1、第第3章章 集成運算放大器集成運算放大器3.2 3.2 運算放大器應用電路的分析方法運算放大器應用電路的分析方法3.4 3.4 運算放大器在其他方面的應用運算放大器在其他方面的應用3.1 3.1 集成運算放大器集成運算放大器3.3 3.3 基本運算電路基本運算電路 本章要求本章要求1.1.了解集成運放的基本組成及主要參數的意義。了解集成運放的基本組成及主要參數的意義。2.2.理解運算放大器的電壓傳輸特性，和理想理解運算放大器的電壓傳輸特性，和理想 運算放大器的分析方法。運算放大器的分析方法。3.3.掌握用集成運放組成的比例、加減、微分和掌握用集成運放組成的比例、加減、微分和 積分運算電路的工作

2、原理。積分運算電路的工作原理。4.4.了解運放在線性和非線性方面的其它應用。了解運放在線性和非線性方面的其它應用。 3.1 3.1 集成運算放大器集成運算放大器3.1.13.1.1集成電路概述集成電路概述 集成電路是應用半導體的制造工藝，把整個電路，集成電路是應用半導體的制造工藝，把整個電路，包括晶體管、電阻等元件及聯線都制造在一塊半導體包括晶體管、電阻等元件及聯線都制造在一塊半導體基片上，形成的不可分割的固體快，實現了元件、電基片上，形成的不可分割的固體快，實現了元件、電路和系統的結合。集成電路顯示出許多分立件電路無路和系統的結合。集成電路顯示出許多分立件電路無法比擬的優點，它體積小、重量輕

3、、功耗小、性能好，法比擬的優點，它體積小、重量輕、功耗小、性能好，由于外部引線大為減少，減少了故障，提高了可靠性。由于外部引線大為減少，減少了故障，提高了可靠性。集成電路的分類：集成電路的分類： 按功能集成電路可分為數字集成電路和模擬集成按功能集成電路可分為數字集成電路和模擬集成電路兩大類，本章所講集成運算放大器是模擬集成電電路兩大類，本章所講集成運算放大器是模擬集成電路的一種。在第路的一種。在第5 5章數字電路中，將介紹幾種數字集章數字電路中，將介紹幾種數字集成電路。成電路。集成運算放大器特點：集成運算放大器特點： 集成運算放大器是一種采用多級直接耦合的高放集成運算放大器是一種采用多級直接耦

4、合的高放大倍數的放大電路，它既能放大緩慢變化的直流信號，大倍數的放大電路，它既能放大緩慢變化的直流信號，又能放大交流信號。用運算放大器及其反饋網絡，可又能放大交流信號。用運算放大器及其反饋網絡，可以組成多種運算電路，模擬數學運算，還廣泛用于信以組成多種運算電路，模擬數學運算，還廣泛用于信號處理、波形發生等電路中。號處理、波形發生等電路中。3.1.2 3.1.2 主要技術指標主要技術指標 1.1.開環差模電壓增益開環差模電壓增益 Aod 指無反饋電路時的差模電壓放大倍數。指無反饋電路時的差模電壓放大倍數。 Aod=|Uo / (U+-U-)| ，Aod 愈高，所構成的運算電路越愈高，所構成的運算

5、電路越穩定，運算精度也越高，一般穩定，運算精度也越高，一般Aod很大約為很大約為 104106 , 也用也用 Aod=20lg| UO / (U + -U-)| 表示，約為表示，約為80120db。 2. 差模輸入電阻差模輸入電阻rid rid 一般非常大，在兆歐級一般非常大，在兆歐級 。 3. 輸出電阻輸出電阻ro ro一般很小，為幾十一般很小，為幾十幾百歐姆。幾百歐姆。4.共模抑制比共模抑制比KCMRR KCMRR=|Aod / Aoc| ，式中，式中Aoc為共模放大倍數。為共模放大倍數。KCMRR越大，識別差模信號的能力越強，抑制共模信越大，識別差模信號的能力越強，抑制共模信號的能力越大

6、。也表為號的能力越大。也表為 KCMRR(db)=20lg|Aod /Aoc| 。 5.最大輸出電壓最大輸出電壓Uopp 能使輸出和輸入保持不失真關系的最大輸出電壓能使輸出和輸入保持不失真關系的最大輸出電壓，又稱為飽和電壓。，又稱為飽和電壓。3.2 3.2 運算放大器應用電路的分析方法運算放大器應用電路的分析方法3.2.1 3.2.1 理想運算放大器理想運算放大器 在一般分析計算中，都將集成運算放大器看成理在一般分析計算中，都將集成運算放大器看成理想運算放大器，即將集成運算放大器的各項技術指標想運算放大器，即將集成運算放大器的各項技術指標理想化。即認為：理想化。即認為：理想運算放大器的圖形符號

