电路与电子技术 6 集成运算放大器及其应用.pdf

第6章集成运算放大器及其应用6.1 集成运算放大器的电路组成6.2 集成运算放大器的性能指标与工作将点6.3 放大电路中的反馈6.4 集成运放的线性应用6.5 集成运算放大器的非线性应用6.1 集成运算放大器的电路组成6.1.1 输入级一妾动放大电路6.1.2 偏置电路一恒流源电路6.1.3 中间破一有源负载和复合管电路6.1.4 输出级5&率放大电路6.1.1输入级一差动放大电路基本差动放大电路的结构两管各自的零漂 是否得到抑制？特点：(1)左右结构、参数对称(2)具有两个输入端(3)输出电压o=o io2电路抑制零漂的原理 设电路处于静态，即：由于电路对称，则41=42,故 Wo=Vc l-Vc 2=0(+ULBBEVE I1Zo+ui2匕尸匕2，结论温度升高J集电极电流产生增量AIc1=AIc2集电极电位产生负增量AV“=AVc2所以，广(Vc1+AVc1)-(VC2+AVc2)=0基本差动放大电路利用 电路的对称性，在双端 输出时将零漂完全抑制O差动放大电路输入信号类型1、共模输入信号共模输入信号 差模输入信号 任意输入信号当i广i2时，为共模输入。ic为共模输入信号，即Mic=Mil=Mi2电路两管产生的 漂移可认为是在 输入加共模信号由于电路对称，所以双端输出时,的结果。结论：差放电路对共模信号无放大作用。2、差模输入信号当两个输入信号满足时，称为差模输入。%为差模输入信号，Mid=Wn-Wi2,即ii=%2=1/2 Uid此时：AVc1=-AVc2,mo=2AVc1+0结论：差放电路对差模信号有放大作用。(3)任意输入当两个输入信号I i l I N|%2 I时，称为任意输入信号。任意信号可分解成差模和共模信号两种性质的输入信号。差模输入信号i d:%尸附*2I共模输入信号a：U.c=%+%wn=i d/2+i c即j%2二i d/2+i c差动放大电路只对其中的差模信号进行放大。典型差动放大电路的结构与分析基本差动放大电路 实际电路中不存在绝对对称是借助电路的对称存在问题性抑制零漂的 I每管的零漂并未能抑制，不能单端输出。解达方法 调零电位器品采用典型差动放大电路结构%作用:（1）调节两管的Q（点，保证在输入为零时o=o。（2）取值在几十到几百4作用:（1）对差模信号压降 为零，可视为短路。（2）对 共模信号其压降为单管电路的 两倍。（3）取值越大越好。O 十ccui2-尾电路1o-i+共模反馈 电阻衣IR负电源Uee4e作用:（1）补偿Ke上的直 流压降。（2）取值Uee=Ucc。仝静态工作点的计算2ReUeeQ+ccRcHAI&r _J Rn/2I2Reee2,UccUbe1h,有:1(产/RkUcc/R该电路适用于较大工作电流（mA）的场合，若要减小输出电流，则 要求R很大，这在集成电路中难以实现。因此，需要进一步改进。2、微电流恒流源电路为了尽可能降低放大电路的功耗、提高对电源电压及温度变 化的稳定性，在集成电路中常采用微电流恒流源电路作为放大 电路的直流偏置电路。结构特点：(1)电阻/引入电流负反馈，使输出电流进一步稳定。(2)由于 UbE2UbE1，所以/(jV/roUBEr UBE2=Ube=6所以10。1E2=一卢旦作用：用不太大的电阻&获得很小的电流。16.1.3中间级一有源负载和复合管电路为了提高放大电路的性能及便于集成化，在集成电路中 常用恒流源代替放大电路的电阻，称其为有源负载。代替电阻Re代替电阻Re复合管电路A|在集成电路中，为了获得高B值，利用N PN型管与PN P型管 的特点可将两个或两个以上的三极管组合在一起形成一个三极管，称为复合管或达林顿管。复合管电路示例6.1.4输出级一功率放大电路功率放大电路的作用：用于多级放大电路的输出级，提供一定的功率以驱动负载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。功率放大电路的特点：r 1、尽可能大的输出功率2、尽可能高的功率转换效率P。指负载的 交流功率转换效率 77=4X1OO%Pv指电源提供 的直流功率(3、允许一定的非线性失真功率放大电路的工作状态根据放大管Q点的位置不同，可分为三种工作状态1、甲类工作状态 不失真n ma x=50%2、乙类工作状态 失真n ma x=78.5%1k3、甲乙类工作状态t最大输出功率计算U Po m=加最大(0c c U CES)2七2Rr忽略管子的饱和压降UCES，有最大二“X，所以J m最大2。