第7章模擬集成電路

及其應(yīng)用電路本章教學(xué)內(nèi)容27.1集成運(yùn)算放大器概述7.2集成運(yùn)算放大器中的內(nèi)部單元電路7.3集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用7.4集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用7.5模擬集成功率放大器及其應(yīng)用本章概述31959年第一塊集成電路在得克薩斯儀器公司（TI）面世，開創(chuàng)了電子器件與電路（系統(tǒng)）新篇章，在一小塊半導(dǎo)體單晶上，制成多個(gè)二極管、晶體管（場效應(yīng)管）、電阻、電容等元器件，并將它們連接成能夠完成一定功能的電子線路。因此，集成電路是元器件和電路融合成一體的集成組件。這一里程碑的成果獲得了2000年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。集成電路按其功能可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路兩大類。數(shù)字集成電路是用來產(chǎn)生和加工各種數(shù)字信號(hào)的集成電子線路。模擬集成電路是用來產(chǎn)生、放大和處理各種模擬信號(hào)或模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間相互轉(zhuǎn)換的集成電子線路。本章概述（續(xù)1）4模擬集成電路種類很多，集成運(yùn)算放大器是一種最常用的模擬集成電路，它是以差分放大器為主體的非線性集成電路，這種非線性集成電路最初主要用于模擬計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)運(yùn)算功能，所以被稱為集成運(yùn)算放大器。還可用來處理各種模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)放大、振蕩、調(diào)制和解調(diào)、模擬信號(hào)的加、減、乘、除以及比較等功能。集成運(yùn)算放大器還廣泛地應(yīng)用于脈沖電路。模擬集成運(yùn)算放大器的意義已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是“運(yùn)算”。本章概述（續(xù)2）5本章首先對(duì)集成運(yùn)算放大器的外部特性和主要內(nèi)部電路進(jìn)行介紹。然后重點(diǎn)介紹集成運(yùn)算放大器應(yīng)用電路的分析方法，在介紹分析方法的同時(shí)，給出一些典型的集成運(yùn)算放大器應(yīng)用單元電路。本章最后，介紹另一類模擬集成電路——集成功率放大器及其應(yīng)用電路。學(xué)習(xí)本章重點(diǎn)要掌握集成運(yùn)算放大器在應(yīng)用電路中所表現(xiàn)的特性，包括理想化的條件和特征；理解運(yùn)算放大器內(nèi)部電路工作與其外部特性之間的聯(lián)系；線性和非線性應(yīng)用情況下集成運(yùn)算放大器應(yīng)用電路的分析方法。7.1集成運(yùn)算放大器概述6集成電路的分類按功能分?jǐn)?shù)字集成電路：門電路；觸發(fā)器；存儲(chǔ)器；微處理器；…。模擬集成電路線性電路非線性電路按導(dǎo)電類型分雙極型單極型（MOS）混合型

按集成度分小規(guī)模(10~100元件/片)SSI中規(guī)模(100~1000元件/片)MSI大規(guī)模(1000~10萬元件/片)LSI超大規(guī)模(>10萬元件/片)VLSI7.1集成運(yùn)算放大器概述（續(xù)1）7國產(chǎn)集成電路的命名器件的封裝允許工作溫度器件系列和品種代號(hào)器件的類型CF007CS是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)(C－符合，無－非標(biāo)準(zhǔn))

集成電路的特點(diǎn)體積小、重量輕、功耗低、高可靠、低成本。7.1集成運(yùn)算放大器概述（續(xù)2）8

集成運(yùn)算放大器的組成集成運(yùn)算放大器屬線性模擬集成電路，它是多級(jí)直接耦合放大電路組成的、帶有深度負(fù)反饋的、具有極高放大倍數(shù)的一種放大器件。根據(jù)功能，集成運(yùn)算放大器內(nèi)部由五個(gè)部分組成:輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)偏置電路保護(hù)電路同相輸入端反相輸入端輸出端-+直流電源+US

