秋低频电子线路集成运算放大器的线性应用基础

《低频电子线路》

(14)山东大学信息科学与工程学院

刘志军6/24/20261《低频电子线路》上次课内容6.3.2

差动放大器工作原理及性能分析(续)6.3.3

具有电流源的差动放大电路6.3.4

差动放大器的传输特性6/24/20262《低频电子线路》本次课内容第二章集成运算放大器的线性应用基础

2.1

集成运算放大器的符号、模型和电压传输特性

2.2线性应用时运放三种组态(引入深度负反馈)2.3由集成运算放大器构成的基本运算电路6/24/20263《低频电子线路》第二章集成运算放大器的

线性应用基础集成运算放大器最初用于模拟运算功能，故称运算放大器。现在集成运算放大器适用于信号处理的许多方面，是一种通用型模拟器件。6/24/20264《低频电子线路》2.1集成运算放大器的符号、模型和电压传输特性开始分析时需要建立运算放大器的理想模型。依据器件模型进行电路的工程分析。6/24/20265《低频电子线路》理想运放模型及两条基本运算法则先给出理想运放模型再推出两条基本运算法则。6/24/20266《低频电子线路》集成运放的符号（图）－+反向输入端同向输入端输出端－+反向输入端同向输入端输出端6/24/20267《低频电子线路》运放增益表达式

6/24/20268《低频电子线路》理想运放特性对运放特性和参数可以做一下近似假设，但这些假设可以符合运放的实际情况。

6/24/20269《低频电子线路》理想运放的主要参数6/24/202610《低频电子线路》

理想运放特性理想运放

指选用理想（近似）参数时的理想特性，在分析实际运放时常常采用。否则分析实际运放将十分复杂和困难。对理想运放的分析是电子线路采用工程近似分析的典型范例。6/24/202611《低频电子线路》两条基本运算法则根据以上近似（理想）条件可以推出理想运放的两条基本运算法则为：“虚短”“虚断”注意此法则应用范围只适用于线性（放大）区。6/24/202612《低频电子线路》①虚短由于在线性区U0为有限值，又

即“虚短”，指两个输入端“虚”短路（不是“真”短路，指两端电位近似相等）。

6/24/202613《低频电子线路》②虚断

即“虚断”，指两个输入端“虚”断路（不是“真”断路，指近似没有电流流入）。

6/24/202614《低频电子线路》运放的电压传输特性u0Ud=ui++ui-0UOLUOH6/24/202615《低频电子线路》2.2线性应用时运放三种组态

(引入深度负反馈)在线性应用时运放有三种组态。反相放大电路同相放大电路差动放大电路6/24/202616《低频电子线路》（1）反相放大电路反相放大电路的输出与输入信号反相。6/24/202617《低频电子线路》反相放大器电路图

RfR1uiuoI1If6/24/202618《低频电子线路》反相放大电路分析

6/24/202619《低频电子线路》反相放大电路分析6/24/202620《低频电子线路》反相放大电路分析由以上分析可见：在闭环时，反相放大器的增益仅仅取决于反馈电阻Rf与R1电阻之比，而与集成运放其他参数无关。

6/24/202621《低频电子线路》反相放大电路分析反相放大电路属于电压并联负反馈。具有低输入阻抗、低输出阻抗和输出电压稳定的特点。

6/24/202622《低频电子线路》（2）同相放大电路同相放大电路的输出与输入信号同相。6/24/202623《低频电子线路》同相放大器电路图

RfR1uiuoI1If6/24/202624《低频电子线路》同相放大电路分析

6/24/202625《低频电子线路》

同相放大电路分析因输出与输入同相，故称同相放大器。注意同相放大电路不存在“虚地”现象，要考虑到输入端会有较高的共模输入电压。

6/24/202626《低频电子线路》同相放大电路分析同相放大电路属于电压串联负反馈，具有高输入阻抗、低输出阻抗和输出电压稳定的特点。

6/24/202627《低频电子线路》同相电压跟随器电路同相放大电路稍做改变，就可形成同相电压跟随器电路。

6/24/202628《低频电子线路》同相电压跟随器电路图

uiuo6/24/202629《低频电子线路》同相电压跟随器

6/24/202630《低频电子线路》（3）差动放大电路差动放大电路从同相和反相端同时输入信号。可认为是同相与反相放大电路的组合形式。

6/24/202631《低频电子线路》差动放大器电路图

RfR1ui1uoui2R2R36/24/202632《低频电子线路》差动放大电路分析6/24/202633《低频电子线路》差动放大电路分析

6/24/202634《低频电子线路》差动放大电路分析

6/24/202635《低频电子线路》差动放大电路分析由上分析可以看出，差动放大电路的输出电压和电压增益完全取决于输入信号的差值，故为“差放”。

6/24/202636《低频电子线路》2.3由集成运算放大器构成的基本运算电路线性运放电路基本运算功能有：比例运算求和运算积分和微分运算对数和指数运算乘法和除法运算等。

6/24/202637《低频电子线路》

(1)比例运算放大电路

反相放大、同相放大和差动放大电路均可反映比例运算关系。6/24/202638《低频电子线路》反相放大比例运算

6/24/202639《低频电子线路》同相放大比例运算

6/24/202640《低频电子线路》差动放大比例运算

6/24/202641《低频电子线路》(2)

求和电路求和电路可以进行加法运算，故又称为加法电路。6/24/202642《低频电子线路》求和电路图

图7–1反相相加器6/24/202643《低频电子线路》求和电路分析

6/24/202644《低频电子线路》求和电路分析

6/24/202645《低频电子线路》求和电路分析由以上分析可见，电路实现了三个输入信号的求和（反相），故为反相求和电路。6/24/202646《低频电子线路》相减器6/24/202647《低频电子线路》相减器分析6/24/202648《低频电子线路》(3)

积分和微分电路积分和微分电路可以分别实现积分和微分的运算功能。6/24/202649《低频电子线路》①积分电路积分电路可以实现积分运算功能。6/24/202650《低频电子线路》积分电路

图

积分器电路6/24/202651《低频电子线路》采用Z1和Zf的积分电路

ZfZ1uiuo6/24/202652《低频电子线路》积分电路复频域分析

6/24/202653《低频电子线路》积分电路复频域分析6/24/202654《低频电子线路》积分电路时域形式6/24/202655《低频电子线路》对积分电路分析的结论可见，积分电路的输出电压是输入电压对时间的积分。

6/24/202656《低频电子线路》积分电路加阶跃输入信号时波形图

00uiuott6/24/202657《低频电子线路》②微分电路微分电路可以实现微分运算功能。6/24/202658《低频电子线路》

微分电路图

6/24/202659《低频电子线路》微分电路图的Z1和Zf形式

ZfZ1uiuo6/24/202660《低频电子线路》微分电路复频域分析

6/24/202661《低频电子线路》微分电路时域分析

6/24/202662《低频电子线路》微分电路输入方波时的输出波形图

00uiuott6/24/202663《低频电子线路》对微分电路分析结论可见，微分电路的输出电压是输入电压对时间的微分。