-2Rl1 kCM 勺 例 乙类互补对称功放电路，已知电源电压为24V,负载电阻为8Q,试求（1）输入信号“=12V时，电路的输出功率、管耗、直流电源供 给的功率及转换效率；（2）输入信号增大至使管子在基本不失真 情况下输出最大功率时，互补对称电路的输出功率、管耗、直流电 源供给的功率及转换效率；（3）晶体管的极限参数。解：（1）在q=12V时的幅值为 L/i m=1.414-“=17V考虑到互补对称电路是射极输出器，其电压放大倍数接近于1,因 此输出电压近似等于输入电压且同相，即U0m=m=17V输出功率p/叱,xJ&IW2 Rl 2 8管耗：PC=PE-PO2 U 2 17直流电源的功率 Pe=一Uc c=-xx24=32.5W71 Kl 71 o:.PC=PE-Po=32.5-18.1=14.4W转换效率为 =&=&=55.7%rnPe 32.5（2）在最大输出功率时，最大输出电压Um=Uma x=24V,此时要求输入信号的幅值也为24 V,最大输出功率 1 TT 2p0 2 Rl即1 242 7=-x-=36W2 8O TT 2 9 OJ2电源提供的功率p Uj=，4_=45.8W7t Rl 71 8管耗 Pc=Pe-Po=45,8-36=9.8W（两管功率）注意：此时两管功耗并不是最大功耗效率 =QM_=78.5%Pem 45.8晶体管极限参数的选取：管子的最大允许耗散功率PCM 0.2Pom=0.2x36=7.2W（每一管子:集-射极反向击穿电压U（BR）CEO2UCC=2x24=48V集电极最大允许电流,CMUc c 24,4=3ARl 86、乙类功放电路中的交越失真1.克服交越失真的措施:电路中增加&、A、4、&支路KV-+USC%j项羽寸胆口w;0平.11+Ul特点：存在较小的静态电流“。2义 J 1Icq、bq 9基本不失真。（，2&匚、/乙类Use2.电压倍增电路图中Bl、B2分别接7;、，2的基极。假设/6,则URF招U nUrfR1+R2合理选择名、&大小，占、任意倍数的电压。万2间便可得到改进后的OCL准互补输出功放电路:r1；电压推动级72、%、&：复合管构成的输出级%倍增电路73、75为小功率异型管;T4、76为大功率同型管，两者特性容易对称用复合管实 现互补作用准互补Use6.2集成运算放大器的性能指标与工作特点集成电路(Inte gr ate d c ir c uits-IC)在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中的元器件制 作在一块硅基片上，然后封装在一个管壳内，构成特定 功能的电子电路。集成电路优点：性能好、体积小、成本低产拟集成电路:国字集成电路:集成运算放大器、功率放大器、稳压电源门电路、译码器、编码器、触发器、计数器集成运算放大器集成的具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路Ui2。一同相输 入端偏置电路输入级：多采用差动放大电路,中间级：多采用共射放大电路,以抑制零漂、提供两个输入端。以提供高电压放大倍数。输出级：多采用功率放大电路，以输出一定的功率。偏置电路：多采用镜像恒流源电路。6.2.1双极型集成运放F007集成运放741的管脚图-u=AOd（ui2-uil）=Ao c l Uj双运放LM324管脚图6+512Uee3 4-12VVA6.2.2 集成运算放大器的主要性能指标集成运算放大器的主要参数Ao d:开环差模电压放大倍数运放开环时输出电压与输入差模电压之比Ao d=o/(4)=%/U常以dB表示(201g A0d),一般运放可达60dB,高精度运放可达140dB。集成运算放大器的主要参数等效uj。鼠曲 1T L差模输入电阻 一一可达MQ数量级输出电阻r。为几十Os几百。共模抑制比Kcmr差模电压放大倍数A.与共模电压放大倍数A0c之比 差模电压放大倍数 Ao d=uo/(U+-U)=uo/u i共模电压放大倍数 当U+=U.=配时，Aoc=w0/Wic共模抑制比Kcmr KCMR=|Ao d/Ao c|或Kc MRu ZOlg Ao J Ao c I(dB)一般运放可达80dB,高精度运放可达160dB。集成运算放大器的主要参数输入失调电压Ui。-一指当输入电压为零时，为使输出电压也为零所必须在输入 端加的补偿电压。一般为ls5mV,高精度运放可达土0.5mVo输入失调电流Iio 输入为零时，耳。二13-12 1，一般为几十nA。理想运算放大器的条件厂 Ad=8id=8KcRM=8ro=失调=0、漂移二0 频带宽度=8符号6.2.3 集成运放的两种工作状忌一、运放线性应用的条件与特点UiiUi tUi2U。