1、第第 6 章章 運算放大器運算放大器6.1 集成運算放大器簡集成運算放大器簡介介6.3 運算放大器負反饋運算放大器負反饋6.2 模擬運算電路模擬運算電路6.4 信號處理電路信號處理電路6.5 正弦波振蕩器正弦波振蕩器第第 6 6 章章 集成運算放大器集成運算放大器分立電路分立電路是由各種單個元件聯接起來的電子電路。是由各種單個元件聯接起來的電子電路。：體積小、重量輕、功耗低、可靠：體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、價格低。性高、價格低。集成電路集成電路是把整個電路的各個元件以及相互之間是把整個電路的各個元件以及相互之間的聯接同時制造在一塊半導體芯片上，組成一個不可的聯接同時制造在一塊半導體芯片

2、上，組成一個不可分的整體。分的整體。按集成度按集成度按導電類型按導電類型按功能按功能小、中、大和超大規模小、中、大和超大規模雙、單極性和兩種兼容雙、單極性和兩種兼容數字和模擬數字和模擬用于模擬運算、信號處理、信號測量、波形轉用于模擬運算、信號處理、信號測量、波形轉換、自動控制等領域。換、自動控制等領域。集成運放是具有很高開環電壓放大倍數的直接集成運放是具有很高開環電壓放大倍數的直接耦合放大器。耦合放大器。本章主要討論分析運算放大器的依據及其在信本章主要討論分析運算放大器的依據及其在信號運算、信號處理、波形產生方面的應用，并介紹號運算、信號處理、波形產生方面的應用，并介紹放大電路中的負反饋。放大

3、電路中的負反饋。輸出端輸出端6.1.1 集成運放的組成集成運放的組成輸入級輸入級 差動放大器差動放大器輸出級輸出級 射極輸出器或互補對稱功率放大器射極輸出器或互補對稱功率放大器偏置電路偏置電路 由鏡像恒流源等電路組成由鏡像恒流源等電路組成偏置偏置電路電路輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級輸入端輸入端6.1 6.1 運算放大器簡單介紹運算放大器簡單介紹集成電路內部結構的特點集成電路內部結構的特點1、電路元件制作在一個芯片上，元件參數偏差、電路元件制作在一個芯片上，元件參數偏差方向一致，溫度均一性好。方向一致，溫度均一性好。2、電阻元件由硅半導體構成，范圍在幾十到、電阻元件由硅半導體構成，范圍在

4、幾十到20千歐，精度低。高阻值電阻用三極管有源元千歐，精度低。高阻值電阻用三極管有源元件代替或外接。件代替或外接。3、幾十、幾十PF以下的小電容用以下的小電容用PN結的結電容構成、結的結電容構成、大電容要外接。大電容要外接。4、二極管一般用三極管的發射結構成。、二極管一般用三極管的發射結構成。輸入級輸入級中間級中間級 輸出級輸出級-UEE+UCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS基本原基本原理框圖理框圖T3T4T5T1T2IS u u反相端反相端同相端同相端uo與與uo反相反相與與uo同相同相-UEE+UCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS

5、要求：要求：輸入級輸入級盡量減小零點漂移盡量減小零點漂移,盡量提高盡量提高KCMRR , 輸入阻抗輸入阻抗 ri盡可能大。盡可能大。-UEE+UCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS輸入級輸入級中間級中間級足夠大的電壓放大倍數足夠大的電壓放大倍數-UEE+UCC uuo u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1T2IS輸入級輸入級中間級中間級 輸出級輸出級主要提高帶負載能力，給出足夠的輸出電流主要提高帶負載能力，給出足夠的輸出電流io ，輸出阻抗，輸出阻抗 ro小。小。運算放大器的符號運算放大器的符號反相反相輸入端輸入端uo+uu +同相同相輸入端輸入端信號傳信號傳

6、輸方向輸方向輸出端輸出端+Auo理想理想運放開環運放開環電壓放大倍數電壓放大倍數實際運放開環實際運放開環電壓放大倍數電壓放大倍數6.1.2 主要參數主要參數1. 最大輸出電壓最大輸出電壓 UOPP2. 開環電壓開環電壓 Auo3. 輸入失調電壓輸入失調電壓 UIO4. 輸入失調電流輸入失調電流 IIO5. 輸入偏置電流輸入偏置電流 IIB6. 共模輸入電壓范圍共模輸入電壓范圍 UICM理想的理想的運算放大器。理想化的主要條件：運算放大器。理想化的主要條件：1. 開環電壓放大倍數開環電壓放大倍數 2. 開環輸入電阻開環輸入電阻3. 開環輸出電阻開環輸出電阻4. 共模抑制比共模抑制比 由于實際運算