US7.1集成運(yùn)算放大器概述（續(xù)3）9輸入級(jí)：盡量減小零點(diǎn)漂移，盡量提高KCMRR

，輸入阻抗盡可能大。一般采用雙端輸入差分放大電路結(jié)構(gòu)。中間級(jí)：提供足夠大的電壓放大倍數(shù)；同時(shí)把雙端輸入變換為單端輸出。采用共射（源）或共基極電壓放大電路。輸出級(jí)：主要提高帶負(fù)載能力，給出足夠的輸出電流，輸出阻抗小。采用直接耦合推挽功率放大電路。偏置電路：提供直流低電阻、交流高阻抗，給放大電路作為偏置電路，提高放大電路的放大能力和共模抑制能力，采用鏡像恒流源電路。保護(hù)電路：提供過流、過壓保護(hù)，避免電路受到損壞。7.1集成運(yùn)算放大器概述（續(xù)4）10

集成運(yùn)算放大器內(nèi)部組成特點(diǎn)：無電感、無大容量電容、無大阻值電阻、由三極管代替二極管。集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)及器件外形AuoAuou-u+u-u+uououo=Auo(u+-u-)uo=Auo(u+-u-)Auo——開環(huán)電壓放大倍數(shù)反相輸入端同相輸入端輸出端7.1集成運(yùn)算放大器概述（續(xù)5）1187654321-UCC+UCCuou+u-調(diào)零調(diào)零空雙列直插式單運(yùn)放外部引腳（

A741）標(biāo)志7.1集成運(yùn)算放大器概述（續(xù)6）12集成運(yùn)算放大器的主要技術(shù)指標(biāo)差模特性開環(huán)電壓增益Auo：80~140dB（104~107）差模輸入電阻Rid：BJT——>100kW,FET——>109W開環(huán)帶寬BW：0~10kHz（通用型）單位增益帶寬BWG：0~1MHz（通用型）共模特性共模抑制比KCMR：80~120dB 共模輸入電阻Ric：>100MW最大共模輸入電壓或共模電壓輸入范圍7.1集成運(yùn)算放大器概述（續(xù)7）13集成運(yùn)算放大器的主要技術(shù)指標(biāo)(2)輸入誤差特性輸入偏置電流IiB

BJT：10~100nA；FET：1~10pA輸入失調(diào)電壓Uio±(1~10)mV輸入失調(diào)電流Iio0.05~0.1IiB大信號(hào)特性最大輸出電壓UOM

一般比電源電壓低2~4V左右（輸出管飽和電壓）。最大輸出電流IOM

受保護(hù)電路和器件允許功耗限制，通用器件約數(shù)十毫安。最大差模輸入電壓UidM

最大允許輸入差模電壓，受電路結(jié)構(gòu)限制。7.1集成運(yùn)算放大器概述（續(xù)8）14

7.1集成運(yùn)算放大器概述（續(xù)9）15集成運(yùn)算放大器的電壓轉(zhuǎn)移特性u(píng)ou-

-

u+0線性工作范圍正飽和負(fù)飽和Auou-u+uo輸入差模電壓的線性工作范圍很?。ㄐ∮?mV），電壓轉(zhuǎn)移特性要分成三段討論。我們來觀看實(shí)驗(yàn)測試情況。7.1集成運(yùn)算放大器概述（續(xù)10）16運(yùn)算放大器特性仿真測試7.1集成運(yùn)算放大器概述（續(xù)11）17

集成運(yùn)算放大器的等效電路模型線性工作區(qū)Auou-u+uo+u-_+u+_+uo_+Auo(u+-u-)-uou-

-

u+07.1集成運(yùn)算放大器概述（續(xù)12）18集成運(yùn)算放大器的等效電路模型(2)飽和工作區(qū)（非線性）u-u+uoUOMu-u+uo-UOM正飽和負(fù)飽和uou-

-

u+07.1集成運(yùn)算放大器概述（續(xù)13）19理想運(yùn)算放大器的條件與特征理想條件Auo=∞輸入電阻Rid、Ric→∞輸出電阻Ro=0共模抑制比KCMR=∞理想運(yùn)算放大器工作特征u+=u