+Mo=Ao d(Ui2-Uil)=Ao d 玲设运放A0l()5,最大输出电压m=10V运放的传输特性uf(%)结论：运放在开环状态下线性区很窄,即开环运放只能工作在非线性区。如何使运 放工作在 线性区呢?uo(V)10理想运放则 无线性区如何降低 电压放大 倍数呢？-0.1非线 性区线性区0Ui(mV)非线性区降低电压 放大倍数引入负反馈结论：运放工作在线性区的条件是 在电路中加入一定深度的负反馈。理想运放线性应用的两个特点Rf引入设U+与工为运放同相端与反相端的电位 负反馈Uo=Ao d(U+-U.)L即：U+-U.=uo/Ao d 对于理想运放有Ao d=8,U+=U.对于理想运放有r i产8,+=L=0/二 D o ou.。+所以 U+0_+Uo+-i j-虚接（虚短）所以 11 1 T_Ll-卜id id”时虚断 12 1十、运放非线性应用的条件与特点运放工作在非线性状态下的两个特点(1)设+Uom与Pom为运放输出的正、负最大值,有+U0M 当 u+u注意：运放非线性应用时，U+RU_I-U0M 当U+VIL(2)设1+与I为运放同相输入端与反相输入端的电流,因为对于理想运放专后产8,所以I.Uji O|uidid 人。曲-o+U。6.3 放大电路中的反馈6-3-1反馈的基本概念将放大电路输出量（电压或电流）全部,通过某种电路（称为反馈网络）的一部分或 送回到输入回路的过程。A反馈结构示意框输入x片为,x于反馈基本关系1、开环放大倍数A2、反馈系数FXj Xjd-a-AXf-_-FX。%=*厂 XfAA1+AF反馈深度二、有无反馈的判断无反馈必+OI 叫U。J?工K2 反馈网络有无反馈的判断VE=1c ReUbe=Vr-Ve6.3.2反馈的分类及判断A反馈极性 的分类A按反馈量中 包含交、直流 的成分正反馈负反馈交流反馈 直流反馈 交直流反馈A按反馈在输入 端连接方式串联反馈并联反馈A按反馈在输出 端隼样方式电压反馈电流反馈（一）二直流反馈和交流反馈按反馈量中包含交、直流的成分克流及馈：反馈量中只含有克流成分V 交流反馈：反馈量中只含有交流成分J交直流反馈：反馈量中同时含有交流成分和直流成分 判断方法：“看通路”即交流通路和直流通路中有无反馈通路交直流反馈的判断+“cR与Q构成反馈网络交苴流反馈的判断凡2 n 25kQL0+?II0凡15ko UOII300QO+V r r(+12V)02忐5春+0。+交直流反收;Rl 5kQ 工c交直流反馈的判断级间反馈+Uc c交直流反馈的判断交直流反馈的判断交流反馈Gr 120kQ0+ccR?长 500 0-czi-180kQ 0500Q2G。一/EE。24O+直流通路为a20kQUT1im2。20+%co+以0交流通路%20kQ0Gim02号 500。-CZ1-180kQ D勺500 Q1T2o+11打为 500Q-cd-180k。0“3500 Q2。就猊021。21O eeo+01段-CZI-180k。DK500 Q1（二）反馈的极性负反馈f eedbac k）一便净输入减小正反馈（po s优ye f eedbac k 一使净输入增大判断正负反馈的依据就是看引入反馈后净输入信号是增大了还是减小了。聚以=聚厂X,反馈极性的判断:瞬时极性法“瞬时极性法”判断反馈极性的步骤设输入端的瞬时极性为“+判 断反馈信号的 瞬时极性判断净输入量的变化若加入反馈后净输入量增大，则为正反馈若加入反馈后净输入量减小，则为负反馈净输入量可以是电压，也可以是电流反馈量x刑输入量X接于不同的输入端时，净输入量为电压。（压差）反馈量刑输入量$接于同一输入端时，净输入量为电流。反馈极性的判断举例例工：判断图示放大电路的反馈极性解：“瞬时极性法”判断(1)在输入端加 极性(2)判断净输入信号的变化+辎r入电压id%“f加反馈后净输入电压变大了，所以该反馈为正反馈规律：对单级运放，若通过纯电阻网络将反馈引到 同 相 输入端则 为正反馈。例2:判断图示放大电路的反馈极性解：用“瞬时极性法”判断(1)在输入端加“+”极性(2)判断净输入信号的变化 净输入电压 内d=i 一 f 加反馈后净输入电压减小，规律：对单级运放，若通过纯电阻网络将反馈引到 反相 输入端则 为负反馈。例3:判断图示放大电路的反馈极性解：用“瞬时极性法”判断设输入端的瞬时极性为“+”判断净输入量的变化净输入电流%d二%一%加反馈后净输入电流减小，所以该反馈为负反馈例4:判断图示放大电路的反馈极性。RII+Uo净输入电流加反馈后净输入电流减小，所以该反馈为负反馈例5:判断与引入的反馈极性。