7、理想運算放大器的圖形符號“u ”為反相輸入端；為反相輸入端；“u ”為同相輸入端；為同相輸入端；“ ”表示開環電壓放大倍數滿足理想化條件；表示開環電壓放大倍數滿足理想化條件； 集成運放一般為集成運放一般為8管腳器件，這里省管腳器件，這里省略了其它引線，而略了其它引線，而只畫出了兩個輸入只畫出了兩個輸入端和一個輸出端，端和一個輸出端，其中：其中：“ ” 表示運放輸入。表示運放輸入。+uouuii 運放的三種工作方式運放的三種工作方式 1 1）當信號從同相輸入端對公共地端輸入時，輸）當信號從同相輸入端對公共地端輸入時，輸出電壓與輸入電壓同相，出電壓與輸入電壓同相，同相輸入方式；同相輸入方式； 2）

8、當信號從反相輸入端對公共地端輸入時，輸）當信號從反相輸入端對公共地端輸入時，輸出電壓與輸入電壓反相，出電壓與輸入電壓反相，反相輸入方式；反相輸入方式； 3）當信號同時從同相輸入端和反相輸入端對公）當信號同時從同相輸入端和反相輸入端對公共地端輸入時，輸出電壓相位由兩個輸入電壓綜合決共地端輸入時，輸出電壓相位由兩個輸入電壓綜合決定，定，差動輸入方式。差動輸入方式。3.2.2 3.2.2 運算放大器的電壓傳輸特性運算放大器的電壓傳輸特性和工作區域和工作區域 輸出電壓輸出電壓u uo o與輸入電壓與輸入電壓( (u u+ +- -u u- -) ) 之間關系的特之間關系的特性曲線性曲線 u uo o=

9、 =f f( (u u+ +- -u u- -) ) ， 稱為電壓傳輸特性。稱為電壓傳輸特性。 u+ u uo +UoppUopp O線性區線性區飽和區飽和區1. 運放工作在線性區的特點運放工作在線性區的特點當當 |uo |Uopp時，輸入電壓和輸出電時，輸入電壓和輸出電壓有線性關系：壓有線性關系： (1）由于開環差模增益）由于開環差模增益 Aod ，而輸出電壓，而輸出電壓uo為有限為有限值，有值，有u+-u-0 ， (2) 由于差模輸入電阻由于差模輸入電阻 rid ,輸入電流約等于輸入電流約等于 0 +uouu+i+i uo = Aod（u+ u) u+ u uoUopp O線性區線性區 +

10、Uopp理想運放工作在線性區有兩個重要理想運放工作在線性區有兩個重要特點：特點：即即 u+=u- 即即 i+=i-0運放工作在線性區的條件是必須引入負反饋：運放工作在線性區的條件是必須引入負反饋： 這是由于，當這是由于，當 |uo |Uopp時，運放工作在線性區，輸入電時，運放工作在線性區，輸入電壓和輸出電壓有線性關系：壓和輸出電壓有線性關系：uo = Aod（u+ u) 由于由于Aod，在無負反饋（開環）情況下，只要，在無負反饋（開環）情況下，只要 u+-u- 有一點點輸入，有一點點輸入，uo就會達到正飽和就會達到正飽和+UOPP 或負飽和或負飽和-UOPP 。由于干擾的影響，很難使運放在開

11、環時工作在線性區。引由于干擾的影響，很難使運放在開環時工作在線性區。引入負反饋，可減少凈輸入電壓入負反饋，可減少凈輸入電壓 u+-u- , 使使uo u 時，時， uo = + Uopp u+t1時，時，uo= -UOPP= -10V。3.3.4 微分運算電路微分運算電路dtduCt dudCiicc11 t dudCRiRuFFi1Fo 因因u-=0, ic = if ,uoificC1uiR2RF+ uitOuotO1. ui=+Uit=0時時很大很大dtduiuo產生較大躍變產生較大躍變隨著電容隨著電容C的充電的充電uo 衰減為衰減為0 微分運算電路微分運算電路tuCRuddi1Fo i

