的条件

6、：运算放大器要工作在开环状态，或引入正反馈。2. 理想运放工作在非线性区的两个特点1)v+ v时， vo = Vomax v+ v 时, Vo= VOmax2)i+ i 0 (虚断)1. 理想运放工作在线性区的两个特点1) v+ v(虚短)证：vo = Avd (v+ v) = Avd vidv+ v = vo/Avd 02) i+ i 0 (虚断)证：i+ = vid / Rid 0同理 i 0uovidvi+v+voRidAvd vidRoi例题4-1 如图所示为理想运放组成的电路，求输出电压VO。+-R6R5R1R2R3R4IsVo2A212211例题4-2 如图所示为理想运放组成的电路

7、，已知R1=3k，R2=2k，R3=1k，R4=2k，Vs=3V，求输出电压VO。+-VSR1R2R3R4Vo1+-例题4-3 如下图（a）所示的电路中，输入ui的波形如图（b）。则指示灯HL的亮暗时长为多少？+-ui2V+VCCVTR3R1R21 2 3 4Ui/Vt/s例题4-4 如下图所示的电路中，试分析输出vo与输入vi的关系。-+vovi1vi2R1R2R1R2R2例题4-5 如下图所示的电路中，Rp的总阻值为10k，试分析该电路的电压放大倍数是多少？-+vovi15kRp10k10k4.2、运算放大器在信号运算方面的应用熟练掌握比例远算电路（反相输入、同相输入）、加法运算电路和减法

8、运算电路的分析方法；并会定量计算。了解用集成运算放大器组成的反相器和电压跟随器。了解集成运放的使用常识复习目标 集成运放常用来构成各种运算电路，实现数学运算， 如比例运算、加法运算等，这就是运放工作在线性区的典型应用。我们分析时就要运用工作在线性区的特点：虚短、虚断的概念。一、 比例运算1、反相输入ifi1ii+RfvoviR2R1+电路组成分析：信号从运放的反相端输入，同时在反相端引入了深度负反馈。因要求静态时v+、 v 对地电阻相同，所以平衡电阻 R2 = R1 / Rf（2）分析电路的反馈情况uoRfuiR2R1+反馈电路直接从输出端引出电压反馈输入信号和反馈信号加在同一输入端并联反馈反

9、馈信号使净输入信号减小负反馈电压并联负反馈输入电阻低，共模电压 0（3）输入、输出关系分析因虚短, 所以v=v+= 0，称反相输入端“虚地” 反相输入的重要特点因虚断，i+= i = 0 ， 所以 ii if ifiiii+RfvoviR2R1+ 电压并联负反馈，输入、输出电阻低， ri = R1。共模输入电压低。 结论： Avf为负值，即 vo与 vi 极性相反。因为 vi 加 在反相输入端。 Avf 只与外部电阻 R1、Rf有关，与运放本 身参数无关。 | Avf | 可大于 1，也可等于 1 或小于 1 。 因v= v+= 0 ， 所以反相输入端“虚地”。 当R1=Rf 时， vo= -

10、vi ，这就是反相器。例4-4：电路如下图所示，已知 R1= 1 k ，Rf = 10 k 。当开关S断开和闭合时分别计算Avf 、R2 。解：(1)S断开 Avf = Rf (R1+ R1) = 10 2 = 5R2 = 2R1 Rf =2 10 (2+10) 1.7k(2)S闭合 利用虚短的概念，A点是“虚地”，反相输入端的等效电阻R=1+(1/1)K=1.5 k Avf = Rf / R = 10 1.5 6.7 R2 = R / Rf =1.5/10 1. 3 kvoRfviR2R1+SR1R1A2. 同相输入（1）电路组成voRfviR2R1+ 输入信号加到同相输入端； 反相输入端引

11、入负反馈； 因要求静态时v+、v对地电阻相同， 所以平 衡电阻R2=R1/Rfv+v(2) 分析电路的反馈情况输入电阻高共模电压 = vi电压串联负反馈输入信号和反馈信号分别加两个输入端串联反馈反馈电路直接从输出端引出电压反馈反馈信号使净输入信号减小负反馈voRfviR2R1+因虚断，所以v+ = vi （2）输入、输出关系（电压放大倍数）因虚短，所以 v = vi ，反相输入端不存在“虚地” voRfviR2R1+v+vR2=R1/Rf 电压串联负反馈，输入电阻高、输出电阻低， 共模输入电压可能较高。 结论： Avf 为正值，即 vo与 vi 极性相同。因为 vi 加 在同相输入端。 Avf

12、只与外部电阻 R1、Rf 有关，与运放本 身参数无关。 Avf 1 ，不能小于 1 。 v = v+ 0 ，反相输入端不存在“虚地”现象。例4-5：画出输出电压vo与输入电压vi符合vo=10vi关系的运放电路图，反馈电阻Rf取30K。二、 加法运算1、反相输入的加法运算电路介绍ii2ii1ifvi2voRFvi1Ri2Ri1+R2+Ri3vi3ii3 2） 平衡电阻： R2= Ri1 / Ri2/Ri3 / RF1）输入信号加在反相端，同相端通过一个电阻接地，负反馈加在反相输入端。因虚短, v= v+= 0因虚断，i = 0 所以 ii1+ ii2+ ii3 = if ii2ii1ifvi2

13、voRFvi1Ri2Ri1+R2+Ri3vi3ii3i-i+v+v-2、同相输入的加法运算电路介绍vi2voRFvi1Ri2Ri1+R1+ 2） 平衡电阻： R2= Ri1 / Ri2/Ri3 / RF1）输入信号加在同相端，反相端通过一个电阻接地，负反馈加在反相输入端。方法: 利用叠加原理来推导 vi1单独作用(vi20)时，同理，vi2单独作用时vi2voRFvi1Ri2Ri1+R1+ 输入端电阻平衡要求： R1 / RF = Ri1 / Ri2由虚断可得：由虚短可得：v-=v+分析方法1：vi2voRfvi1R3R2+R1+三、 减法运算1）输入信号同时加在同相端和反相端，负反馈加在反相

14、输入端。V+V- 2） 平衡电阻： R2/R3 =R1/Rf 如果取 R1 = R2 ，R3 = Rf 如 R1 = R2 = R3 = Rf R2 / R3 = R1 / Rf输出与两个输入信号的差值成正比。即完成两个信号的减法运算四、 反相器和电压跟随器1、反相器vovi+2、电压跟随器vovi+1、下图所示的电路中，开关断开时，电压表V的读数为1V，则当开关闭合时，电压表的读数为多少？voRf 20kviR2 5kR15k+SV2、下 图所示电路，试用叠加定理求出输入和输出之间的关系。2、下图所示电路中，已知稳压管VZ的稳压值为8V，则输出端电位VO 为多少？（2012年考试的填空题3分）3、下图所示电路中，电压表读数为6V。试求Rf的值。（2013年单招考试试题 10分）4、下图所示电路，若vi1 = 2 V，vi2 = 1 V，vi3 = 1 V，R11 = 10 K，R12 = 20 k