肉净输入电压 wid=厂f变小负反馈例6:判断与引入的反馈极性。正反馈（三）反馈的组态（/o po/o gie s）反馈所取 输出信号 可以是电 压或电流反馈在输 入端的叠 加信号可以是电压或电流反馈的 组态电压型反馈按所取J信号J J电流型反馈r串联型反馈.一信号以电压形式叠加 按叠加信号.并躲型反馈信号以电流形式叠加电压串联型反馈（Se r ie s 鲂出）电压并联型反馈（劭s力电流串联型反馈（SeWies-seW即电流并联型反馈（妨，Ste/7e句按输出端取样对象电压型反馈电流型夙馈反馈信号取自 于输出电压反馈信号取自 于输出电流电流反馈反馈信号X加输出电压成比例,BPxf=Fro反馈信号勺与输出电流成比例,BPxf=Fi0按反馈信号在输 入端连接方式串联型反馈并联型反馈一信号以电压形式叠加为加强反馈效 果，信号源内阻要尽量小。串联反馈信号在输入回路中以电 vid=vr vt压形式叠加-信号以电流形式叠加为加强反馈效 果，信号源内阻反馈信号在输；一；入回路中以电 流形式叠加交流负反馈的四种组态输入端：反馈网络在放大电路输入端的连接分为串联和并联两种方式。输出端：反馈信号在输出端分为电压取样和 电流取样两种方式。由此可组成四种组态:电压串联型夙馈 电压并联型反馈 电流串联型反馈 电流并联型反馈电压、电流反馈的判断输出短路法将负载短接令 Uo=0若反馈消失，则为 电压型反馈I若反馈仍存在，则为电流型反馈串联反馈与并联反馈的判断方法输入信号和反馈信号接到输入端的同一个电极上 并联反馈输入信号和反馈信号接到输入端的不同 电极上 串联反馈。串联反馈并联反馈例工：判断图示放大电路的反馈组态(1)用“瞬时极性法”判断反馈极性加反馈后净输入电压减小，所以为负反馈(2)“输出短路法”判断反馈输出端组忌令u0=0,反馈消失，则为电压反馈(3)判断反馈输入端组态因为反馈信号与输入信号接在输入的两个端钮，为串联反馈结论：电压串联型负反馈例2：判断图示放大电路的反馈组态r(1)判断夙馈极性加反馈后净输入电流减小，所以该反馈为负反馈(2)判断反馈输出端组态令u0=0,反馈消失，则为电压型。(3)因为反馈信号与输入信号接在输入的同一端，则为并联反馈结论：电压并联型负反馈输入信号 Rc+c短路 I一Rc例3:判断图示放大电路的反馈组态(1)判断反馈极性加反馈后净输入电压减小，所以该反馈为负反馈(2)判断反馈输出端组态令Uo=0,反馈仍存在，为电流反馈(3)判断反馈输入端组态反馈信号与输入信号接在输入的两个端钮，则为串联反馈结论：电流串联型负反馈输出端 短路例4:判断图示放大电路级间反馈的组态。结论：电流并联型负反馈(1)判断反馈极性负反馈(2)判断反馈组态令u0=0,反馈仍存在,为电流反馈。反馈信号与输入信号 接在同一个端钮，为 斗联反馈。示放大电路的反馈极性及组态例5:判断(1)反馈极性的判 断 负反馈(2)反馈组态的判 断 令u0=0,反馈消失，为电压反馈结论：电压并联型负反馈例6:判断曷是否负反馈，若是，判断反馈的组忌。负反馈肉令Uo=0,反馈消失，为电压反馈电压串联负反馈作用负反馈的类型电流串联负反馈电压串联负反馈负反馈厂交流负反K 馈电流并联负反馈I电压并联负反馈匚直流负反作用：稳定静态工作点 馈稳定放大倍数；改变输入电阻 改变输出电阻；扩展通频带6.3.3 交流负反馈对放大电路性能的影响L降保放大倍数负反馈使得Xid减小，在相同输入Xi下，输出X。减小了啊V反馈的基本关系:A AAf=-f 1+AF定义：I1+AFI为反馈深度负反馈|1+AF|12.提高放大倍数的稳定性4=A1+AF负反馈|1+AF|1d|4|_ 1 d|AR|i+a/不一.d!A|d|A|、同引入负反馈使放大倍数的稳定性提高。当|1+AF|1时，称放大电路具有深度负反馈，此时:人 A A 1Ar -X-=J 1+AF AF F闭环放大倍数与开 环放大倍数无关即闭环放大倍数只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的 线性元件组成时，闭环放大倍数将有很高的稳定性。二厂3.减小输出波形的 非线性失真输出信号 底部失真输出信 号改善净输入信 号失真4展宽放大电路的通频带可以证明，通频带展宽倍数为I1+AF5.负反馈对输入、输出电阻的影响对输入电阻的影响隼决于反馈网络在输入端 口 的连接方式串联反馈闭环输入电阻Ri=r/ii Of 二尸 X。X。