7、放大器的技術指標接近理想化條件，由于實際運算放大器的技術指標接近理想化條件，6.1.2 理想運算放大器及其分析依據理想運算放大器及其分析依據 ouA idr0or CMRRK在分析運算放大器的電路時，一般將它看成是在分析運算放大器的電路時，一般將它看成是而用理想運算放大器分析電路可使問題大大簡化，因此而用理想運算放大器分析電路可使問題大大簡化，因此后面對運算放大器的分析都是按其理想化條件進行的。后面對運算放大器的分析都是按其理想化條件進行的。實際運放電壓傳輸特性實際運放電壓傳輸特性6.1.2 理想運算放大器及其分析依據理想運算放大器及其分析依據)(oo uuAuu 表示運算放大器輸出電壓與輸入

8、電壓之間關系的表示運算放大器輸出電壓與輸入電壓之間關系的曲線稱為曲線稱為傳輸特性傳輸特性。uo uuO線性區線性區正飽和區正飽和區 負飽和區負飽和區 若若 Auo = 106 UO(sat) = 15 V則則 UIM = 0.015 mV運放要工作在線性運放要工作在線性區必須有負反饋。區必須有負反饋。uou+u理想運放電壓傳輸特性理想運放電壓傳輸特性6.1.2 理想運算放大器及其分析依據理想運算放大器及其分析依據uo uuo線性區線性區正飽和區正飽和區 負飽和區負飽和區 因為理想運放因為理想運放開環電壓放大倍數開環電壓放大倍數 ouA所以，當所以，當 uu uu(sat)oOUu (sat)o

9、OUu 時，時， uuuo 發生躍變發生躍變uou+u)(oo uuAuu6.1.2 理想運算放大器及其分析依據理想運算放大器及其分析依據)(oo uuAuu0)(oo uAuuu運放工作在線性區的依據運放工作在線性區的依據 相當于兩輸入端之間相當于兩輸入端之間短路短路，但又未真正短路，故，但又未真正短路，故稱稱 “虛短路虛短路” 相當于兩輸入端之間相當于兩輸入端之間斷路斷路，但又未真正斷路，故，但又未真正斷路，故稱稱 “虛斷路虛斷路”。2. id 0 1. u+ u，而，而 uo 是有限值，是有限值，運放開環輸入電阻運放開環輸入電阻 ouA idrid 由于運放由于運放故從式故從式，可知，可

10、知uou+urid6.1.2 理想運算放大器及其分析依據理想運算放大器及其分析依據)(oo uuAuuuo+uu +運放工作在非線性區的依據運放工作在非線性區的依據2. id 0 1. u+ u由于運放工作在非線性區由于運放工作在非線性區rididuo uuO不再成立不再成立非線性區非線性區 非線性區非線性區 所以所以當當 uu uuo(sat)oUu (sat)ooUu 時，時， uuUo 發生躍變發生躍變依然成立依然成立1. .反相輸入反相輸入fiii 0 uu1i1iiRuRuui FFRuRuuioof i1ouRRuF 1iofRRuuAFu FRRR/12 6.2.1 比例運算比例

11、運算由運放工作在線性區的依據由運放工作在線性區的依據可列出可列出由此得出由此得出閉環電壓閉環電壓放大倍數放大倍數平衡電阻平衡電阻iouu 1iof uuAuFRR 1若若則則ifR1R2uoRFiiui+模擬模擬2. .同相輸入同相輸入fiii iuuu 1i1iRuRui FFRuuRuuioiof i1o)1(uRRuF 1iof1RRuuAFu 由運放工作在線性區的依據由運放工作在線性區的依據可列出可列出由此得出由此得出閉環電壓閉環電壓放大倍數放大倍數0 FR1iof uuAu 1R若若則則或或ifR1R2uoRFiiui+6.2.1 6.2.1 比例運算比例運算人有了知識，就會具備各種分析能力，人有了知識，就會具備各種分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，古人說古人說“書中自有黃金屋。書中自有黃金屋。”通過閱讀科技書籍，我們能豐富知識，通過閱讀科技書籍，我們能豐富知識，培養邏輯思維能力；培養