(虛短)——線性工作區(qū)輸入電流為0，i+=i

=0輸出端呈電壓源特性:線性工作——受控源

飽和工作——恒壓源無共模信號(hào)輸出

理想運(yùn)算放大器電路符號(hào)∞u-u+uoi-i+7.2集成運(yùn)算放大器中的內(nèi)部單元電路20從集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成可見，除了上一章已經(jīng)介紹的輸出功率放大作為輸出級(jí)，其中核心的組成電路是直接耦合的差分放大電路和鏡像電流源偏置電路。這一節(jié)我們對(duì)這兩種電路進(jìn)行分析，所得出的性能指標(biāo)直接影響集成運(yùn)算放大器的性能指標(biāo)。7.2.1差分放大電路21差分放大電路在集成運(yùn)算放大器中充當(dāng)前面幾級(jí)（尤其是第一級(jí)）電壓放大，差分放大電路采用直接耦合，由于其對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，抑制零點(diǎn)漂移效果顯著。典型差分放大器7.2.1差分放大電路（續(xù)1）22+UCCRCRCRB1RB1T1T2uoui1ui2uo1uo2

RB2RB2

差分放大原理電路2.零點(diǎn)漂移的抑制差分電路的工作特點(diǎn)：輸入：T1、T2的基極輸出：T1、T2的集電極零點(diǎn)漂移被完全抑制因?yàn)殡娐返膶?duì)稱性，所以u(píng)CE1=uCE2則uo=uCE1

–uCE2=0對(duì)稱結(jié)構(gòu)、差分輸出。1.電路特點(diǎn)7.2.1差分放大電路（續(xù)2）23差分放大電路對(duì)共模信號(hào)有抑制作用。(1)共模（信號(hào)）輸入兩輸入信號(hào)大小相等極性相同，稱為共模信號(hào)，ui1=ui23.輸入信號(hào)的情況電路中零漂表現(xiàn)為共模信號(hào)，差分放大電路對(duì)其有抑制作用。(2)差模（信號(hào)）輸入在差模輸入信號(hào)的作用下，差分放大電路的輸出電壓為單管放大輸出電壓的兩倍。兩輸入信號(hào)大小相等極性相反，稱為差模信號(hào)，ui1=-ui27.2.1差分放大電路（續(xù)3）24共模差模(3)任意信號(hào)輸入（即非差模，也非共模）ui1、ui2。分析差分放大電路時(shí)，只需考慮共模輸入與差模輸入即可。對(duì)于任意信號(hào)可以分解成這兩種輸入信號(hào)來分析。+UCCRCRCRB1RB1T1T2uoui1ui2uo1uo2

RB2RB2

7.2.1差分放大電路（續(xù)4）25典型的差分放大電路1.長尾電路+UCC-EERC2RC1RB1RB2RET1T2uoui1ui2RP平衡兩個(gè)晶體管，使得輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出也為零。長尾電阻，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。同時(shí)限制每個(gè)管子的漂移范圍，進(jìn)一步減小零點(diǎn)漂移。對(duì)于共模信號(hào)，ui1=ui2

長尾電阻RE對(duì)共模信號(hào)有強(qiáng)烈的抑制作用。對(duì)提高漂移抑制能力有益。7.2.1差分放大電路（續(xù)5）26+UCC-EERC2RC1RB1RB2RET1T2uoui1ui2RP對(duì)于差模信號(hào)，ui1=

ui2

在發(fā)射極長尾電阻上既沒有信號(hào)電流，也沒有信號(hào)電壓！RE對(duì)差模信號(hào)不起反饋?zhàn)饔茫藭r(shí)發(fā)射極電阻等效為短路。發(fā)射極電阻上電流iE=iE1+iE2

=(IE1+ie1)+(IE2-ie2)=IE1+IE2為了消除RE所產(chǎn)生的較大壓降，使兩管發(fā)射極電位基本上接近地電位，獲得合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，需要較大數(shù)值輔助電源EE。不隨信號(hào)變化！7.2.1差分放大電路（續(xù)6）27差分放大電路如圖7-2-2所示，已知，晶體管

=100，UBE=0.7V，RC=6.2k

，RB=3k

，RP=200

，RE=5.6k

，UCC=UEE=12V，負(fù)載電阻RL=6.2k

。試計(jì)算：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)；（2）差模放大性能指標(biāo)：Au、ri、ro。設(shè)微調(diào)電阻RP滑動(dòng)點(diǎn)在中心位置7.2.1差分放大電路（續(xù)7）28靜態(tài)分析7.2.1差分放大電路（續(xù)7）29差模放大性能其中7.2.1差分放大電路（續(xù)8）30從負(fù)反饋的角度看，發(fā)射極電阻RE越大，差分放大電路共模抑制能力越強(qiáng)，但是，RE愈大，要獲得合適的靜態(tài)工作點(diǎn)所需的負(fù)電源|UEE|愈高。為了既能用較小的負(fù)電源

，又能提高共模抑制比，可以用恒流源來代替RE。為了使運(yùn)算放大器在有限級(jí)數(shù)的前提下獲得盡可能大的開環(huán)電壓放大倍數(shù)，根據(jù)上面差分放大電路放大倍數(shù)的計(jì)算公式可知，應(yīng)使用盡可能大的集電極偏置電阻RC，但是，RC愈大，要獲得合適的靜態(tài)工作點(diǎn)所需的正電源UCC也愈高。這對(duì)電路設(shè)計(jì)是不利的。同樣地，利用恒流源器件的高輸出電阻特性，將RC用恒流源替代，既可以保障靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置，又能在信號(hào)通路中呈現(xiàn)極大的電阻值，從而獲得很高的電壓放大倍數(shù)。7.2.1差分放大電路（續(xù)9）31用恒流源電路代替RE和RC的差分放大電路如圖。恒流源IE和恒流源IC保持IE=2IC的關(guān)系。這樣，由于恒流源的恒流作用，T1和T2的集電極電壓uo1和uo2不隨溫度變化，達(dá)到抑制零點(diǎn)漂移的目的，同時(shí)恒流源IC的高輸出電阻Ro（一般可以達(dá)到105

以上）又為獲得高電壓放大倍數(shù)提供了保障。7.2.1差分放大電路（續(xù)10）32差分放大電路的輸入、輸出方式雙端輸入、單端輸出差分放大電路7.2.1差分放大電路（續(xù)11）33差分放大電路的輸入、輸出方式單端輸入、單端輸出差分放大電路7.2.1差分放大電路（續(xù)12）34差分放大電路的輸入、輸出方式單端輸入、雙端輸出差分放大電路7.2.1差分放大電路（續(xù)13）35由于差分放大電路兩邊完全對(duì)稱，因此信號(hào)從任意一邊輸入（另一邊輸入端接地）時(shí)，作用在兩個(gè)管子T1和T2的發(fā)射結(jié)上的電壓仍是一個(gè)差模信號(hào)，即ube1=-ube2，所以與雙端輸入時(shí)一樣，具有電壓放大作用。當(dāng)單端輸出時(shí)，由于輸出只與一個(gè)管子的集電極電壓變化有關(guān)，因此它的輸出電壓變化量uo只有雙端輸出的一半。所以，單端輸出的差模電壓放大倍數(shù)只有雙端輸出的一半：式中（±）取負(fù)號(hào)相對(duì)應(yīng)為從T1集電極輸出，此時(shí)uo與ui的極性相反；取正號(hào)相對(duì)應(yīng)為從T2集電極輸出，此時(shí)uo與ui的極性相同。7.2.2鏡像電流源偏置電路36基本鏡像電流源電路集成運(yùn)算放大器中的電流源偏置電路要求各個(gè)電流源之間保持一定的數(shù)值關(guān)系，以便保障各級(jí)電路獲得正確的偏置。因此，作為偏置電路的電流源電路需要在同一參考電流的基礎(chǔ)上進(jìn)行配置。7.2.2鏡像電流源偏置電路（續(xù)1）37電路中各個(gè)晶體管發(fā)射結(jié)并聯(lián)連接，具有相同的UBE，工藝上，將各個(gè)晶體管的電流放大系數(shù)做得很大，

>>1，那么7.2.2鏡像電流源偏置電路（續(xù)2）38根據(jù)晶體管的制造工藝，在相同的發(fā)射結(jié)電壓下，各晶體管集電極電流大小與晶體管發(fā)射結(jié)的相對(duì)面積A成正比（這里可以理解為，大面積晶體管是由多個(gè)晶體管并聯(lián)而構(gòu)成，所以電流比單個(gè)晶體管大），因此，各個(gè)電流源電流可以通過控制晶體管發(fā)射結(jié)相對(duì)面積得到這一組電流源可以作為差分放大電路的射極偏置電流源。7.2.2鏡像電流源偏置電路（續(xù)3）39采用PNP型晶體管可以構(gòu)成另一組用于集電極偏置的電流源：集電極偏置鏡像電流源電路7.2.2鏡像電流源偏置電路（續(xù)4）407.2.2鏡像電流源偏置電路（續(xù)5）41威爾蓀（Wilson）電流源電路增加一個(gè)晶體管，使各個(gè)并聯(lián)管基本工作在相同的條件下。每一路輸出電流源都是兩個(gè)晶體管輸出端串聯(lián)，具有更高的輸出電阻。7.2.2鏡像電流源偏置電路（續(xù)6）42韋德拉（Widlar）電流源電路每個(gè)晶體管完全按照同一尺寸制造，各管

和IS完全一致，電流源的不同數(shù)值僅通過相應(yīng)地調(diào)整射極串聯(lián)電阻來實(shí)現(xiàn)，可以大大提高集成度，也可使電流源電路性能的一致性得到提高。7.3集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用43集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用線性應(yīng)用

電路結(jié)構(gòu)上存在從輸出端到反相輸入端的負(fù)反饋支路，輸入信號(hào)幅度足夠小，以保證集成運(yùn)算放大器的輸出處于最大輸出電壓的范圍內(nèi)。非線性應(yīng)用

電路結(jié)構(gòu)上，集成運(yùn)算放大器處于開環(huán)（無反饋）或存在從輸出端到同相輸入端的正反饋支路，輸出總是處于飽和狀態(tài)，即輸出在正、負(fù)最大值之間變化。集成運(yùn)算放大器電路分析的方法首先判斷應(yīng)用類型，然后利用理想運(yùn)算放大器的特征對(duì)電路進(jìn)行分析。7.3集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用（續(xù)1）44運(yùn)算放大器線性工作的保障

運(yùn)算放大器的輸出幅度有限（比電源電壓低2~4V左右），而運(yùn)算放大器的開環(huán)電壓增益一般>10000，因此，兩個(gè)輸入端的電壓必須非常接近，才能保障運(yùn)算放大器工作在線性范圍內(nèi)，否則，運(yùn)算放大器將進(jìn)入飽和狀態(tài)。在電路組成時(shí)，一般是靠從輸出端到反相輸入端之間引入負(fù)反饋來強(qiáng)制兩輸入端電壓一致。所以，在運(yùn)算放大器應(yīng)用電路中，負(fù)反饋是判斷是否線性應(yīng)用的主要電路標(biāo)志。線性應(yīng)用的理想運(yùn)算放大器特征(1)u+=u

(虛短)。(2)無輸入電流，i+=i

=0。(3)輸出端呈受控電壓源特性。7.3集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用（續(xù)1）45線性應(yīng)用電路一般結(jié)構(gòu)∞u-u+uoFABi1if其中A、B、F分別為一部分電路（包括信號(hào)源）。分析目的是找出輸出電壓。

線性應(yīng)用電路的分析方法

判斷電路組成是否具有從輸出端引至反相輸入端的“反饋通路”（初步判斷運(yùn)算放大器工作在線性工作區(qū)），若存在，則按下述（線性應(yīng)用電路的）六個(gè)步驟進(jìn)行分析。7.3集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用（續(xù)2）46

集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路的六步分析法第一步.利用i+=0，由B電路求出同輸入端電壓u+第二步.利用u+=u-，確定反相輸入端電壓u-=u+第三步.利用已知電壓u-，由A電路求出電流i1第四步.利用i-=0，求出電流if

=i1第五步.由電路F的特性和u-確定輸出電壓：

uo=u--F(if

)第六步.檢驗(yàn)輸出電壓是否在線性范圍內(nèi)。

|uo|<UOM?∞u-u+uoFABi1if7.3.1比例運(yùn)算電路47反相比例運(yùn)算電路∞uiR1R2Rfuoi1if第一步.∵i+=0∴u+＝0V第二步.u-=u+=0V（虛地）第三步.i1=ui