=A0id，0i=0id+0f=(l+A/)0idRif=vjij=(l+AF)=(l+AF)Ri串联负反馈使输入电阻增大|1+AF|倍并联反馈闭环输入电阻Ri(=vji.7 4=x0=A-iidi=，id+f=(1+A尸)id%=v/h=(1+A尸儿1(l+AF)7d 1+AF并联型负反馈使输入电阻降低11+AF|倍对输 出 电阻的影响 取决于反馈网 络在输 出端口的取样方式电压型负反馈使输 出电压稳定性提高，输出电阻减小 电流型负反馈使输 出 电流稳定性提高，输 出 电阻增 大负反馈对输入、输出电阻的影响串联负反馈 并联负反馈 电压负反馈 电流负反馈增大输入电阻 减小输入电阻 减小输出电阻,增大输出电阻,稳定输出电压 稳定输出电流放大电路中引 入负反馈的一般原则为 了 稳定铮态工作点,应引入克流负反馈;为了改善电路的动态性能，应引入交流负反馈。(2)根据信号源的性质决定引 入串联负反馈还是 并联负反馈。(3)根据负载对放大电路输出量的要求，决定引入电压负反馈或电流负反馈。6.4 集成运放的线性应用 集成运放的线性应用的条件引入一定深度的负反馈集成运放的线性应用的特点u+=u.电接（虚短）虚断6.4.1 运算电路实现将信号放大井进行运算的电路，称为运算电路。O比例运算。加减运算。微分/积分运算比例运算电路实现将输入信号按比 及相 比例运算 实现运算。二版i 例放大的电路，称为。比例运算电路 同相比例运算.实现运算0=+4%z。L反相比例运算电路该反馈为何种组态？Rf电路结构特点号引入深度负反馈 输入信号加入反相端平衡总稹R=RiRf+o Ui平衡电阻，使输入端对地 的府态电阻相等，保证聘 态时输入级的对称性。t _ 00+n r1.及相比例运算电路参数计算(1)闭环电压放大倍数因为1三0,所以于u；U U u即,R,Rf又因为 U.=U+=R 1+=0虚地若输出端加，_ Uo 所以RF 即电压放大倍数%4U；L则实现运算：UO(2)输入电阻Kuf=R显(3)输出电阻 因为电路引入电压负反馈，输出电阻 Ro=0反相比例电路的特点:I.共模输入电压为0,因此对运放的共模抑制比 优点Y 要求低。-2.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认 为是0,因此带负载能力强。由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此 外点J 对输入电流有一定的要求。2.在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。一句话：输入电阻小、共模电压为 0 以及“虚地”是反相输入的特点。例 L Rx=10kQ,RF=20kQ 为多大？u0=(Rp/Rj)Uj=(-2)(-l)=2V ii，cRP=R1/RF=10/20=6.7 kQ,Uj=-lVo 求:io，Rp应Rp反相比例运算电路举例反相比例运算 电路 OO+例2分析图示电路输出电压以与输y关系+OUiIn6 8+IUoR24i=一/=10w.R5二 Uo 2=-Uo i“4凡均=10%段Ri4=凡=4=1024=凡=0.9心-O+uo i-L=。2 一。1=20%2、同相比例运算电路（&I.h A该反馈为何种组态？pUf et if Kf电路结构特点参数计算Rf引入深度负反馈 输入信号加入同相端 平衡电阻R=RJ/Rf（1）闭环电压放大倍数+ol IUi RA o o+I+%因为L=0,所以工一耳ou方R.IR得“（i+U）u=（i+u）q又因为LL=U+=Ui则实现运算：。=（1+电压放大倍数均咛Rf Rf$)U+=(1+/)与f%(2)输入电阻Rif=-=-=o olf I+0(3)输出电阻因为电路引 入电压负反馈,输出电阻Ro=0当人次=1时，称为电压跟瓯器(区肌z ge尸oo we r)。此电路是电压并联负 反馈，输入电阻大，输 出电阻小，在电路中作 用与分离元件的射极输 出器相同，但是电压跟 随性能好。一电压跟随器对电压增益有影响么？RlIkQ信号1负载+Vo负载无电压跟随器时有电压跟随器时Rr 1 八v=-v=-v O.Ol v R+R.s l Ol s ss Lv=u=u+=vs同相比例电路的特点:1.由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认 优点Y 为是0,因此带负载能力强。J 2.由于串联负反馈的作用，输入电阻大。缺点：共模输入电压为叩因此对运放的共模抑制比 要求高。同相比例运算电路举例例 L Rf=10kQ,RF=20kQ,Ui=-lVo.求:u0,Rp应为多大？Kfio HZ+RfAllf=l+=1+20/10=3Rfu0=Auf Ui=(3)(-1)=-3VRP=R/RF=10/720=6.7 kQ 00u。