（１）集成運放內(nèi)部電路的組成集成運放內(nèi)部組成框圖如圖5-1所示。

圖5-1集成運放內(nèi)部組成框圖第一頁，共59頁。第一頁，共59頁。①輸入級輸入級又稱前置級，它往往是一個雙端輸入的高性能差分放大電路。一般要求其輸入電阻高，差模放大倍數(shù)大，抑制共模信號的能力強，靜態(tài)電流小。②中間級中間級是整個放大電路的主要放大電路。其作用是使集成運放具有較強的放大能力，多采用共射（或共源）放大電路。而且為了提高電壓放大倍數(shù)，經(jīng)常采用復合管做放大管，以恒流源作集電極負載。其電壓放大倍數(shù)可達千倍以上。③輸出級輸出級具有輸出電壓線性范圍寬，輸出電阻?。磶ж撦d能力強），非線性失真小等優(yōu)點。多采用互補對稱發(fā)射極輸出電路。第二頁，共59頁。第二頁，共59頁。

④偏置電路偏置電路用于設(shè)置集成運放各級放大電路的靜態(tài)工作點。與分立元件不同，集成運放多采用電流源電路為各級提供合適的集電極（或發(fā)射極、漏極）靜態(tài)工作電流，從而確定了合適的靜態(tài)工作點。集成運放的電路符號如圖5-2所示。圖(a)為國外常用符號，圖(b)為我國常用符號。

第三頁，共59頁。第三頁，共59頁。圖5-2集成運放的符號第四頁，共59頁。第四頁，共59頁。2.集成運放的主要參數(shù)

(1)傳輸特性參數(shù)

①開環(huán)差模增益Aud

在集成運放無外加反饋時的直流差模放大倍數(shù)稱為開環(huán)差模增益。②共模抑制比KCMR

共模抑制比等于差模放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比的絕對值，③

差模輸入電阻Rid

集成運放在輸入差模信號時的輸入電阻。

④

輸出電阻Ro

集成運放開環(huán)狀態(tài)下的輸出電阻。第五頁，共59頁。第五頁，共59頁。(2)直流參數(shù)①輸入失調(diào)電壓UIO及其溫漂dUIO/dT理想集成運放，當輸入為零時，輸出也為零。但實際集成運放的差分輸入級不易做到完全對稱，在輸入為零時，輸出電壓可能不為零。為使其輸出為零，人為的在輸入端加一補償電壓，稱此補償電壓為輸入失調(diào)電壓，用UIO表示。②輸入失調(diào)電流IIO及其溫漂dIIO/dT集成運放在常溫下，當輸出電壓為零時，兩輸入端的靜態(tài)電流之差，稱為輸入失調(diào)電流，用IIO表示，(3)輸出信號的響應參數(shù)

在書的95頁，不再列出。第六頁，共59頁。第六頁，共59頁。5.2集成運算放大電路的應用1.集成運放的分析方法(1)集成運放的理想化參數(shù)是：

①開環(huán)差模增益（放大倍數(shù)）Aud=∞

；

②差模輸入電阻Rid=∞

；

③輸出電阻Ro=0；

④共模抑制比KCMR=∞

；第七頁，共59頁。第七頁，共59頁。(2)兩條重要結(jié)論

①理想集成運放兩輸入端的凈輸入電壓等于零。即

②理想集成運放的兩輸入端電流均為零。即通常稱為“虛短路”

通常稱為“虛斷路”

第八頁，共59頁。第八頁，共59頁。圖5-3集成運放引入反饋

為了保證集成運放工作在線性區(qū)，需要在電路中引入負反饋。如圖5-3所示。第九頁，共59頁。第九頁，共59頁。2.基本運算電路（1）比例運算電路①

反相比例運算電路

反相比例運算電路如圖5-4所示。根據(jù)兩條重要結(jié)論，分析可得：

整理得：圖5-4反相比例運算NN電路第十頁，共59頁。第十頁，共59頁。因為電路引入了深度電壓負反饋，所以輸出電阻很?。≧o≈0），電路帶負載后運算關(guān)系不變。因為從電路輸入端和地之間看進去的等效電阻等于輸入端和虛地之間看進去的等效電阻，所以輸入電阻

Rif=R1

uo與uI成比例關(guān)系，比例系數(shù)為-Rf/R，負號表示uo與uI反相，比例系數(shù)的數(shù)值可以是大于，等于或小于1的任何值第十一頁，共59頁。第十一頁，共59頁。②同相比例運算電路同相比例運算電路如圖5-5所示，輸入信號由同相端輸入，反相端經(jīng)電阻R1接地，在輸出端與反相端間有反饋電阻Rf，引入電壓串聯(lián)負反饋。

圖5-5同相比例運算電路

第十二頁，共59頁。第十二頁，共59頁。

根據(jù)理想集成運放的兩條重要結(jié)論，利用“虛短路”和“虛斷路”的概念，有：將uN=up=uI

代入上式：第十三頁，共59頁。第十三頁，共59頁。

在圖4-15電路中，若Rf=0，R1=∞（斷開R1）則有uO=uI，這說明電路起到了電壓跟隨的作用，故稱為電壓跟隨器，如圖5-6所示圖5-6電壓跟隨器

第十四頁，共59頁。第十四頁，共59頁。(2)加法運算電路

①反相加法運算電路反相加法運算電路如圖5-7所示。兩個輸入信號均作用于集成運放的反相輸入端。

根據(jù)分析電路的兩條重要結(jié)論，并利于“虛短”和“虛斷”的概念，有

式中負號是因為在反相端輸入所引起的。若R1=R2=Rf，則輸出電壓的表達式變?yōu)?/p>

uo=-(uI1+uI2) 圖5-7反相加法運算電路

第十五頁，共59頁。第十五頁，共59頁。

②同相加法電路

同相加法電路圖5-8所示電路即為。兩個信號uI1

、uI2同時加到同相輸入端，反相輸入端外接電阻R接地，電阻Rf引回電壓串聯(lián)負反饋。

圖5-8

同相加法運算電路

第十六頁，共59頁。第十六頁，共59頁。運用疊加原理，根據(jù)兩條重要結(jié)論，可求得若R1=R2=R3

，則

第十七頁，共59頁。第十七頁，共59頁。

【例5-1】電路如圖5-9所示。設(shè)A為理想集成運放，R1=10kΩ，Rf=100kΩ。試求：輸出電壓uO與輸入電壓uI之間的關(guān)系，并說明該電路實現(xiàn)了什么運算功能。

圖5-9

例5-1的圖

第十八頁，共59頁。第十八頁，共59頁。解根據(jù)理想集成運放的兩條結(jié)論，利用“虛短”和“虛斷”的概念，有：uN=up=uI，

iI=0則

：

由此可知該電路實現(xiàn)了同相比例運算功能。

第十九頁，共59頁。第十九頁，共59頁?！纠?-2】電路如圖5-10所示，已知A1、A2均為理想集成運放，R1=20kΩ，R2=10kΩ，R3=50kΩ，Rf1=Rf2＝100kΩ。試求輸出電壓uO與輸入電壓uI1、uI2之間的關(guān)系，并說明該電路實現(xiàn)了什么運算功能。

圖5-10

例

5-2的圖

第二十頁，共59頁。第二十頁，共59頁。解

A1構(gòu)成一個反相加法電路，其輸出電壓uO與兩輸入電壓uI1，uI2的反相和成正比。即而A2構(gòu)成一反相比例運算電路，則uO與的關(guān)系為：故有

該電路實現(xiàn)了同相比例加法運算功能。

第二十一頁，共59頁。第二十一頁，共59頁。（3）減法運算電路①利用差分電路以實現(xiàn)減法運算圖5-11所示電路為一減法運算電路。兩個輸入信號分別加到集成運放的反相輸入端和同相輸入端，相當于差分輸入方式。

圖5-11減法運算電路

第二十二頁，共59頁。第二十二頁，共59頁。

利用“虛短路”和“虛斷路”的概念，有：

整理得：

如果選取電阻值滿足Rf//R1=R3//R2的關(guān)系，輸出電壓可簡化為：

當R1=R2時，則有：即輸出電壓u0與兩輸入電壓uI之差（uI2-uI1）成比例，故稱減法電路

第二十三頁，共59頁。第二十三頁，共59頁。②利用反相信號求和以實現(xiàn)減法運算

圖5-12用加法電路構(gòu)成減法電路

電路如圖5-12所示。第一級為反相比例運算電路，第二級為反相加法電路。

第二十四頁，共59頁。第二十四頁，共59頁。若Rf1=R1，則uO1=-uI；第二級為反相加法電路，可導出

若R2=Rf2時，則：

反相輸入結(jié)構(gòu)的減法電路，由于出現(xiàn)“虛地”，放大電路沒有共模信號，故允許uI1、uI2的共模電壓范圍較大，但輸入阻抗較低。

第二十五頁，共59頁。第二十五頁，共59頁?！纠?-3】設(shè)計一個運算電路，要求輸出電壓和輸入電壓的運算關(guān)系式為uO=5uI2－10uI1。解

根據(jù)已知的運算關(guān)系式可以知道，當采用單個集成運放構(gòu)成電路時，uI2應接同相輸入端，而uI1應接反相輸入端，如圖5-13所示。圖5-13

例5-3圖

第二十六頁，共59頁。第二十六頁，共59頁。具體參數(shù)計算如下：選取Rf=100kΩ，若R2//R3=R1//Rf，則因為，故R2=20kΩ；又因為，故R1=10kΩ，所以：第二十七頁，共59頁。第二十七頁，共59頁。（4）積分電路

積分電路如圖5-14所示。

圖5-14

積分電路

第二十八頁，共59頁。第二十八頁，共59頁。

利用“虛地”和“虛斷”的概念：uN=0，iI=0，因此有i1=i2

，電容C就以電流i2=uI/R進行充電。假設(shè)電容C初始電壓為零，則：或

上式表明，輸出電壓uO為輸入電壓uI對時間的積分，所以稱為積分電路。負號表示它們在相位上是相反的。

第二十九頁，共59頁。第二十九頁，共59頁。（5）微分電路

將圖5-14積分電路中的電阻和電容元件對換位置，并選取比較小的時間常數(shù)RC，便得圖5-15所示的微分電路。

圖5-15微分電路

第三十頁，共59頁。第三十頁，共59頁。

在這個電路中，同樣存在“虛地”即uN=0；“虛斷”，即iI=0，故i1=i2。設(shè)t=0時，電容器C的初始電壓uC=0，當接入信號電壓uI后，便有

從而得：

上式表明，輸出電壓uO與輸入電壓uI的微分成正比，該電路實現(xiàn)了對輸入信號求微分的運算，故稱之為微分電路。第三十一頁，共59頁。第三十一頁，共59頁。5.3.1電壓比較器 電壓比較器簡稱比較器，其基本功能是對兩個輸入電壓進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高電平或低電平，據(jù)此來判斷輸入信號的大小和極性。電壓比較器常用于自動控制、波形產(chǎn)生與變換，模擬轉(zhuǎn)換以及越限報警等許多場合。5.3集成運放的非線性應用第三十二頁，共59頁。第三十二頁，共59頁。 電壓比較器通常由集成運放構(gòu)成，與前面章節(jié)不同的是，比較器中的集成運放大多處于開環(huán)或正反饋狀態(tài)。只要在兩個輸入端加一個很小的信號，運放就會進入非線性區(qū)，屬于集成運放的非線性應用范圍。在分析比較器時，虛斷路原則仍成立，虛短及虛地等概念僅在判斷臨界情況時才適應。第三十三頁，共59頁。第三十三頁，共59頁。 比較器可以利用通用集成運放組成，也可以采用專用的集成比較器組件。對它的要求是電壓幅度鑒別的準確性、穩(wěn)定性、輸出電壓反應的快速性以及抗干擾能力等。下面分別介紹幾種比較器。1.電平比較器（過零比較器） 通常用閾值電壓和傳輸特性來描述比較器的工作特性。第三十四頁，共59頁。第三十四頁，共59頁。 有時，為了和后面的電路相連接以適應某種需要，常常希望減小比較器輸出幅度，為此采用穩(wěn)壓管限幅。為了使比較器輸出的正向幅度和負向幅度基本相等，可將雙向擊穿穩(wěn)壓二極管接在電路的輸出端或接在反饋回路中，如圖5.26所示。第三十五頁，共59頁。第三十五頁，共59頁。圖5.26限幅電路及過壓保護電路第三十六頁，共59頁。第三十六頁，共59頁。