12、fi1uoC1uiR2RF+ uitOuotO2. ui= -UI比例比例-微分運算電路微分運算電路上式表明：輸出電壓是對輸入電壓的比例上式表明：輸出電壓是對輸入電壓的比例-微分微分 控制系統中，控制系統中， PD調節器在調節過程中起加速作調節器在調節過程中起加速作用，即使系統有較快的響應速度和工作穩定性。用，即使系統有較快的響應速度和工作穩定性。fFoiRu CRfiii tuCRuddi11i )dd(i1Fi1FotuCRuRRu uoC1uiR2RF+ R1ifiRiC另一種比例微分電路另一種比例微分電路33113,RiuRuiici dtduCiiiicc 334dtdiCRi333

13、 dtduCRRRuii131 4433RiRiuo dtduCRRRuRRuRRiii1431413 dtduCRRRuRRRii143143 i3i1ii+uoR3uiR2R1+ R4CiCi4ucuitOuotO比例微分電路階躍輸入時的波形比例微分電路階躍輸入時的波形iuRRR143 3.4 運算放大器在其他方面的應用運算放大器在其他方面的應用 運算放大器組成的運算電路工作在線性區，以完成運算放大器組成的運算電路工作在線性區，以完成摸擬信號的數學運算，在電子技術及工業控制中，還有摸擬信號的數學運算，在電子技術及工業控制中，還有許多其他應用。這里例舉一些信號處理、波形發生等應許多其他應用。

14、這里例舉一些信號處理、波形發生等應用電路，在這些電路中，運放有的工作在線性區，有的用電路，在這些電路中，運放有的工作在線性區，有的工作在飽和區。工作在飽和區。3.4.1 電壓比較器電壓比較器電壓比較器用來比較輸入信號與參考電壓的大小。電壓比較器用來比較輸入信號與參考電壓的大小。由此來判斷輸入信號的由此來判斷輸入信號的 大小和極性。大小和極性。電壓比較器的電壓傳輸特性電壓比較器的電壓傳輸特性UZ UZuoRDZURuouiR2+ R1+ 圖中圖中UR為比較電壓，由于運放工為比較電壓，由于運放工作在開環狀態，當作在開環狀態，當ui略大于略大于UR時，時，uo立即變為負飽和值立即變為負飽和值-UOP

15、P，當，當ui略小于略小于UR時，時，uo立即變為正飽和立即變為正飽和值值+UOPP。uiUR時，時，uo=UOPP電壓傳輸特性電壓傳輸特性uiuoO +UOPP UOPPUR(uo)2vuitOOuot 6v 6vt1t2例：設例：設ui為峰值為為峰值為4V，周，周期為期為T=80ms的三角波，的三角波，比較電壓比較電壓UR=2V，穩壓管，穩壓管的穩定電壓的穩定電壓UZ=6V，試，試畫出輸出電壓波形。畫出輸出電壓波形。8040(ms）4v解：解：ui2V時時, uo=UZ=6V， ui+UT , uo= -UZ ,u+= -UT, 電容開始反向充電，電容開始反向充電，uouc00tt-UT+

16、UT+UZ-UZt1t2t3T輸出方波的周期為輸出方波的周期為:)1ln(221RRCRTF 當當 uc=u- -UT ,uo=+UZ 電路產生自激振蕩，輸出方波。電路產生自激振蕩，輸出方波。3.4.4 三角波發生器三角波發生器R3 兩級輸出電壓兩級輸出電壓通過通過R2和和R3反饋到反饋到A1的同相端。的同相端。 uo1通過通過R2產生電壓正產生電壓正反饋。受正反饋影反饋。受正反饋影響，響，uo1輸出方波輸出方波A1為比較器，輸出方波為比較器，輸出方波uo1 ；ZoUu 1A2對方波對方波uo1進行積分，輸出三角波。進行積分，輸出三角波。 dtuRCuoo11ttuo1uo00+UZ+UZ-UZ-UZt1t2t3工作過程：工作過程：電路通電后，電路通電后，uo1和和uo輸出隨機，輸出隨機，設設t=0 時時uo1為正，由于正反饋作為正，由于正反饋作用，很快達到正飽和，用，很快達到正飽和，uo1=+UZ ,A2進行反向積分，進行反向積分，uo下降下降(設設t=0,uo=0), 當當t=t1 時時 uo= -UZ ; 若若R2=R3，則此時兩輸出端反饋到，則此時兩輸出端反饋到A1同相端的電壓之和為同相端的電壓之和為零，只要零，只要uo再下降一點，由于正反饋作用，再下降一點，由于正反饋作用，A1立刻翻轉，立刻翻轉，u