同相比例运算 电路例2分析图示电路输出电压。与输入电压的：。=(i+a=(i+Ri R R2+R3小结:反相比例运算电路Ri同相比例运算电路Rf Rf。二(1+二)%=(1+)%Ki Ki o o+电压跟瓯器11。=UiRf%=(1+U)U+%U=ui R2+R3二、加/减运算电路实现将若干个输入信号之和或之是按比例 放大的 电路，称为加/减运算电路。O反相加法器O同相加法器。减法器。加减器A反相加法器(为“e/切g Su mming AmpUf er jh电路结 构特点Rf引入深度负反馈 输入信号均加入反相 端 平衡电阻 R=RJ/口2 口3 Rf输入输出关系计算因为L=0,所以 i1+i2+i3=if又因为U.=U+=RI+=O 即,出+%+坠=jRi R?R3 R/贝U实现运算：u0=-Rfuil!ui2 1、ui3&)耳R=R2=口3=R,+i2+i3)反相加法器的特点：1.实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。2.由于“虚地”的特点，调节反相求和电路的某一路 信号的输入电阻，不影响其他输入电压和输出电 压的比例关系,调节方便。同相加法器(No ninver t ing Su mming Amp/if er),电路结 构特点Rf引入深度负反馈输入信号均加入同 相 端输入输出关系计算因为1十=0,所以i1+i2+i3=0即,一 十 12一+13一0+整理得,+=(&a&)又因为在同相比例器中有，Rf则实现运算：o=(l+T)Rp、I Ui2|Ui3 及Muil同相加法器的特点:1.实际应用时可适当增加或减少输入端的个数,以适应不同的需要。2.同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相 影响，不能单独调整。3.由于存在共模电压，对输入电压及运放的共 模抑制比要求较高。减法器一输入信号同时加入反相端与同相端0=uilpLA 00+所以，。=%+:若取 R=R2、R3=Rf贝。Ui2Ri（%2一七1）T=(1+Ui2单独作用：=(1+?)U+K1勺、R3)-ui2Ri R2+R3Rp uo 2=ui2(l+R2/R1)=3V=8VA加减器一同时实现加与减运算的电路Ri uix%各组成什么电路;(2)写出0、o 2、乐3的表达式。r3A*反相加法运算电路A3：同相比例运算电路U U 1 42=-耳（方+有）=2%Uo 3=（1+善加。2=-34 火5例电路如图所示，rx=r2=r3=r4,uo试求逸值。z2解：由虚接可得uiluil由虚断可得23=l4Ui2=ua Ub=12&+，3&=h l+4K4UO=i2 A2+i3 K3+JR1+i4 K4=2(i2)UUiX _ UuU。乜=2Uil.Ui2田4r4 工例 试用 理想运放设计一个能实现。=3+05%24%3运算电路。方法一：用 二只运放级联构成规律：系数为负的信号从第二级反相 端输入，系例 试用 理想运放设计一个能实现。=3+05%24%3运算电路。方法二：用一只运放构成加减器实现运算%.3单独作用时RfUo 3=一 GUi3=4i3K1Rf=4R%2单独作用时Uo2=(7+勺)号R%r2+r3 hr 05%2单独作用时R2=6 R3ZT 勺、r2hr,ol (1)T =311Rj R3+R2HRR=2R3例 试用理想运放设计一个能实现。=3+05%24%3运算电路。方法三：用三只运放分别实现07=3,02=0503=4/3,然后再用一只运放进行及相输入的加法运算，使 uo=(uo l+uo2+uo3).uo=3uil+0.5ui2-4ui3取尺7=Rj=R5=R7=尺8=&=RRio=_Uil=3uilK1R2=3Rui2 0.5ui2R4=-R4 2段心 00+UoR uo3+二 4/3K5R6=3RR Uo=。l+Uo2+Uo3)R7 A8 K9Rio=R比例 运算 电路与加减运算 电路小结1.它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比 较小。2.关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同 相输入的输入电阻高。3.同相输入的共模电压高，反相输入的共模电 压小。