1、第五章第五章 集成電路運集成電路運算放大器及應用算放大器及應用基本要求：基本要求：n理解差動放大電路的工作原理；理解差動放大電路的工作原理；n掌握運算放大器的分析方法。掌握運算放大器的分析方法。基本內容：基本內容：n差動放大電路差動放大電路n復合管電路復合管電路 n集成運算放大器集成運算放大器n集成電路運算放大器的應用集成電路運算放大器的應用5. 1 差動放大電路差動放大電路n集成電路集成電路運算放大器是一種具有運算放大器是一種具有高放大倍高放大倍數數的的多級直接耦合多級直接耦合放大電路。放大電路。n當多級直接耦合放大電路的輸入端短路當多級直接耦合放大電路的輸入端短路( ui0 )，輸出端電壓

2、它并不保持恒值，輸出端電壓它并不保持恒值，而在緩慢地、無規則地變化著，這種現象而在緩慢地、無規則地變化著，這種現象就稱為就稱為零點漂移零點漂移。n產生零點漂移的主要原因是三極管受溫度產生零點漂移的主要原因是三極管受溫度的影響。的影響。 抑制零點漂移有效的措施之一是抑制零點漂移有效的措施之一是采用采用差動放大電路差動放大電路。n本節主要內容：n5.1.1 基本差分電路n5.1.2 長尾式差分電路n5.1.3 長尾式差分電路的工作原理分析n5.1.4 差分放大電路四種接法的分析與比較特點：特點：結構對稱。結構對稱。差動放大電路的工作情況差動放大電路的工作情況vi1vi2voRCR1T1RBRCR1

3、T2RB+VCC5.1.1 基本差分電路1、基本差分電路的組成n基本差分電路如圖5-1-1和圖5-1-2。n其工作原理是利用對稱性來解決和克服零漂問題。n電路左右兩邊對稱，指電路結構及元件的特性與參數完全相同，使T1、T2在同一個直流電源供電情況下具有相同的靜態工作點。 輸入信號： 輸出信號：電壓放大倍數： 當輸出信號當輸出信號從其中任一個集電極輸出時，稱為從其中任一個集電極輸出時，稱為單端輸出單端輸出。當輸出信號當輸出信號從兩個集電極之間輸出時，稱為從兩個集電極之間輸出時，稱為雙端輸出雙端輸出或或浮動輸出浮動輸出。21iiivvv02010vvv2102010iiivvvvvvvAn若差分電

4、路兩個輸入 端的電壓分別為vi1和vi2。n 當輸入信號vi1和vi2大小相等、極性相反時，定義為差分輸入信號或差模輸入信號vd 。 vi1 = - vi2 ，n此時，放大電路的輸入電壓為：n或：n 式中，vd稱為差分輸入電壓或差動輸入電壓。n 當輸入信號vi1和vi2大小相等、極性相同時，定義為共模輸入信號vc 。則：n或： 212122iiiidivvvvvv22211iidivvvv22212iidivvvv21iicvvv2211iicivvvv2212iicivvvv2、基本差分電路的工作原理 當輸入信號中既有差模信 號，又有共模信號時，則 基本差分電路輸入端的信號可分解為二種信號的

5、疊加，即n n n根據兩式可得出如下結論：n在差分放大電路輸入端施加的任意形式的信號都可以分解為差模信號與共模信號的疊加，輸出端的響應都可視為差模信號與共模信號共同作用的結果。22221211iiiidcivvvvvvv22221212iiiidcivvvvvvv例 已知基本差分放大電路如圖5-1-1所示vi1=5V，vi2 =3V，求此時作用于放大電路輸入端的差模電壓為多少？共模電壓為多少？n解：根據差模信號的定義，總的差模輸入信號為：n由電路的對稱性可知，每個輸入端的輸入電壓為：n根據共模信號的定義有：于是，兩個實際的輸入信號電壓可等效為圖 (a)或圖 (b)的形式。VVVvvviid23

6、521VvvVvvdidi121221Vvvviic4235221 由圖可見，對于差 模輸入信號，由于vi1= -vi2 則 根據共射放大電路輸出與輸入反相的特點： 得，差模輸入信號作用下的電壓放大倍數為：Ad稱為差模電壓放大倍數。n對于共模輸入信號： 由于電路對稱，則 AC稱為共模電壓放大倍數。1212iiidivvvvv01020102vvvvbeLCiidrRRvvvvA)2/(22101021iicivvvv00201vvvo000iiCvvvA3、放大倍數的計算：3、放大倍數的計算：n基本差分放大電路只對差模輸入信號進行放大，而不對共模信號進行放大。在雙端輸出的情況下，放大電路的差模

