集成 运算放大电路
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3. 3 集成运算放大器的基本运算电路
• 3. 3. 1反相比例运算电路
• 1.电路结构
• 反相比例运算电路如图3-3-1所示，输入信号Ui从反相输入端与地之
间加入，RF是反馈电阻，接在输出端和反相输入端之间，将输出电压
UO 反馈到反相输入端，实现负反馈。R1是输入祸合电阻，R2是补偿
示。 • 积分电路应用很广，除了积分运算外，还可用于方波一三角波转换、
示波器显示和扫描、模数转换和波形发生等。图3-5-3是将积分电路 用于方波一三角波转换时的输入电压ui(方波)和输出电压u0(三角波)的 波形。
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3. 5 集成运算放大器的应用
• 2.微分运算电路 • 将积分运算电路的R,C位置对调即为微分运算电路，如图3-5-4所示。 • 输出电压与输入电压对时间的微分成正比。
• 3. 4. 4并联电流负反馈 • 设ui为正，即反相输入端的电位为正，输出端的电位为负。此时，i1
和if的实际方向即如图中所示，差值电流id= i1 - if ，即it削弱了净输入 电流id ，故为负反馈。反馈信号取自输出电流i0，并与之成正比，故 为电流反馈。反馈信号与输入信号在输入回路并联，故为并联反馈， 因此，反相输入恒流源电路是引入并联电流负反馈的电路。
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3. 1 差动放大电路
• 4.共模抑制比 • 为了说明差动放大电路抑制共模信号的能力，常用共模抑制比KCMR
这项指标来衡量。 • 差模电压放大倍数越大，共模电压放大倍数越小，则共模抑制能力越
强，放大电路的性能越优良。
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3. 2 集成运算放大电路简介
• 3. 2. 1认识集成电路
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3. 5 集成运算放大器的应用
• 当基准电压UR=0时，称为过零比较器，输入电压ui与零电位比较，电 路图和电压传输特性如图3-5-7所示。
• 为了限制输出电压u0的大小，以便和输出端连接的负载电平相配合， 可在输出端用稳压管进行限幅，如图3-5-8 (a)所示。电压传输特性如 图3-5-9 (b)所示。
• 1.零点漂移现象 • 当放大电路处于静态时，即输入信号电压为零时，输出端的静态电压
应为恒定不变的稳定值。但是在直流放大电路中，即使输入信号电压 为零，输出电压也会偏离稳定值而发生缓慢的、无规则的变化，这种 现象叫做零点漂移，简称零漂，如图3-1-1 (b)所示。 • 2.产生零点漂移的原因 • 产生零点漂移的原因有电源电压的波动、温度变化、元件老化等，其 中温度变化是产生零漂的最主要的原因，因此，也称为温度漂移。 • 3.抑制零点漂移的措施 • (1)选用稳定性能好的高质量的硅管。 • (2)采用高稳定性的稳压电源可以抑制由电源电压波动引起的零漂。
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3. 3 集成运算放大器的基本运算电路
• 3.实际应用(电压跟随器) • 输出电压的幅度和相位均随输入电压幅度和相位的变化而变化，故称
之为电压跟随器，它是同相比例运算电路的一种特例。电路如图3-34所示。
• 3. 3. 3差动比例(减法)运算电路
• 1.电路结构 • 差动比例运算电路如图3-3-6所示，它是把输入信号同时加到反相输
• 集成运放不外接反馈电路，输出不接负载时测出的差模电压放大倍数， 称为开环差模电压放大倍数Aod 。
• 2)输入失调电压U io • 3)输入失调电流I io • 4)最大输出电压U omax • 5)最大输出电流去Iomax • 4.集成运放的种类 • 目前国产集成运放的种类很多，根据用途不同可分为以下几类。 • 1)通用型 • 2)低功耗型 • 3)高精度型
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3. 2 集成运算放大电路简介
• 4)高阻型 • 图3-2-2所示为集成电路的几种封装形式。
• 3. 2. 3理想运算放大器
• 1.理想运放 • 所谓理想运放就是将各项技术指标都理想化的集成运放, 其等效电路
如图3-2-3所示。 • 由以上理想特性可以推导出如下两个重要结论。 • (1)虚短路原则(简称虚短)。 • (2)虚断路原则(简称虚断)。 • 2.集成运放的传输特性 • 表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线称为传输特性曲线，如
• 3. 2. 2集成运算放大器
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3. 2 集成运算放大电路简介
• 1.集成运放的特点 • (1)集成运放采用直接祸合方式，是高质量的直接祸合放大电路。 • (2)集成运放采用差动放大电路克服零点漂移。 • (3)用有源元件取代无源元件。 • (4)采用复合管以提高电流放大系数。 • 2.集成运放的组成及各部分的作用 • 集成运放有两个输入端，一个称为同相输入端，一个称为反相输入端;
一个输出端。符号如图3-2-1 (b)所示。 • 集成运放内部电路由四个部分组成，包括输入级、中间级、输出级和