/R1第四步.∵i-=0，∴if=i1=ui

/R1第五步.R2=R1//Rf分析構(gòu)成要求（R

+=R

-）反相比例第六步.線性工作輸入范圍：平衡偏置電流的影響，又稱為平衡電阻。電路性能參數(shù)：閉環(huán)增益：輸入電阻：輸出電阻：兩個(gè)輸入端輸入電壓均為0，表明電路共模輸入信號(hào)很小，因此，對(duì)運(yùn)算放大器共模抑制的要求不高。根據(jù)反饋的聯(lián)接方式，反相比例電路采用了并聯(lián)電壓負(fù)反饋，因此，電路的輸入電阻受到降低。7.3.1比例運(yùn)算電路（續(xù)1）48同相比例運(yùn)算電路∞uiR1R3Rfuoi1ifR2R2//R3=R1//Rf構(gòu)成要求（R

+=R

-）平衡偏置電流的影響，第一步.∵i+=0∴第二步.第三步.第四步.∵i-=0，∴if

=i1第五步.同相比例第六步.線性工作輸入范圍：應(yīng)用平衡電阻的要求閉環(huán)增益：輸入電阻：輸出電阻：7.3.1比例運(yùn)算電路（續(xù)2）49兩個(gè)輸入端輸入電壓均不為0，表明電路存在共模輸入信號(hào)，因此，對(duì)運(yùn)算放大器有共模抑制的要求。根據(jù)反饋的聯(lián)接方式，同相比例電路采用了串聯(lián)電壓負(fù)反饋。因此，輸入電阻較高?！辵iR1R3Rfuoi1ifR2當(dāng)R1和R3為時(shí)，同相比例運(yùn)算電路構(gòu)成理想電壓跟隨器。7.3.1比例運(yùn)算電路（續(xù)3）50應(yīng)用舉例推導(dǎo)iL

和US

的關(guān)系式，并說明該電路的功能?！遳-=u+=0∴if

=i1=US/R1電路中存在負(fù)反饋通路，可初步判斷運(yùn)放線性工作。USR1R2R3Rfi1ifRLiLFF點(diǎn)電位（即電阻Rf

上電壓）為在F

點(diǎn)應(yīng)用KCL有：電阻RL中電流與電阻值無關(guān)，因此，虛線框內(nèi)電路等效為恒流源。如果負(fù)載電阻RL過大或基準(zhǔn)電源US過大，則線性工作條件可能被破壞，這時(shí)，恒流源特性將不能維持。電路線性工作的條件：7.3.2加法、減法運(yùn)算電路51反相求和電路uoui1ui2R1R2RfR+i1i2ifR+=R

=R1//R2//Rf構(gòu)成要求第一步.∵i+=0∴u+＝0V第二步.u-=u+=0V第三步.i1=ui1

/R1，i2=ui2

/R2第四步.∵i-=0，∴if=i1+i2=ui1

/R1+ui2

/R2第五步.反相加權(quán)求和第六步、線性工作輸入范圍：7.3.2加法、減法運(yùn)算電路（續(xù)1）52反相求和電路(續(xù))uoui1ui2R1R2RfR+i1i2ifR+=R