三运放电路uil 00+Al+o lu=u.Ua=Uil，Ub=Ui2R1a1=0，h+=00Rw*RR、Rw、R三个电阻可视为串联u F U o u uo l o 2 _ aUi2o-+A2+-oUo 22R+RWRwil-2Rw2R+Rw/、U2U1=-（叫2一叫1）KwUi2uil2R+RW z、K2Uo 2 Uo l=S（以2 Uil）U。j-（Uo 2-口。1）Kw 0Uo=r2Ri2R+RwRw（Ui2-Uii）三运放电路的特点Q三运放电路是差动放大器，放大倍数 可调。由于输入均在同相端，此电路的输入 电阻高。例由三运放放大器组成的温度测量电路RR_ Rt-R”Rt=f(T。C)ui=2(Rt+R)UR2 2R+Rw R2 2R+Rw Rt-R11=-U：-4-0 R R 1-R R 2(Rt+R)例求电压放大倍数Au=Uo/lIi。RP=R1/(RF+R2/R3)Rf+R2+pAu=-u Ri一、积分运算电路1.电路结构因为1.=0,所以i1=icu.dun 1 r贝！）享-一C、-,对该式积分，有：un=-u-dtRi dt 0 RC J若输入电压均为恒定值，则积分电路具有恒流充电的特性。例：积分电路中，已知C=luF,wc(0)=0,运放输出Um=10V。输 入为阶跃信号，试画出当K分别为1k。和2k。时输出。的波形。2000%1000/io o a100 t 10 ms心的大小决定积分的速度，称为时间常数2.积分运算电路的应用(1)输入为阶跃信号时的输出电压波形:(2)输入为方波时的输出电压波形：(3)输入为正弦波时的输出电压波形：实际积分 电路中 存在积分漂移现象-积分电路对集成运放中 的失调与漂移 同样进行积分，便输出达到饱和的现象。尽可能选用失调与漂移小的运放解决措施 J.在积分电容两端并接电阻Rf 冬cRf作用：引入直流负反馈，有效抑制失调的影响条件：RfC RjC*母本林 至物丫解与H 用血量彼和（A）!nl 而加，函卬 八53=.qTip Iv 组o=n03i=T!X函，0=/M国实际的微分运算电路1运算电路要求1.熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路 图及放大倍数公式。2.掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。3.会用“虚断(片0)”和“虚接(+=_)”分析给 定运算电路的放大倍数。6.4.2有源滤波器滤波器的功能：让指定频段的信号顺利通过，其他频率的信号被衰减。滤波器特性描述：幅频特性Ui(j CD)O 1 o!f ilte r I IU0(j)U o(js)Uo4(a)=-；-=#4。一”Ue q4(，)=4-幅频特性u滤波器的分类：。按所用元件：无源滤波器、有源滤波器按阶数：一阶、二阶高阶按电路功能：低通、高通、带通、带阻滤波器的幅频特性A141低通IAI高通(0(DA141带通tlAI带阻(D(9一阶无源AC低通滤波器R一低通滤波器于f-u。空载时：1RC4(/8)=Uij 3cK+1j sC1l+ja）RC3。1。幅频特性4（/）Au中出现的一次项,故称为一阶滤波器幅频特性4(/)|=幅频特性曲线:O1+(，0Ro-+也o-czz1+I带负载时：/f0,4。.一“00+Uou+=FCR+jsC-Ui1+jsRC.）与号）言嬴=Q今。嘘)。403=3=(1+等)-Ui l+j。幅频特性及幅频特性曲线141=(1+小 1 1+()2V gaIAI1+Rf/Rx 77TI_0707(1+Rf/Ri)0o电路特点:1、通带放大倍数iaj=?=（i+M）有放大作用 q Ki2、CO=COo时：141=圣=（1+去）去Ui 吗 V2幅频特性与一阶无 源低通滤波器类似3、运放输出，带负载能力强。4、无源滤波器可用于高电压、大电流，如直流电源中的滤 波电路；有源滤波器则是信号处理电路，它的输出电压 和电流受有源元件自身参数和供电电源的限制。一阶低通滤波器和理想低通滤波器幅须特性曲线的区别要使过渡带变窄，需采用多阶滤波器。o52.二阶有源低通滤波器RiR M R+火2U M00A+ouoG=021汝GR+1/(R+jmC1Up=1j 3c2/(R+1jC?Ui)1jc?R+1“2Uma(j&)=9=(i+Ui11-(CD3。)2+70。A-出现的二次项,故称为二阶滤波器3.一阶有源高通滤波器g)RC1T-c o RC4（网=（1+与）一 Ui R i+-jc o RC幅频特性及幅频特性曲线Rf0o带通滤波器“u八41P-低通ORi Rfj-I I_9-CZ%74 4中八高通o A/u p-Ar i i io-1Rc2R_ 00A T+阻通阻o幅频特性7LPFHPF：一一一一一一一一,(b)电路组成带阻滤波器4-4 upo4八力upo4 f4甲oLPF41o _Gif低通HPF通ThJr阻高通通(a)幅频特性7求和电路Au。