偏置电路，如图3一2一1(a)所示。 • 1)输入级 • 输入级又称前置级，它是一个高性能的差动放大电路。
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3. 2 集成运算放大电路简介
• 2)中间级 • 中间级是整个电路的主放大器，主要功能是获得高的电压放大倍数 • 3)输出级 • 输出级应具有输出电压范围宽，输出电阻小，有较强的带负载能力，
电源VEE通过电阻RE和两管发射极提供两管的基极电流。由于电路的 对称性，两管的集电极电流相等，集电极电位也相等。
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3. 1 差动放大电路
• 3.动态特性 • 当有信号输入时，对称差动放大电路(图3-1-2)的工作情况可以分为下
列几种输入方式来分析。 • 1)共模输入 • 若两个输入信号电压ui1和ui2的大小相等、极性相同，即ui1=ui2=uic ，
• 集成电路是相对于分立电路而言的，就是把整个电路的各个元件以及 相互之间的连接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的 整体。它与晶体管等分立元件连成的电路比较，体积更小，重量更轻， 功耗更低。
• 就导电类型而言，有双极型、单极型(场效应管)和两者兼容的集成电 路。就功能而言，集成电路有数字集成电路和模拟集成电路，而后者 又有集成运算放大器、集成功率放大器、集成稳压电源和集成数模和 模数转换器等许多种。表3-2-1列出了四种不同引脚分布的集成电路 外形图。
• 若ui为恒定电压U，则在ui作用于电路的瞬间，微分电路输出一个尖 脉冲电压，波形如图3-5-5所示。
• 3. 5. 2电压比较器
• 电压比较器的基本功能是对输入端的两个电压进行比较，判断出哪一 个电压大，在输出端输出比较结果。
• 图3-5-6 ( a)所示为一简单的电压比较器,图3-5-6 ( b)所示是电压比较 器的电压传输特性。
非线性失真小等特点。 • 4)偏置电路 • 偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作点。 • 3.集成运放的主要参数 • 为了合理地选用和正确使用集成运放，必须了解表征其性能的主要参
数(或称技术指标)的意义。 • 1)开环差模电压放大倍数Aod
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3. 2 集成运算放大电路简介
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3. 5 集成运算放大器的应用
• 3. 5. 1积分和微分运算电路
• 1.积分运算电路 • 将反相输入比例运算电路的反馈电阻RF用电容C替换，则成为积分运
算电路，如图3-5-1所示。 • 输出电压与输入电压对时间的积分成正比。 • 输出电压与时间成正比，设t=0时输出电压为零，则波形如图3-5-2所
电阻(也叫平衡电阻)，
。
• 2.输出与输入的关系
• 反相输入端也与地等电位，即反相端近于接地，称反相输入端为“虚 地”，即并非真正“接地”。“虚地”是反相比例运算电路的一个重 要特点。
• 3.实际应用(反相器)
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3. 3 集成运算放大器的基本运算电路
• 把输入信号进行了一次倒相，因此把它称为反相器。电路图及符号图 如图3-3-2所示。
这样的输入称为共模输入。大小相等，极性相同的信号称为共模信号。 • 2)差模输入 • 若两个输入信号电压ui1和ui2的大小相等、极性相反，即ui1=-
ui2=1/2uid，这样的输入称为差模输入。大小相等，极性相反的信号 称为差模信号。 • 3)比较输入 • 两个输入信号电压的大小和相对极性是任意的，既非共模，又非差模， 这种输入称为比较输入。
图3-2-4所示，可分为线性区和非线性区。
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3. 2 集成运算放大电路简介
• 1)线性区 • 工作在线性区时，U0和Ui是线性关系，即
• 只有引人负反馈后，才能保证输出不超出线性范围，集成运放接入负 反馈网络，电路如图3-2-5所示。
• 2)非线性区 • 集成运算放大器工作在非线性区时，这时输出电压只有两种可能:
• 图3-4-1(b)是同相比例运算电路。反馈信号取自输出电压，并与之成 正比，故为电压反馈。反馈信号与输入信号在输入回路中串联，故为 串联反馈。因此，同相比例运算电路是引入串联电压负反馈的电路。
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3. 4 集成运算放大电路中的负反馈
• 3. 4. 3串联电流负反馈
• 参照上述的同相比例运算电路可知，图3-4-1( c)的电路也引入了负反 馈。反馈电压uf=Ri取自输出电流(即负载电流)io，并与之成正比，故 为电流反馈。反馈信号与输入信号在输入回路中串联，故为串联反馈， 故为串联反馈。因此，同相输入恒流源电路是引入串联电流负反馈的 电路。
• 3. 3. 2同相比例运算电路
• 1.电路结构
• 同相比例运算电路如图3-3-3所示，输入信号电压Ui接入同相输入端，
输出端与反相输入端之间接有反馈电阻RF与R1，为使输入端保持平
衡，
。
• 2.输出与输入的关系
• 根据虚断可知，流入放大器的电流趋近于零;根据虚短可知，反相输 入端与同相输入端的电位近似相等，得输出电压与输入电压的关系为:
