集成運算放大器及其應用16.1.1集成運放概述16.1集成運算放大器簡介16.1.2集成電路的特點1.元器件參數(shù)的一致性和對稱性好；2.二極管多用三極管的發(fā)射結代替；3.電阻的阻值受到限制，大電阻常用三極管恒流源代替，電位器需外接；4.電容的容量受到限制，電感不能集成，故大電容、電感和變壓器均需外接。

16

1集成運放是具有很高開環(huán)電壓放大倍數(shù)的直接耦合放大器。16.1.3

集成運放的結構和符號1.集成運放的內部電路結構框圖輸入級偏置電路輸出級中間級輸入級—差動放大器輸出級—射極輸出器或互補對稱功率放大器中間級—電壓放大器偏置電路—由鏡像恒流源等電路組成

16

1輸入級偏置電路中間級輸出級輸出2.集成運放741的電路原理圖+VCCuO+–反相輸入-VEE同相輸入T12T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T13T14T16T18T16T20T15T19R1R2R3R4R5R7R8R9R10R11R12C

16

1uiuou+u–3.集成運算放大器的符號輸出端反相輸入端同相輸入端A信號傳輸方向

16

1理想運放開環(huán)電壓放大倍數(shù)實際運放開環(huán)電壓放大倍數(shù)1.運算放大器的電壓傳輸特性UOMUOM–UOM–UOMUim–Uim實際運放理想運放

uo=

f

(

ui

)

,其中

ui

=

u+–

u–

16.1.4理想運算放大器及其分析依據(jù)uOui0uiuo++–uiuO0“虛斷路”原則+iiui對于理想運放rid相當于兩輸入端之間短路uiiirid=對于理想運放

u–

u+相當于兩輸入端之間斷路uOii

0Auoui

0,rid,“虛短路”原則(2)(1)2.理想運放工作在線性區(qū)的分析依據(jù)+uo=ui–u–=uAuo+uiuO++––

在右圖所示電路中，因為存在負反饋信號,同相輸入端不是“虛地”?。疲遥遥玻眜iuoＲ(3)

“虛地”的概念由“虛斷路”原則ii

=0

,有u+=0

u+

u–=

0結論：反相輸入端為“虛地”。當同相輸入端接地時，ＲＦＲＲ１２uiuo由“虛短路”原則注意“虛斷路”原則uiiirid=對于理想運放相當于兩輸入端之間斷路ii

0rid,3.理想運放工作在非線性區(qū)的分析依據(jù)運放工作在線性工作狀態(tài)的必要條件：必須引入深度負反饋。+iiuiriduO+注意:u+=u–

不一定成立！uiuoi1ifidRFR1R216.2

集成運放在模擬運算方面的應用16.2.1

比例運算電路虛斷路id

0虛地uii1

=

—–R1uif

=

–—oRFi1

ifRF引入深度負反饋uo

=

uiRFR1故有：1.反相比例運算電路uiuoi1ifRFR1R2虛地：ui1

=—iR1例:反相比例運算電路R3R4設:

RF>>R4

,求Auf解：R4R3R4+uo=–RF1代入

if

=

i1由RF>>R4

,有：Auf

=

=

–R1RF(1+)R4R3uiuouo'uo=R4R3R4+uo得'uoif

=–RF'RFRR12uiuouo

=

1+

u+RFR1uf

=

1+

uiRFR12.同相比例運算電路虛斷路id

0虛短路uiu=+uou

=

——–

fR1R1RF+u–u=+故有：uiuo同相跟隨器uo

=uiRFR若接入電阻R、RF，運算關系不變3.差動比例運算電路uoRFR1R2R3利用疊加原理進行分析ui1i2u"uo=u'o+uo=

1+

ui2RFR1R2+R3R3-

ui1RFR1''uO=-

ui1RFR1′uO=

1+

u+RFR1″=

1

+

ui2RFR1R2+R3R3F1u

o31.

反相加法運算電路Pui1

ui3ui2

u

=–(

+

+

)

ui2

oui1

ui3

RFRFRFR1R2R3i1i2i3ifＲＲＲＲＲ16.2.2

加法運算電路2F211uo2.同相加法運算電路23ui1ui2ui3ＲＲＲＲＲ22ＲRFR1

uO

=

1+

R

+

+

R21R23ui3ui1R22ui2其中

R

=

R21

R22

R23

R

1.差動比例運算電路uoRFR1R2R3

=

1+

ui1

uoRFR1R2

+

R3R3-

ui2RFR116.2.3

減法運算電路ui2ui1差動比例運算是減法運算電路的一種形式

11ui1212.兩級反相輸入減法運算電路132212N2N1uoF1uRRRRRRRi2F2uo=

—–

?

—–

–

—–ui1

ui2

11RRRRRR

13

12F1F2F2１ui1.反相積分運算電路CFuoＲＲ216.2.4積分和微分運算電路由虛斷和虛地ui1

=——iR1iC

=i1iCuC

duCdt

CF

—–iC

=

uO=–uC可得=

–

——–uoR1

CF１uidt∫uuOi2.

反相微分運算電路C1

duidtuo=

–

RF

C1

–—uouiＲＲF由于微分和積分互為逆運算，將電容與電阻位置對調即可。輸出與輸入的關系式為若輸入為方波則輸出波形為4.測量放大器ui1uO

=

(1

+

)(ui2–ui1)RFR2R1RPRFuoRN1N2N3ui2R1R1RPABRRFuo2uo116.3

電壓比較器1.過零比較器R1R2uouiUOM-UOMuiuo-UOMUOM(1)

反相輸入過零比較器(2)

同相輸入過零比較器0uiuo0R1R2uouiR1R2例題：反相輸入過零比較器的應用UOM-UOMttUOM-UOM000uiuouOuiuiuoR1R2uOui(1)反相輸入過零限幅比較器2.過零限幅比較器DzUZUZ-UZ0uOui-UZUZ(2)同相輸入過零限幅比較器R1R2R3Dz0uiuouiuoUZ-UZ3.

同相輸入任意電平比較器R1R2R3URDzUR0uiuouOuiUZ設UR>0UZ電壓比較器的分析方