為了防止輸出信號過大，損壞集成運放，除了在比較器的輸出回路中串聯(lián)接入電阻外，還可以在集成運放的兩個輸入端之間并聯(lián)兩個相互反接的二極管，如圖5.27所示。第三十七頁，共59頁。第三十七頁，共59頁。圖5.27限幅電路及過壓保護電路第三十八頁，共59頁。第三十八頁，共59頁。2.任意電平比較器（非過零比較器） 將零電平比較器中的接地端改為一個參考電壓UR（高為直流電壓），由于UR的大小和極性均可調(diào)整，電路成為任意電平比較器或稱非過零比較器。第三十九頁，共59頁。第三十九頁，共59頁。 電平電壓比較器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但它的抗干擾能力差。也就是說，如果輸入信號因干擾在閾值附近變化時，輸出電壓將在高、低電平之間反復地跳變，可能使輸出狀態(tài)產(chǎn)生誤動作。為了提高電壓比較器的抗干擾能力，下面介紹有兩個不同閾值的滯回電壓比較器。第四十頁，共59頁。第四十頁，共59頁。3.滯回電壓比較器 滯回電壓比較器又稱施密特觸發(fā)器。這種比較器的特點是當輸入信號ui逐漸增大或逐漸減小時，它有兩個閾值，且不相等，其傳輸特性具有“滯回”曲線的形狀。 滯回比較器也有反相輸入和同相輸入兩種方式。它們的電路及傳輸特性如圖5.31所示。第四十一頁，共59頁。第四十一頁，共59頁。圖5.31滯回比較器及傳輸特性第四十二頁，共59頁。第四十二頁，共59頁。 集成運放輸出端至反相輸入端為開環(huán)。輸出端至同相輸入端引入正反饋，目的是加速輸入狀態(tài)的躍變，使運放經(jīng)過線性區(qū)過渡的時間縮短。UR是某一個固定電壓，改變UR值能改變閾值及回差大小。（1）正向過程（2）負向過程第四十三頁，共59頁。第四十三頁，共59頁。4.窗口電壓比較器 電平比較器和滯回比較器有一個共同特點，即uI單方向變化（正向過程或負向過程）時，uO只跳為一次。只能檢測到一個輸入信號的電平，這種比較器稱為單限比較器。第四十四頁，共59頁。第四十四頁，共59頁。5.4集成運放在應用的實際問題 國內(nèi)外的集成運放種類繁多，應用非常廣泛。除通用型集成運放外，還有很多特殊運放，它們的部分性能比通用型好得多。例如，高輸入阻抗型，主要用作測量放大器、模擬調(diào)節(jié)器、有源濾波器及采樣—保持電路；高精度型，一般用于精密檢測、自控儀表等；高速型，一般用于快速模—數(shù)和數(shù)—模轉(zhuǎn)換器、有源濾波器、精度比較器、高速采樣—保持電路和視頻放大器等要求輸出對輸入響應迅速的情況；低功耗型，一般用于遙測，遙感、生物醫(yī)學和空間技術(shù)等要求能源消耗有限制的場合。第四十五頁，共59頁。第四十五頁，共59頁。

除了根據(jù)用途和要求正確選型之外，為了能達到使用要求和精度，避免在調(diào)試過程中損壞，在調(diào)試使用時還應注意以下問題。第四十六頁，共59頁。第四十六頁，共59頁。1.調(diào)零 失調(diào)電壓、失調(diào)電流的存在，使得實際運放當輸入信號為零時，輸出不為零。為此，有些運放在引腳中設(shè)有調(diào)零端子，接上調(diào)零電位器可調(diào)零。電位器應選用精密的線繞電位器。調(diào)零時，將電路的輸入端接地，調(diào)整電位RP，同時用最低擋直流電壓表測輸出電壓，使輸出電壓為零即可，如圖5.26所示。第四十七頁，共59頁。第四十七頁，共59頁。圖5.26集成運放第四十八頁，共59頁。第四十八頁，共59頁。 有些集成運放沒設(shè)調(diào)零端，例如有些雙運放、四運放就不設(shè)調(diào)零端。為此，使用中可采取輔助調(diào)零的辦法，如圖5.27所示。第四十九頁，共59頁。第四十九頁，共59頁。圖5.27輔助調(diào)零措施第五十頁，共59頁。第五十頁，共59頁。2.消除自激

運放工作時很容易產(chǎn)生自激振蕩，此時用示波器接在輸出端，可看到輸出信號上疊加了波形近似正弦的高頻振蕩，偶爾也有出現(xiàn)低頻振蕩情況。為了消除自激，有些集成運放在內(nèi)部已做了消振電路，有些集成運放則引出