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第七章集成運算放大器的應用7.1集成運放應用基礎7.2運算電路7.3有源濾波電路7.4電壓比較器2

集成運放最早應用于信號的運算，它可對信號完成加、減、乘、除、對數、微分、積分等基本運算，所以稱為運算放大器。

目前集成運放的應用幾乎滲透到電子技術的各個領域，除運算外還可以對信號進行處理、變換和測量，也可用來產生正弦信號和各種非正弦信號，成為電子系統的基本功能單元。本章先介紹運算電路，隨后介紹其它應用。7.1集成運放應用基礎在電路中我們把集成運放作為一個完整的獨立器件來對待。因此，計算、分析時將集成運放用等效電路來代替，由于集成運放主要應用在頻率不高的場合下，所以只討論在低頻時的等效電路。3等效電路uouidu–i+u+uoRidAuduidRoi–u+—同相端輸入電壓u-

—反相端輸入電壓uid

—差模輸入電壓uid=u+

–u

Aud

—開環差模電壓放大倍數

uo=Aud(u+–u

)7.1.1低頻等效電路4開環差模電壓放大倍數Aod=∞；輸入電阻rid=∞，ric=∞；輸出電阻ro=0；輸入偏置電流IB1=IB2=0；共模抑制比KCMRR=∞；7.1.2理想集成運算放大電路

所謂理想集成運放，就是將集成運放的各項技術指標理想化。即：

在分析集成運放構成的應用電路時，將集成運放看成理想運算放大器，可以使分析大大簡化。uid國家標準符號uouid8國際標準符號

由于實際集成運放與理想集成運放比較接近，因此在分析、計算應用電路時，用理想集成運放代替實際集成運放所帶來的誤差并不嚴重，在一般工程計算中是允許的。5uiuo+Uo(sat)

Ao越大，運放的線性范圍越小，必須加負反饋才能使其工作于線性區。7.1.3運算放大器的傳輸特性uo=Auo(u--u+)線性區飽和區-Uo(sat)u+-u-理想特性實際特性u-uo_+

+

u+飽和區

uo=Auo(u+–u

)67.1.4集成運放的線性工作區

放大器的線性工作區是指輸出電壓Uo與輸入電壓Ui成正比時的輸入電壓Ui的取值范圍。記作Ui

min～Ui

max。Uo與Ui成正比,可表示為：1．線性工作區

當集成運放工作在線性區時，作為一個線性放大器件，它的輸入信號和輸出信號之間滿足如下關系：uiuo

線性區uo=Auo(u--u+)u+-u-實際特性UominUomax7

例如：F007開環時Aod=105,UOL=-10V,UOH=+10V：2．開環與閉環的線性范圍則開環時的線性區為：-0.1mV~+0.1mV。

如果外加負反饋,使閉環增益Auf=100,則

由于集成電路的開環放大倍數極大，而輸出電壓為有限值，故其輸入信號的變化范圍很小，上面我們已知，F007的開環輸入信號范圍為±0.1mV。這樣小的線性范圍無法進行線性放大等任務。所以我們說開環的線性范圍太小。

引入負反饋后，F007的閉環輸入信號范圍為±100mV，是其開環時的1000倍。即外加負反饋后，線性范圍擴大的倍數為Aod/Auf，從而滿足實際輸入信號的范圍要求，實現對實際輸入信號的線性放大。8理想運放工作在線性區的條件：電路中有負反饋！

所以：為了能夠利用集成運放對實際輸入信號(它比運放的線性范圍大的多)進行放大，必須外加深度負反饋，使其凈輸入電壓減小，這樣才能使其工作在線性區。這是運放線性應用電路的共同特點。9虛短路—兩點之間的電位差趨近于0，但不等于0，仍然有信號電壓。短路—兩點之間的電壓等于0，輸入端無信號電壓。3．輸入端的“虛短路”

對于理想運放,由于Aod=∞,Uo是有限值,所以當其工作在線性狀態時,由公式可得：U–U+–+UoiIUid

U+=U–這種特性稱為理想運放輸入端的“虛短路”。“虛短”是指在分析運算放大器處于線性狀態時，可把兩輸入端視為等電位。顯然不能將兩輸入端真正短路。開環電壓放大倍數越大，兩輸入端的電位越接近相等。10由于理想運運算放大器的輸入電阻rid=∞，而加到運放輸入端的電壓Uid是有限值，所以有：同理在共模電壓Uic的作用下以上說明理想運放的輸入電流趨于0，該特性稱為理想運放輸入端的“虛開路”特性。4．輸入端的“虛開路”若某一支路中的電流是無窮小量，則該支路就被稱為是“虛開路”。uouidu–i+u+uoRidAuduidRoi–

故通常可把運放的兩輸入端視為開路，且輸入電阻越大，兩輸入端越接近開路。115.理想運放工作在線性區的兩個特點1)

u+

u–(虛短)證：uo=Aud(u+–u–)=Auduidu+–

u–=uo/Aud

02)i+

i–

0(虛斷)證：i+=uid/Rid

0同理i–

0信號的放大、運算有源濾波電路運放線性應用u+=u-和i+=i-=0是理想運放的兩個重要特性，也稱作兩個重要法則。運用這兩個法則將大大地簡化集成運算放大器應用電路的分析，而得到的結果與實際情況相差甚小。uouidu–i+u+uoRidAuduidRoi–12

由于集成運放的開環增益Aod很大，當它工作于開環狀態（即未接深度負反饋）或加有正反饋時，只要有差模信號輸入，哪怕是微小的電壓信號，集成運放都將進入非線性區，其輸出電壓立即達到正向飽和值Uom或負向飽和值Uom。運放的非線性工作區是指其Uo與Ui不成比例時Ui的取值范圍。即在非線性工作區：

Uo≠AudUi7.1.4集成運放的非線性工作區圖理想運放開環連接及其傳輸特性13由該曲線可看出：當U＋>U－時，Uo=UOH

正向飽和當U＋<U－時，Uo=UOL

負向飽和當U＋=U－時，UOL<Uo<UOH

狀態不定。理想運放開環工作時，只有U＋=U－時，才能發生輸出狀態的轉變，其它時刻輸出均保持原狀態不變。由于理想運放的rid=ric=∞，而輸入電壓總是有限值,所以不論輸入電壓是差模信號還是共模信號,流過兩輸入端的電流均為無窮小量,即：

i＋=i－=0u-uo_+

+

u+i+i–14①只要輸入電壓U+與U－不相等，輸出電壓就飽和。因此有：Uo=UoHU+>U-Uo=UoLU+<U-

理想運放工作在非線性區時，有以下兩條特點：②虛斷仍然成立，即：