7、電壓放大倍數等于一個單級共射放大電路的電壓放大倍數。n在理想對稱的條件下，如果共模信號能夠模擬溫度的變化，則不難看出，無論溫度怎么變化，輸出端皆為零，從而達到了抑制輸出信號電壓的零點漂移。5.1.2 長尾式差分電路n前面介紹的基本差分放大電路中，依靠電路對稱，利用兩個放大電路的輸出之差，抑制了零點漂移電壓的輸出，但是并沒有消除單級放大電路本身的零漂。n為了進一步減小或消除零漂，提高抑制零點漂移的效果，需要在基本差分放大電路的基礎上進行改進，減小單級放大電路自身的零點漂移。n在基本差分放大電路的發射極 接入一個射極電阻RE，以便引 入電流負反饋，穩定輸入電壓， 減小零漂。n發射極電阻RE猶如在基

8、本差分電路中多了一條尾巴，RE愈大，穩定性愈好，相當于尾巴愈長，故稱為長尾式差分電路。n射極電阻RE愈大，對共模信號的反饋作用愈強，抑制零漂的效果愈好，但同時，RE上的直流壓降也愈大，三極管放大的動態范圍愈小。n解決辦法是增加一個負電源VEE，用以增加三極管的動態范圍。如圖5-1-3所示。1、長尾式差分電路的組成2、長尾式差分電路的幾種接法（1）雙端輸入雙端輸出n輸入信號分別在三極管T1、 T2的基極輸入，從T1、T2的 集電極之間輸出。這種接法 稱為雙端輸入雙端輸出電路。 如圖5-1-3所示。4.5.2 長尾式差分電路（2）雙端輸入單端輸出n輸入信號分別在三極管T1、 T2的基極輸入，但輸出

9、卻 只從T1或T2的集電極單獨 對地之間輸出，稱為雙端輸入單端輸出。n如果從T1的集電極輸出，稱為左側輸出，電壓放大倍數為單級共射放大電路的一半，且輸出與輸入反相，如圖5-1-4所示。n如果從T2的集電極輸出，稱為右側輸出，電壓放大倍數也為單級共射放大電路的一半，但輸出與輸入同相。4.5.2 長尾式差分電路T1T2T1T24.5.2 長尾式差分電路（4）單端輸入單端輸出n輸入信號只從三極管T1或 T2的基極一端輸入，只從 三極管T1或T2的集電極一 端對地輸出。n在長尾式差分電路的幾種接法中，值得注意的是：在單端輸入時（包括單端輸入雙端輸出和單端輸入單端輸出），由于對稱，輸入的差模信號在圖5-

10、1-5和圖5-1-6的虛線所示的輸入回路中，將被對半分配到兩側的輸入端，相當于雙端輸入；可以說單端輸入等同于雙端輸入。4.5.3 長尾式差分電路 的工作原理分析 前面就長尾式差分放大電路 的幾種接法進行了介紹。下面以 圖4-5-4所示的長尾式差分放大電 路為例，對雙端輸入雙端輸出電 路的工作原理進行分析。1、靜態分析n靜態時，輸入信號vi1和vi2均為零，等效處理方法是將兩個輸入端分別對地短路。由于電路左右對稱，T1和T2特性相同，則有IC1=IC2、VC1=VC2n得到：V0=VC1-VC2=I0RL=0 (1) I0=0 (2)n式(2)表明，在靜態時，RL電阻中沒有電流流過,相當于開路，

11、也就是說，RL可以拿掉。RL拿掉后的直流通路如圖5-1-7所示。5.1.3 長尾式差分電路 的工作原理分析n對于輸入回路： n由于在設計時，RE通常選得比較大，使得IBQ非常小，一般可以忽略，則 (約為-0.7V) n根據電路的對稱性可知，每個管子的集電極電流為IEQ的一半，即 n說明T1的工作點電壓VCEQ近似為它的集電極對地電位。0EEEEQBEQBBQVRIVRIEBBEQEEBQRRVVI12BEQBEQBBQEEEEQEQVVRIVRIV0EBEQEEEQRVVI221EQQCQCIII11121CCQCCCEQCQCCCQCEQCEVRIVVRIVVV 當差分放大電路兩輸入端加上任

12、意 信號vi1、vi2時，都可以等效為差模 和共模信號的疊號，根據疊加原理， 可以分別進行分析。（1）差模信號vidn由于電路的對稱性使vi均分給兩個輸入端，即n 即在輸出端RL兩端有信號輸出。221iiivvvcCQccCQciIiiIi21CcCQcCcCQcRiVvRiVv210210CCvvv2、動態分析4.5.3 長尾式差分電路 的工作原理分析n此時，在RE上的電流約為，n即RE上的差模交流電流為零。n則RE上的差模交流電壓也為0。 使VE點對交流信號而言相當于接地，n得：差模交流通路 如圖5-1-9所示。CQccIii2214.5.3 長尾式差分電路 的工作原理分析 差模電壓增益n