RiR Rc Rr LPF 作 C2HPF氐o oA+-o(b)电路组成Ri图示电路为何种滤波器？指出A1、A2各组成何种电路。解：%一阶高通滤波器；A2反相加法器为低通滤波器于18,1-,0（4丽）O=I=+In+n 京nv+n 信贝。nwon+=nn-Q w 都 J物工型条判蓊等孽4r x察也沏谕WHY I 第小也o T!n出*%型*策徘*H印素田叩渤第寺翎器察首生第曜 g-9运放非线性应用电压比较器：4r单限比较器 滞回比较器 窗口比较器三态比较器正弦波发生电路矩形波发生电路波形发生电路：I三角波发生电路电压比较器的功能：利用输出信号的变化，比较两个电压的大小6.5.1 电压比较器电压比较电压比较器的阈值：便输出发生趺变时所对应的输入电压值。输出何时发生跳变?u+=u1.单限电压比较器 0 o过零电压比较器可将正弦波变换为方波u。U（）m Uo=UqM输入限幅电路Uo加上输入限幅电路后，运放两个输入端的差模电压 不会超过二极管的管压降。输出限幅电路R的作用？-L传输特性u=Mo+UZUz当40当叫0 UjDA o o改变参考电压，可实现后空比可谓的矩形波例：有一电压比较器如图所示，6印2.试求阈值电压、井作传输特性解：（1）由电路求U+与U对图示电路，有U+=0由叠加定理得：单独 3V单独作用 作用Ri R2c l5（%+3）（2）求闽值+3V R1AU。因为当=u时输出发生跳变，此时T-7UoMUj=-3V,所以 Uth=5=3V(3)比较器的传输特性r+uz 当 Ujuth2第三步：分析传输特性(1)%由-8逐渐增大%二8时，Uo=+UOM,阚值为Umi8VUiVUthi 时,uo=+UOMUthi时，uo=-UOM,阈值为U52 Uj再增大，输出不变(2)”由+8逐渐减小%=+8 时，Uo=-UOM,阈值为 Uth2Uth2V%V+8 时，Uo=-UOM叫印皿时，跳变，uo=+UOM“VUth2 时，Uo=+UOM,阚值为 UmiUi再减小，输出不变Uth工 ui定义：回差电压Auth=Uthl-Uth20回 差电压越大，比较器抗干扰能力越强。同相滞回比较器运放工作于正夙馈状态5结构特点一 Ri民较信号加入同 相 输入端(1)阈值计算对图示电路，有用叠加原理求U+注意：对于不同的输出值，U+有两个取值当U0=Uz时,%+&R1+R2所以”+和Ro o当 U=+Uz 时,U+2-与U z-U th2 Rr+R2所以 Uth2=&+&r2&（Uz）注意：uthl uth2(2)分析传输特性由-8逐渐增大U=-8时，uo=-Uz,阈值为Umi ooUjUthlB,uo=+Uz,阈值为“Uj由+8逐渐减小(%=+8 时，Uo=+Uz,阚值为 Um2Uth2UiV+8 时，Uo=+UzUi=Uth2叫跳变,Uo=Uz、UiVUth2时，uo=-Uz,阈值为Uthi例 图示运放最大输出电压为土 15V.计算下列几种接法时的u。，并说出此时电路的名称。(1)M与N相连,Ui=lV；(3)M与P相连，u。原为 15V,Ui=lV；(2)M悬空,现输入信号增加至W=6VM 100K解:(工)M与N相连,电路为反相比例电路。uo=-Uj=-lV(2)M悬空，电路为过零比较器。U.=Uj；U+=0U U+uo=-15V(3)M与P相连，电路为反相滞回比较器。u。原为15V,所对应的阈值电压 Ut hl=%=5V50+100现输入信号增加至5=6V,已经大于阈值电压，所以Uo=T5V652波形发生电路广正弦波发生电路1矩形波发生电路 i三角波发生电路6.5.2.1 正弦波发生电路输入为零，但输出为具有一定频率和幅值的信号刍激振荡条件自激振荡A当开关Sl Uo=AU，u c反馈电压 ijf=pijo=AFUiA若开关S2,且使方=AFU=Uj I1则可由替代原外加激励口，电路即可保持输出，产生自激振荡。j 1刍激振荡条件：AF=1AF=1 一一帼值平衡条件(Pa+(Pf=相位平衡条件起振条件 AF 1在合闸通电时能够对微弱的扰动信号有不断放大的过程。稳幅环节 使回路增益般著输出电压幅度的增大而自动 下降，并逐渐趋近于1。选频网络 扰动信号包含许多不同频率的正弦波成份，因 此需设置选频网络，将所需的某一频率我挑选出来。正弦波振荡电路在结构上包括：放大器、反馈网络、选频网络、稳幅环节二、AC正弦波振荡电路文氏电桥振荡器电路结构反馈与选频网络+.,u 0 RC串并联网络的频率特性反馈系数:r X