=R1//R2//Rf當(dāng)R1=R2=R時(shí)，當(dāng)R1=R2=Rf時(shí)，7.3.2加法、減法運(yùn)算電路（續(xù)2）53同相求和電路ui1ui2uoR4R1R2R3Rfi1ifR1||R2||R3=R4||Rf構(gòu)成要求（R+=R-）第一步.∵i+=0∴第二步.第三步.第四步.∵i-=0，∴if=i1第五步.同相加權(quán)求和第六步.線性工作輸入范圍：7.3.2加法、減法運(yùn)算電路（續(xù)3）54同相求和電路ui1ui2uoR4R1R2R3Rfi1ifR1||R2||R3=R4||Rf當(dāng)R1=R2=R時(shí)，當(dāng)R1=R2=Rf時(shí)，7.3.2加法、減法運(yùn)算電路（續(xù)4）55差分求和(減法)電路ui1ui2uoR1R2R3Rfi1ifR2||R3=R1||Rf第一步.∵i+=0∴第二步.第三步.第四步.∵i-=0，∴if=i1第五步.減法運(yùn)算第六步.線性工作輸入范圍：7.3.2加法、減法運(yùn)算電路（續(xù)5）56差分求和(減法)電路ui1ui2uoR1R2R3Rfi1ifR2||R3=R1||Rf當(dāng)Rf=R3=,R1=R2時(shí)，當(dāng)R1=R2=R3=Rf時(shí)，7.3.2加法、減法運(yùn)算電路（續(xù)6）57電路如下圖所示，試求輸出電壓uo1、uo2及uo。A1構(gòu)成反相比例運(yùn)算電路A2構(gòu)成同相加法運(yùn)算電路A3構(gòu)成減法運(yùn)算電路7.3.2加法、減法運(yùn)算電路（續(xù)7）58A1構(gòu)成反相比例運(yùn)算電路i1iF1ioF7.3.2加法、減法運(yùn)算電路（續(xù)8）59A2構(gòu)成同相加法運(yùn)算電路7.3.2加法、減法運(yùn)算電路（續(xù)9）60A3構(gòu)成減法運(yùn)算電路仿真實(shí)驗(yàn)7.3.3微分、積分運(yùn)算電路61基本反相積分電路iRiCui-++RCuoi-R第一步.∵i+=0∴u+=0V第二步.第三步.第四步.∵i-=0，∴iC=iR第五步.反相積分第六步.線性工作范圍確定若輸入直流電壓，電容無初始電壓，則積分時(shí)間間隔應(yīng)滿足積分電路可將方波轉(zhuǎn)換為三角波，也可將正弦波移相-90o7.3.3微分、積分運(yùn)算電路（續(xù)1）62基本微分電路ui－++uoRiciRCi-R第一步.∵i+=0∴u+=0V第二步.第三步.第四步.∵i-=0，∴iR

=iC第五步.反相微分第六步.線性工作范圍確定微分電路可將三角波轉(zhuǎn)換為方波，也可將正弦波移相+90o7.3.3微分、積分運(yùn)算電路（續(xù)3）63電路如圖所示，試求uo與ui1、ui2的關(guān)系式。第一步：利用i+=0，求出同相輸入端電壓u+第二步：利用u+

=u

，確定反相輸入端電壓u

7.3.3微分、積分運(yùn)算電路（續(xù)3）64第三步：利用已知電壓u-，求出電流i1第四步：利用i-=0，求出電流iF第五步：由反饋電路的特性和u

確定輸出電壓uo第六步，檢驗(yàn)輸出電壓是否在線性范圍內(nèi)。運(yùn)算放大器綜合運(yùn)用舉例65模擬計(jì)算機(jī)涉及的計(jì)算包括：加（減）法、比例（數(shù)乘）、微分與積分?？紤]一個(gè)典型的常微分方程求解

運(yùn)算放大器綜合運(yùn)用舉例66

a0a1aN-3aN-2aN-1b0b1b2b4bM運(yùn)算放大器綜合運(yùn)用舉例67實(shí)例運(yùn)算放大器綜合運(yùn)用舉例68解方程7.3.4有源濾波器69一階低通濾波器7.3.4有源濾波器（續(xù)1）70截止頻率幅頻特性7.3.4有源濾波器（續(xù)2）71一階高通濾波器截止頻率幅頻特性運(yùn)算放大器綜合運(yùn)用舉例72模擬電感電路i+_uu1u2運(yùn)算放大器綜合運(yùn)用舉例73模擬電容電路u1u2i+u_i1AB

i=0iCRGFi2DERRRRRRCibiau1+

++

iCu2

+運(yùn)算放大器綜合運(yùn)用舉例iCiCibib74回轉(zhuǎn)器運(yùn)算放大器綜合運(yùn)用舉例75回轉(zhuǎn)器r稱為回轉(zhuǎn)電阻g

稱為回轉(zhuǎn)電導(dǎo)i1u1+

u2+

i2回轉(zhuǎn)器把一個(gè)端口的電流回轉(zhuǎn)成另一端口的電壓。因此，利用回轉(zhuǎn)器可以把電容回轉(zhuǎn)成電感。C運(yùn)算放大器綜合運(yùn)用舉例i1u1+

u2+

i2

76回轉(zhuǎn)器也可把一個(gè)端口的電壓回轉(zhuǎn)成另一端口的電流。因此，利用回轉(zhuǎn)器也可以把電感回轉(zhuǎn)成電容。L運(yùn)算放大器綜合運(yùn)用舉例i1u1+

u2+

i2輸入端口等效為電容：C=g2L777.4集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用78運(yùn)算放大器非線性工作的電路特征開環(huán)結(jié)構(gòu)or正反饋結(jié)構(gòu)非線性應(yīng)用的理想運(yùn)算放大器特征u+≠u