13、由于電路對稱，RL接在兩管集 電極之間，兩端電壓變化量相 等，極性相反，所以，負載電 阻RL的中點電位不變，相當于交流接地。因此，可以將RL分為相等的兩部分，對T1、T2各取RL/2。n在雙入雙出時，兩管基極之間的輸入是單邊的兩倍，兩管集電極之間的輸出也是單邊的兩倍。所以，此時差放的差模電壓放大倍數與單管放大電路的電壓放大倍數相同。即： 其中beBbRCbvvrRiRiAAL21beBLrRR2/LRCLRR4.5.3 長尾式差分電路 的工作原理分析 差模輸入電阻：n為差模輸入信號電壓與差模 輸入信號電流之比，即從兩 個輸入端看進去的總差模輸入電阻。 差模輸出電阻：n雙端輸出時，兩輸出端之間呈

14、現的差模輸出電阻為n beBidrRR 2CodRR24.5.3 長尾式差分電路 的工作原理分析（2）共模分析 n雙入雙出電路加共模信號 如圖5-1-11所示。 加共模信號時：vic1=vic2=vic 由于電路兩邊對稱，RE上的電流變化是每個三極管電流變化的兩倍。n從電壓等效的觀點來看，對共模信號而言，每個晶體管發射極相當于各接2RE電阻。 如圖5-1-12所示。n畫出共模信號作用下的交流通路如圖5-1-13所示。 共模電壓增益n由于電路對稱，ic1=ic2=ic,n則vc1=vc2n voc=vc1-vc2=0n n結論：雙入雙出差分放大電路對共模信號不會放大。n如果干擾信號屬于共模信號，

15、則可以用這種放大電路對干擾信號進行抑制。000iciccvcvvvA 共模抑制比n差分放大電路對差模信號有較高的放大能力，對共模信號有抑制作用，這種抑制作用用“共模抑制比”來評價，定義為：n雙端輸出時，Avc=0，KCMR=n通常CMR用dB數來表示，即 vcvdCMRAAKvcvdAAdBCMRlg204.5.3 長尾式差分電路 的工作原理分析 共模輸入電阻n由圖5-1-14可見，從輸入端看進去的共模輸入電阻為 共模輸出電阻 EbeBicRrRR2121CocRR25.1.4 差分放大電路四種 接法的分析與比較 n差分電路四種接法： 雙入雙出 雙入單出 單入雙出 單入單出n前面已經對“雙入雙

16、出”進行了分析，下面對另外三種接法進行分析和比較。1、雙入單出電路n與雙入雙出的圖相比較， 只是輸出負載RL接在T1的C 與地之間。 輸入差模信號時，由于T1、T2 對稱，IEQ不變，對差模輸入信號 而言E點電位沒有變化，相當于交流接地，只是輸出電壓從半邊輸出。因此，放大倍數將為雙端輸出電路的一半，即n其中n以上單端輸出又稱為左側輸出。beBLidvdrRRvvA210LCLRRR 1、雙入單出電路n如果從T2管的C極輸出，則稱為右側輸出。 n電路的差模輸入電阻為 （由于電路的輸入回路沒有變）n n電路的輸出電阻 beBLvdrRRA21beBidrRR 2CodRR1、雙入單出電路n現在來討

17、論這種電路的溫漂情況，n由于溫度漂移相當于輸入共模信 號的情況，可以用共模放大倍數 來表示。n輸入共模信號時，由于T1、T2對稱， RE上流過的電流為2IE1，對于每個管子來說，可等效為IE1流過阻值為2RE的電阻，如圖5-1-16所示。由圖可得： n由于式中的(1+)2RE一般很大，所以單端輸出的溫漂也不是很大（Avc不是很大）。 EbeBLvcRrRRA2 1此電路的共模抑制比為： EbeBLbeBLRrRRrRRvcvdCMRAAK212beBErRR1beBEbeBEbeBrRRrRRrR121221 由上式可見，增大RE對減小共模 放大倍數和提高共模抑制比都有 好處，所以RE越大，對

18、抑制溫漂 越有利。1、雙入單出電路例5-1，雙入單出差分電路中， 已知VCC=10V、-VEE=-10V，RC=10k， =100，RB=5k，RE=5k，rbe=1k， RL=10k。 求：Avd，Avc，KCMR。解：n 倍7 .411510101002121beBLvdrRRA倍5 . 01010015510021EbeBLvcRrRRA4 .835 . 07 .41vcvdCMRAAKdBAAdBCMRvcvd4 .38lg202、單入雙出電路n如圖5-1-17所示。 可以把信號等效為一個共模 信號和一對差模信號。n變換后的電路如圖5-1-18所示。 變換為雙端輸入雙端輸出。22222

19、222212121iidciiidciiiidiiicvvvvvvvvvvvvvvvvvv2、單入雙出電路n由于輸入信號中有差模和共模兩部分 信號，所以輸出信號也由兩部分組成：n n前面已計算過雙入雙出的Avc、Avdn其中： Avc=0 ， ，n電路的差模輸入電阻為： n電路的差模輸出電阻為：n由于差分放大電路只放大差模信號，不放大共模信號，所以在分析放大電路單端輸入時，可以將單端輸入等同于雙端輸入看待。cidicicdidoAvAvAvAvv2beBLvdrRRA2/LCLRRRbeBidrRR 2CodRR23、單入單出電路n如圖5-1-19所示。n由于單端輸入可等效為 雙端輸入看待。

20、因此，“單入單出”的分析計算過程與“雙入單出”時是一樣的。4、差分電路幾種接法的性能比較對于差模信號：n（1）差模輸入電阻Rid與輸入方式無關，它們都是：Rid=2(RB+rbe)n（2）差模輸出電阻Rod只與輸出方式有關，而與輸入方式無關。 單端輸出時：Rod =RC 雙端輸出時：Rod =2RC n（3）差模增益（放大倍數）只與輸出方式有關，而與輸入方式無關。n 雙端輸出時： 其中 n 單端輸出時： 其中n （輸入與輸出在同一側時為負，對方一側時為正）BbeLvdRrRA2LCLRRR BbeLvdRrRA21LCLRRR 4、差分電路幾種接法的性能比較對于共模信號：n（1）共模輸入電阻R

21、ic與輸入方式無關，它們都是 n（2）共模輸出電阻Roc只與輸出方式有關。n 單端輸出時：Roc =RC n 雙端輸出時：Roc =2RC EbeBicRrRR12214、差分電路幾種接法的性能比較對于共模信號： n（3）共模增益（放大倍數）只與輸出方式有關，而與輸入方式無關。n雙端輸出時：Avc=0 n單端輸出時： 其中n（4）共模抑制比只與輸出方式有關，而與輸入方式無關。n雙端輸出時：KCMR= n單端輸出時： n掌握了以上這些特點和規律，也就掌握了長尾式差分放大電路。EbeBLvcRrRRA12LCLRRR beBEbeBEbeBvcvdCMRrRRrRRrRAAK1212VDA4. 幾

22、種方式指標比較幾種方式指標比較VCACMRKbeLc)21/(rRR beLc2)/(rRR beLc)21/(rRR beLc2)/(rRR 0oLc2/rRR 0oLc2/rRR beorr beorr 輸出方式輸出方式雙出雙出單出單出雙出雙出單出單出 idRicRoR4. 幾種方式指標比較幾種方式指標比較輸出方式輸出方式雙出雙出單出單出雙出雙出單出單出be2rbe2r2)1(21oberr 2)1(21oberr c2RcRc2RcR重要結論重要結論在各種組態差分放大器分析比較和改進的基礎上，可以知道：要盡可能的提高差分放大器的共模抑制比，兩個關鍵因素是：電路對稱性；共射極電阻。VCVD

23、CMRAAK雙端輸出，理想情況雙端輸出，理想情況 KCMR。CMRK可使單端輸出的當Re 時， 但是rbe(1+)VT IEIEVEE2Re rbe 2Re(1+)VT VEE 如果IE 恒定， 而Re；則可能使KCMR。注意，此處Re 只要是在交流時即可。beBErRR121 恒流源差動放大電路恒流源差動放大電路理想電流源具有：電流恒定；交流等效電阻無窮大的特點。帶恒流源的差分放大器恒流源的作用：1.提供放大電路的偏置電流； 2.替代交流大電阻；（提高共模抑制比）n長尾式差動放大電路，長尾式差動放大電路，因有因有Re提高了共模信號提高了共模信號的抑制能力，且的抑制能力，且Re愈大，愈大，抑制

24、能力愈強。抑制能力愈強。n若若Re增大，則增大，則Ue增大，增大，對靜態有影響。對靜態有影響。n為此由為此由T3構成的恒流源，構成的恒流源，輸出電阻輸出電阻r ro3o3取代取代Re，由由微變等效電路計算。微變等效電路計算。 oooiur 3321331ceberRRRrR / 5.2 復合管電路復合管電路n為獲得高放大倍數，可以利用多個晶體管組成復為獲得高放大倍數，可以利用多個晶體管組成復合管，以得到較大的電流放大系數。合管，以得到較大的電流放大系數。 1.1.復合管的組成形式復合管的組成形式 n一般復合管由兩個晶體管組成，兩個晶體管的類一般復合管由兩個晶體管組成，兩個晶體管的類型可以相同，

