1、第二章集成運放及其基本應用2.2理想運放在線性區常用電路2.3理想運放在非線性區常用電路2.1集成運算放大器7/18/20222.1集成運算放大器集成運算放大器（集成運放、運放）：是由多級直接耦合放大電路組成的高增益模擬集成電路。(a)雙列直插式(b)圓殼式(c)扁平式集成運放的外形：7/18/2022A741外形圖：運放的電路符號：2.1.1 集成運放的電壓傳輸特性同相輸入端反相輸入端輸 出 端7/18/2022正飽和區負飽和區線性區線性區電壓傳輸特性：差模輸入信號：開環電壓放大倍數：Auo非線性區7/18/20222.1.2 理想集成運放及不同工作區的特點理想運放的參數： （1）Auo；

2、（2）輸入電阻Ri ；（3）輸出電阻Ro 0 ；（4）通頻帶fbw 工作在線性區的特點：（1）虛短路uP uN（2）虛斷路iP 0 、 iN 0工作在非線性區的特點：（2）iP 0 、 iN 07/18/2022 例如F007開環時Auo=105, Uom=10V, Uom=+10V, 則差模輸入信號的線性區為-0.1mV+0.1mV。 如果外加負反饋, 使閉環增益Au=100, 則差模輸入信號的線性區為-100mV+100mV。 運放必須加負反饋才可以工作在線性區。 小結：如果運放應用電路中引入了負反饋，則在輸入信號一個較大范圍內，集成運放工作在線性工作區；分析集成運放線性應用電路時，注意應

3、用“虛短”和“虛斷”兩個重要特點。若集成運放工作于開環或正反饋狀態，則運放處于開關狀態，輸出電壓在正、負飽和值之間轉換。注意：不存在 “虛短”現象，仍存在“虛斷”現象。7/18/20222.2理想運放在線性區常用電路2.2.1 基本運算電路1. 比例運算電路2. 加減運算電路3. 積分、微分電路2.2.2 有源濾波電路1. 一階有源低通濾波電路2. 一階有源高通濾波電路3. 帶通濾波電路7/18/20222.2.1基本運算電路1. 比例運算電路1） 同相比例運算電路又由“虛短” 知：uP = uN = uiiN = 0由“虛斷” 知：特點：輸出與輸入同相且成比例輸入電阻很高輸出電阻很低為使兩個

4、輸入端特性對稱，一般取R1 = R2 / Rf 。7/18/2022同相比例運算電路實例：電壓跟隨器由前面的分析可知，當 Rf = 0 或 R2 = 時，有 Au = 17/18/20222） 反相比例運算電路一般取R1 = R2 / Rf由于“虛斷”，iP =iN = 0，uP = 0由于“虛短”， uP = uN = 0“虛地”由 i1 = if ，得求得特點：輸出與輸入反相且成比例輸入電阻等于R2輸出電阻很低若 R2 Rf ，則為單位增益反相器。7/18/2022T型網絡反相比例運算電路聯立方程：u1uN = 0求得：7/18/2022例：若下圖電路中各參數已知，求uo表達式解：這是一個

5、二級放大電路，兩級之間不存在負載效應(若前級的輸出電阻為零，或后級的輸入電阻無窮大，則不存在負載效應），可分別計算各級的放大倍數。有7/18/2022加減運算電路：電路的輸出量反映多個輸入量相加或相減的結果。一般?。河捎凇疤摂唷保琲- = 0所以：i1 + i2 + i3 = iF又因“虛地”，u- = 0所以：當 R1 = R2 = R3 = R 時，2. 加減運算電路1） 加法運算電路反相加法運算電路：7/18/2022由于“虛斷”，i+ = 0，所以：解得：其中：由于“虛短”，u+ = u-同相加法運算電路：7/18/20222） 減法運算電路兩種方案：利用加法電路和反相電路構成減法電路

6、在運放的同相和反相輸入端分別輸入信號，實現減法運算。解得：7/18/2022例：用集成運放實現以下運算關系解：可用以下電路實現7/18/2022比較得：選 RF1 = 20 k，得： R1 = 100 k， R3 = 15.4 k；選 RF2 = 100 k，得： R4 = 100 k， R2 = 10 k。令：取：7/18/20223. 積分、微分運算電路1） 積分運算電路電路的輸出量為輸入量對時間的積分。由于“虛斷”和，“虛地”，有 = RC積分時間常數7/18/2022例：若前述積分電路的輸入電壓為圖示方波，且已知電容的初始電壓為零，求uo的表達式和波形圖。解：7/18/2022tuoO

7、可見，輸出電壓的相位比輸入電壓的相位超前90 。因此，此時積分電路的作用是移相。tuiOUm例：若前述積分電路的輸入電壓為正弦波，求電路的輸出電壓uo。解： 式中K為積分常數。若只考慮uo中的變化分量，則波形如圖所示。7/18/2022由于“虛斷” 和“虛地”，有2） 微分運算電路電路的輸出量為輸入量對時間的微分。積分、微分電路的用途：波形變換、移項、控制電路等。7/18/2022Multisim 虛擬仿真實驗1：反相比例放大器7/18/2022Multisim 虛擬仿真實驗2：同相比例放大器7/18/2022正弦穩態電路中，電路輸出變量的幅值和相位與輸入信號的頻率有關，稱為電路的頻率響應或頻