(非虛短)無輸入電流，i+=i

=0輸出端只有兩種輸出狀態(tài)：

UOM7.4集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用（續(xù)1）79開環(huán)結(jié)構(gòu)非線性應(yīng)用電路分析方法利用i+=i

=0，分別確定u+

和u

比較u+

和u

確定輸出電壓：

u+>u

uo=UOH

；u+

<

u

uo=UOL正反饋結(jié)構(gòu)的非線性應(yīng)用電路分析假設(shè)輸出處于某一飽和狀態(tài)，如設(shè)uo=UOH

利用正反饋環(huán)路，將輸出作為一個(gè)變量，輸入（如果有）作另一變量，確定u+

和u

比較u+

和u

，確定新的輸出狀態(tài)。當(dāng)輸入變化后，即以新求得的輸出狀態(tài)，重復(fù)2、37.4.1比較器80簡單反相輸入比較器uiURuo1.串聯(lián)比較當(dāng)ui>UR

時(shí)，uo=UOL當(dāng)ui<UR

時(shí)，uo=UOH電壓傳輸特性u(píng)+=UR

u-=uiuiuoUOHUOLUR如果UR=0，稱為過零比較器7.4.1比較器（續(xù)1）81uiURuoR1R22.并聯(lián)比較u+=0u-=(R1||R2)(ui/R1+UR/R2)當(dāng)u->0時(shí)，uo=UOL當(dāng)u-<0時(shí)，uo=UOH比較器閾值：當(dāng)ui

>Uth

時(shí)，uo=UOL當(dāng)ui<Uth

時(shí)，uo=UOHuiuoUOHUOLUth電壓傳輸特性7.4.1比較器（續(xù)2）82簡單同相輸入比較器1.串聯(lián)比較當(dāng)ui>UR

時(shí)，uo=UOH當(dāng)ui<UR

時(shí)，uo=UOL電壓傳輸特性u(píng)-

=UR

u+=ui如果UR=0，稱為過零比較器uiuoUOHUOLURuiURuo7.4.1比較器（續(xù)3）832.并聯(lián)比較u-

=0u+=(R1||R2)(ui

/R1+UR

/R2)當(dāng)u+>0時(shí)，uo=UOH當(dāng)u+

<0時(shí)，uo=UOL比較器閾值：當(dāng)ui

>Uth

時(shí)，uo=UOH當(dāng)ui<Uth

時(shí)，uo=UOLUthuiURuoR1R2電壓傳輸特性u(píng)iuoUOHUOL7.4.1比較器（續(xù)4）84比較器輸出電平的控制uoDZ1DZ21.穩(wěn)壓管輸出式輸出高電平UOH=UZ1+UD輸出低電平UOL=-(UZ2+UD)限流電阻仿照穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的情況可以給出限流電阻的取值范圍：7.4.1比較器（續(xù)5）85比較器輸出電平的控制2.穩(wěn)壓管反饋式uoDZ2DZ1uiURR1R2輸出高電平UOH=UZ1+UD輸出低電平UOL=-(UZ2+UD)值得注意的是，這種輸出電平控制方式是建立在運(yùn)算放大器輸入端虛地的前提上的，因此具有一定的應(yīng)用限制，前面介紹的四種比較器只有一種可用。7.4.1比較器（續(xù)6）86反相輸入滯回比較器(施密特Schmidt觸發(fā)器)第一步.設(shè)輸出uo=UOH第二步.確定u+和u-第三步.如果u+>u-，繼續(xù)維持uo=UOH

如果u+<u-，輸出變?yōu)閡o=UOLu-=ui輸出從UOH變?yōu)閁OL的輸入門限電壓：設(shè)輸出初態(tài)為uo=UOL同樣可分析得輸出從UOL變?yōu)閁OH的輸入門限電壓：0uouiuiURuoRfR17.4.1比較器（續(xù)7）87同相輸入滯回比較器第一步.設(shè)輸出uo=UOH第二步.確定u+和u-第三步.如果u+>u-，繼續(xù)維持uo=UOH

如果u+<u-，輸出變?yōu)閡