25、也可不同。型可以相同，也可不同。n組成后的復合管應滿足復合起來的管子都處于導組成后的復合管應滿足復合起來的管子都處于導通狀態的條件，即滿足發射結正向偏置、集電結通狀態的條件，即滿足發射結正向偏置、集電結反向偏置。反向偏置。n復合管的類型與第一個晶體管的類型相同。復合管的類型與第一個晶體管的類型相同。 2.2.復合管的主要參數復合管的主要參數 n復合管的主要參數是等效電流放大系效復合管的主要參數是等效電流放大系效和等效和等效輸入電阻輸入電阻rbe。n由上圖四種接法的復合管各極電流關系可以推由上圖四種接法的復合管各極電流關系可以推出：復合管的等效電流放大系數是兩管電流放出：復合管的等效電流放大系數

26、是兩管電流放大系數的乘積，即大系數的乘積，即12。n（a a）(b)(b)兩種接法的復合管中，兩種接法的復合管中，T T1 1管是共集電極管是共集電極組態，組態，而而r rbe2be2是是T T1 1管的射極電阻，所以復合管等管的射極電阻，所以復合管等效輸入電阻為效輸入電阻為r rbebe= r= rbe1be1 + +（1+1+）r rbe2be2，。，。 n （c）(d)兩種接法的復合管中兩種接法的復合管中, rbe= rbe1。 5.3 集成運算放大器集成運算放大器一一. 集成運算放大器組成集成運算放大器組成 輸輸入入級級輸輸出出級級偏置電路偏置電路中中間間級級UiUo集成電路集成電路運

27、算放大器框圖運算放大器框圖二二. 集成運算放大器的主要參數集成運算放大器的主要參數1開環差模電壓放大倍數開環差模電壓放大倍數Aod 是指集成運放工作在線性區，接入規定的負載，無負反是指集成運放工作在線性區，接入規定的負載，無負反饋情況下的直流差模電壓放大倍數。饋情況下的直流差模電壓放大倍數。2最大輸出電壓最大輸出電壓Uop-p 最大輸出電壓是指在額定的電壓下，集成運放的最大不最大輸出電壓是指在額定的電壓下，集成運放的最大不失真輸出電壓的峰一峰值。失真輸出電壓的峰一峰值。用集成運放的傳輸特性曲線用集成運放的傳輸特性曲線表示表示Uop-p的的 影響。影響。3最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓Uid

28、max 所指的是集成運放的反相和所指的是集成運放的反相和 同相輸入端所能承受的最大同相輸入端所能承受的最大 電壓值。電壓值。4最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓Uic max 這是指運放所能承受的最大這是指運放所能承受的最大 共模輸入電壓。共模輸入電壓。UoUidUOM= Uop- p/ 2- -UOM0線性區線性區三三. 集成運算放大器的低頻等效電路集成運算放大器的低頻等效電路1.1.低頻等效電路低頻等效電路n集成運放作為完整的獨立集成運放作為完整的獨立器件，只畫出三個信號端，器件，只畫出三個信號端，即即2 2個輸入端，個輸入端，1 1個輸出端。個輸出端。n因為輸入因為輸入ui1與輸出與輸出u

29、o反相，反相，所以稱所以稱u-端為反相輸入端。端為反相輸入端。而輸入而輸入ui2 與電壓與電壓uo同相，同相，所以稱所以稱 u+端為同相輸入端。端為同相輸入端。ui稱為凈輸入電壓，稱為凈輸入電壓，ii稱稱為凈輸入電流。為凈輸入電流。u+u- -u0ui+_- - + +A0dUid r0ii2. 集成運算放大器的理想模型集成運算放大器的理想模型理想運算放大器的特點是：理想運算放大器的特點是：開環電壓放大倍數為無窮大開環電壓放大倍數為無窮大Au；輸入電阻為無窮大輸入電阻為無窮大ri；輸出電阻為零輸出電阻為零ro=0，共模抑制比無窮大共模抑制比無窮大KCMR；。；。3. 線性應用的兩個重要概念線性