8、率特性。例如，電壓增益函數（電壓放大倍數）：2.2.2有源濾波電路1.電路頻率特性的一般概念 電路頻率特性函數定義為：7/18/2022例：典型單管共射放大電路的幅頻特性和相頻特性OfflfhBWAum0.707Aum- 90-180-270f0fh ：高頻截止頻率（上限頻率）fl：低頻截止頻率（下限頻率）BW ：通頻帶7/18/2022對數頻率特性曲線（波特圖）對數幅頻特性：f，單位：赫茲,采用對數(lg f )刻度?？v坐標軸：橫坐標軸：單位：分貝(dB)對數相頻特性：f，單位：赫茲,采用對數(lg f )刻度。縱坐標軸：橫坐標軸：，采用線性刻度，單位：弧度 或 度。優點：表示的頻率范圍寬變

9、相乘為相加，作圖方便。7/18/2022作用：選頻。分類：低通濾波器(LPF)、fcfO通阻ffcO通阻flfO通通阻fhfO通阻阻flfh高通濾波器(HPF) 、帶通濾波器(BPF) 、帶阻濾波器(BEF) 。2. 濾波電路的作用和分類7/18/2022 濾波器主要用來濾除信號中無用的頻率成分，例如，有一個較低頻率的信號，其中包含一些較高頻率成分的干擾。濾波過程如圖所示。 有源濾波器實際上是一種具有特定頻率響應的放大器。它是在運算放大器的基礎上增加一些R、C等無源元件而構成的。 7/18/2022無源低通濾波器：電壓放大倍數為截止頻率由對數幅頻特性知，具有“低通”的特性。電路缺點：電壓放大倍

10、數低，只有，且帶負載能力差。解決辦法：利用集成運放與 RC 電路組成有源濾波器。3. 一階有源低通濾波電路fc7/18/2022電壓放大倍數：一階有源低通濾波器：由于“虛斷”，可求得電容電壓為進一步求得：7/18/2022通帶電壓放大倍數：一階有源低通濾波器與無源低通濾波器的頻率特性相似；但通帶電壓放大倍數得到提高，帶負載能力增強。截止頻率：電壓放大倍數：7/18/20224. 一階有源高通濾波電路fc無源高通濾波器：7/18/2022截止頻率：一階有源高通濾波器：電壓放大倍數：通帶電壓放大倍數：7/18/2022帶通濾波器可由一個低通濾波器和一個高通濾波器串聯而成。低通高通f1fO低通ff2

11、O高通阻阻f1f2fO通5. 帶通濾波電路7/18/2022有源帶通濾波器的典型電路：由于“虛斷”和“虛短”，可列出以下3個方程：?。浩渲校?/18/2022中心頻率以上方程聯立，求得電壓放大倍數：電路穩定的條件：Q：品質因數， ：通帶電壓放大倍數可求得通頻帶：7/18/20222.3理想運放在非線性區常用電路2.3.1 單限比較器2.3.2 滯回比較器電壓比較器將模擬量輸入電壓與參考電壓進行比較，輸出只有兩種可能的狀態：高電平或低電平。比較器中的集成運放一般工作在非線性區；處于開環狀態或引入正反饋。分類：過零比較器、單限比較器、滯回比較器及雙限比較器。7/18/20222.3.1單限比較器簡

12、單過零比較器：電壓傳輸特性 Uom +UomuiuoO 當 u+u 時，uo= +Uom u+u 時，uo= Uo m 運放處于開環狀態即 ui0 時，uo = Uo m1. 過零比較器7/18/2022輸出限幅過零比較器：電壓傳輸特性 UZ +UZuiuoO ui0 時，uo = +UZ ui 0 時，uo = UZ輸出端接有兩個背靠背的穩壓管，起正負限幅作用；R為限流電阻，保護運放的輸出級。若輸出端的兩個穩壓管不同，則輸出的正負電壓值不同。7/18/2022電壓傳輸特性 UZ +UZ uiUREF 時，uo = UZ2. 一般單限比較器參考電壓uiuoO UREF uitOUREFOuot +UZ UZt1t27/18/2022uP解：由于“虛斷”，同相端輸入電流為零。例：電路如圖，求電壓傳輸特性曲線。運用疊加定理，求得令uP0，解得門限電壓為電壓傳輸特性 +UZ -UZuiuoO UT uiUT 時， uPUT 時， uP0， uo = +UZ7/18/20222.3.2滯回比較器單限比較器抗干擾能力差，如右圖所示：滯回比較器可提高抗干擾能力，如右圖所示：7/18/2022滯