30、應用的兩個重要概念由于由于uo有限，如果有限，如果Au，則，則ui=u+u-0；兩輸入端；兩輸入端的電位相等，好象短接了一樣，這一概念稱之為的電位相等，好象短接了一樣，這一概念稱之為“虛虛短短”。即。即u+u- 由于由于ui=0，而，而ri ，故凈輸入電流，故凈輸入電流ii 0 ，輸入端好，輸入端好象斷開了一樣，但又不是真正的斷開，這一概念稱之象斷開了一樣，但又不是真正的斷開，這一概念稱之為為“虛斷虛斷”。即。即ii0 5.4 集成電路運算放大器的應用集成電路運算放大器的應用 “虛短虛短” 和和“虛斷虛斷”的概念是分析集成運算放大器的概念是分析集成運算放大器線性應用的理論根據線性應用的理論根據

31、。一一. 比例運算電路比例運算電路n對輸入信號實現比例運算的電路稱比例運算電路。根據對輸入信號實現比例運算的電路稱比例運算電路。根據輸入信號端鈕不同，比例運算電路可分為反相比例運算輸入信號端鈕不同，比例運算電路可分為反相比例運算電路和同相比例運算電路。電路和同相比例運算電路。1. 反相比例運算電路反相比例運算電路反相比例運算電路圖反相比例運算電路圖ii= ii - if 0, ii = ifu+= u0， u-端稱為端稱為“虛虛地地”。1iiRui FofRuiiFouRRu11RRuuAFioufrif=ui /ii=R1 r0=0 反相比例運算電路的反相比例運算電路的特點：特點：存在存在“

32、虛地虛地”，共摸輸入分量近似為零。，共摸輸入分量近似為零。u0與與ui成比例關系成比例關系,相位相反相位相反,比值是比值是RF/R1與運算放大與運算放大器本身的參數無關，其精度和穩定性都很高。器本身的參數無關，其精度和穩定性都很高。可以進行可以進行y=ax的運算，運算式中的系數的運算，運算式中的系數a0。當。當R1=Rf時，時，uo=ui，此電路稱為反相器。，此電路稱為反相器。 由于集成運放的開環放大倍數非常大，需要引入負反由于集成運放的開環放大倍數非常大，需要引入負反饋，且是深度負反饋。電路中引入的是并聯電壓負反饋，且是深度負反饋。電路中引入的是并聯電壓負反饋。饋。R2為平衡電阻，為保證集成

33、運算放大器第一級差動放為平衡電阻，為保證集成運算放大器第一級差動放大電路中結構的對稱性，應選擇大電路中結構的對稱性，應選擇R2=R1/Rf。 2. 2. 同相比例運算電路同相比例運算電路ii=0, 有有 ii=if u-= u+=ui ,有有FofRuuiFoRuuRu11RuiiuRRuFo)(1111RRuuAFioufi1F1Fou)RR1(u)RR1(u同相輸入運算電路同相輸入運算電路特點特點：u-=u+=ui，引入共摸輸入信號，要求引入共摸輸入信號，要求CMRR大。大。u0與與u+成比例關系成比例關系,相位相同相位相同,比值是比值是(1+RF/R1)1與運與運算放大器本身的參數無關，

34、其精度和穩定性都較高。算放大器本身的參數無關，其精度和穩定性都較高。當當R1或或Rf=0時，時，Auf=1，此時稱為跟隨器。，此時稱為跟隨器。同相比例運算電路可以進行同相比例運算電路可以進行y=ax的運算，且運算式中的運算，且運算式中的系數的系數a1。電路中引入了電路中引入了深度串聯深度串聯電壓負反饋，電壓負反饋，故同相輸入運算故同相輸入運算電路的閉環輸入電阻和輸出電阻為電路的閉環輸入電阻和輸出電阻為 rif=ui/ii ， ro=0 R2為平衡電阻，為平衡電阻，R2=R1/Rf，作用與反相輸入運算電路，作用與反相輸入運算電路相同相同 二二. 加法運算電路加法運算電路 1. 反相加法運算電路反

35、相加法運算電路 ii=0， u+= u- 0 i i1 + i i2 + i i3 = i fFoiiiRuRuRuRu133122111)(313212111iFiFiFouRRuRRuRRun特點：特點：只調整某一路的只調整某一路的Ri，就可改變該路的比例系數。，就可改變該路的比例系數。平衡電阻：平衡電阻：R2 = R11 / R12 / R13 / RF反相反相求和求和電路可以實現如下運算：電路可以實現如下運算： y = - -(a0 x0+ a1 x1.+an x2), an0 2. 同相加法運算電路同相加法運算電路利用同相比例公式有：利用同相比例公式有：）（得：得：2i21i3321

36、F1ouRuRRR1RRRu221323iiiuuuRRRu）（）（2213321iiuRuRRRuRRuFo)(11)()/)(32213211RuRuRRRRiiF特點特點：可以進行可以進行y = ( a1 x1+a2 x2 + an xn), an0若改變某一路的輸入電阻，將影響輸出表達式所若改變某一路的輸入電阻，將影響輸出表達式所有系數項，與反相有系數項，與反相求和求和電路比較，同相電路比較，同相求和求和電路電路調試比較麻煩。調試比較麻煩。引入共摸輸入分量，使同相引入共摸輸入分量，使同相求和求和電路的應用受到電路的應用受到限制。限制。三三. 減法運算電路減法運算電路 采用雙端輸入可實現

37、減法運算。采用雙端輸入可實現減法運算。 n因運放工作在線性區，可應因運放工作在線性區，可應用疊加原理。用疊加原理。11223211iFiFooouRRRuRRRRuuu )/)(ui1單獨作用時單獨作用時1i1FouRRuui2單獨作用時單獨作用時22321322311111RuRRRRRRuRRRuRRuiFiFFo)/)()()( 特點特點：可以進行可以進行y=a1x1a2x2的運算，故又稱減法運算的運算，故又稱減法運算電路。電路。 若改變某一路的輸入電阻，將影響輸出表達式所若改變某一路的輸入電阻，將影響輸出表達式所有系數項，與反相有系數項，與反相求和求和電路比較，同相電路比較，同相求和求

38、和電路電路調試比較麻煩。調試比較麻煩。當當: RF/R1=R3/R2 ，則則uo= RF/R1(ui2-ui1);當當: RF = R1時，時， 得：得：uo = ui2 ui1同樣存在共模輸入電壓，所以，影響其運算精度同樣存在共模輸入電壓，所以，影響其運算精度的因素與同相輸入運算放大電路完全相同。的因素與同相輸入運算放大電路完全相同。 四四. 積分電路與微分電路積分電路與微分電路1. 積分電路積分電路 i1 = if ；u-=u+=0 if =ui / R1dtiCuufFco1dtuCRiF11若若ui為圖中所示電壓，為圖中所示電壓，uc(0)=0,則則t0, uo uoL 時，時，uoL

39、0 tuotRCEEdtRCuFFo1當當uo=uoL時，積分作用停止。時，積分作用停止。2. 2. 微分電路微分電路 i1 = if ；u-=u+=0FofRuidtduCic11icuu FiRudtduC01dtduCRuiFo1當輸入信號為一系列方當輸入信號為一系列方波時，微分電路可將方波時，微分電路可將方波變成尖頂波。波變成尖頂波。 五五. 測量放大器測量放大器n根據根據u-=u+，ii=0，對于，對于A1、A2有有 UB=Ui1 UC=Ui2 RUURUUIIIiiCB2121)()(2121iiADUURRRIU)()(12121iiADfOUUUURRU特點特點：當輸入電壓當輸

40、入電壓Ui1、Ui2不變時，調節不變時，調節便可調整輸便可調整輸出電壓出電壓UO。此電路具有非常高的輸入電阻，對被測量的影此電路具有非常高的輸入電阻，對被測量的影響很小。響很小。當電路其它參數一定時，輸出電壓正比于當電路其它參數一定時，輸出電壓正比于Ui1與與Ui2的差值。的差值。六六. 電壓比較器電壓比較器n電壓比較器是用來判斷輸入電壓和基準電壓之間數值大小電壓比較器是用來判斷輸入電壓和基準電壓之間數值大小的電路。通常由集成運算放大器組成。的電路。通常由集成運算放大器組成。n作為電壓比較器時，集成運放工作在開環狀態。由于其自作為電壓比較器時，集成運放工作在開環狀態。由于其自身的電壓放大倍數很

41、大，只要有微小的凈輸入電壓就足以身的電壓放大倍數很大，只要有微小的凈輸入電壓就足以使集成運放處于飽和工作狀態，所以它的輸出只有兩種可使集成運放處于飽和工作狀態，所以它的輸出只有兩種可能：當能：當u+u-時，輸出高電位時，輸出高電位UOH，其極性為正，數值接，其極性為正，數值接近正電源電壓值；當近正電源電壓值；當u+u-時，輸出低電位時，輸出低電位UOL，其極性，其極性為負，數值接近負電源電壓值。為負，數值接近負電源電壓值。n工作時，電壓比較器的一個輸入端輸入基準電壓工作時，電壓比較器的一個輸入端輸入基準電壓UB，另一，另一端則輸入要與基準電壓進行比較的電壓端則輸入要與基準電壓進行比較的電壓ui

42、。n電壓比較器廣泛應用于數字儀表、模電壓比較器廣泛應用于數字儀表、模/數轉換、自動檢測、數轉換、自動檢測、自動控制、波形變換等方面。自動控制、波形變換等方面。 1. 單門限電壓比較器單門限電壓比較器1）過零電壓比較器過零電壓比較器 u+ =UB=0，u-=ui當當ui0時，時，uo=UOH，當，當ui0時，時，uo=UOL。n設輸入電壓設輸入電壓ui=Umsint，電壓，電壓比較器將輸入的連續變化量比較器將輸入的連續變化量（模擬量）變成躍變的矩形波（模擬量）變成躍變的矩形波（數字量）輸出。（數字量）輸出。n從電壓比較器的工作原理可以從電壓比較器的工作原理可以看出，輸出電壓的大小僅與輸看出，輸出

43、電壓的大小僅與輸入電壓的大小有關，而與輸入入電壓的大小有關，而與輸入電壓的波形無關。電壓的波形無關。 2） 非零電壓比較器非零電壓比較器 u+ =UB，u-=ui ，當當ui UB時，時，uo=UOH，當，當ui UB時，時，uo=UOL。n單門限電壓比較器具有結構簡單，靈敏度高等優點。單門限電壓比較器具有結構簡單，靈敏度高等優點。n此類比較器設置了一個門限此類比較器設置了一個門限UB ，不管輸入電壓增加還，不管輸入電壓增加還是減小是減小,經過此門限時，電路都要產生動作，因此這類比經過此門限時，電路都要產生動作，因此這類比較器的抗干擾能力差。為了克服這一缺點，實際應用中較器的抗干擾能力差。為了

44、克服這一缺點，實際應用中常采用多門限電壓比較器。常采用多門限電壓比較器。 2. 遲滯比較器遲滯比較器 遲滯比較器在結構上引入了正反饋，這樣遲滯比較器在結構上引入了正反饋，這樣不僅加快了輸出電壓的翻轉過程，而且還給電不僅加快了輸出電壓的翻轉過程，而且還給電路提供了兩個不同極性的參考電壓，即設置兩路提供了兩個不同極性的參考電壓，即設置兩個門限值，使輸入電壓增加時的門限值與輸入個門限值，使輸入電壓增加時的門限值與輸入電壓減小時的門限值不同，電路只對某一個方電壓減小時的門限值不同，電路只對某一個方向變化的電壓敏感，將雙向敏感改為單向敏感，向變化的電壓敏感，將雙向敏感改為單向敏感，產生回環，提高電路的抗

45、干擾能力。產生回環，提高電路的抗干擾能力。 1 1）反相輸入遲滯比較器）反相輸入遲滯比較器 工作在非線性放大區，工作在非線性放大區，uo=UZ， u+=u-= UB=uoR2 /(R2+R3) = UZR2 /(R2+R3)= ui (門限值門限值 )。設設ui很小，很小，uo輸出高電位輸出高電位UOH=+UZ，此時參考電位此時參考電位UB+= UZR2 /(R2+R3) ，隨著隨著ui增加，只要增加，只要uiUB+時，時， uo由由UoH躍變到躍變到UoL=-UZ，參考電壓也躍變為，參考電壓也躍變為UB-=-UZR2 /(R2+R3)，隨后，只要，隨后，只要ui UB- ， uo保持保持Uo

46、L=-UZ不變；不變；當當uiUB-時，時， 電路回到過程電路回到過程。當當電路電路uo發生變化時，發生變化時， u+=u-=UB所所對應的輸入電壓值為門限值。對應的輸入電壓值為門限值。2 2）同相輸入遲滯比較器）同相輸入遲滯比較器 u-=u+=0 ，u+=uiR3 /(R2+R3)+ UZR2 /(R2+R3) ，電路電路uo發生變化時，發生變化時， u+=u-=0，對應的輸入電壓，對應的輸入電壓門限值門限值ui= -UZR2 /R3 和和UZR2 /R3 。n當當ui增加時，只要增加時，只要uiUZR2 /R3 ，u+u-=0，uo=-UZ，只只有當有當ui UZR2 /R3時，輸出電時，輸出電壓躍變為壓躍變為uo=UZ；n當當ui減小時，只要減小時，只要ui- -UZR2 /R3 ， u+u-=0，uo=+UZ，只有當只有當ui- -UZR2 /R3時，輸出時，輸出電壓躍變為電壓躍變為uo=-UZ 。n遲滯比較器可以提高抗干擾遲滯比較器可以提高抗干擾能力，但電路靈敏度降低。能力，但電路靈敏度降低。 3. 窗口比較器窗口比較器 前述比較器在前述比較器在ui單方向變化時，單方向變化時，uo僅發生一次躍變，如果僅發生一次躍變，如果需要需要ui單方向變化單方向