第17章 集成运算放大器 17－1 集成运算放大器简介 17－2 运算放大器的应用 17－3 集成功率放大器 第17章 集成运算放大器 17－1 集成运算放大器简介 17－2 运算放大器的应用 信号运算 信号处理 波形产生 信号测量 17－3 集成功率放大器 17－4 运算放大器电路中的负反馈 17－5 运算放大器使用中的注意事项

信号运算电路 一、在分析信号运算电路时对运放的处理 由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放。 理想运放的条件 运放工作在线性区的特点 虚短 虚断 放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。

uo u+ - u- uo u+ - u- 饱和区 线性区

比例运算电路 作用： 将信号按比例放大。 类型： 同相比例放大和反相比例放大。 类型： 同相比例放大和反相比例放大。 方法： 引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。

_ + uo   R2 R1 RP ui i1 i2 i1= i2 R1= R2时， 虚地 一.反相比例运算 虚短 虚断 1. 放大倍数 反相器！

_ + R2 i2 ri=R1 i1 RP =R1 // R2   ui uo R1 RP 2.电路的输入电阻 平衡电阻，使输入端对地的静态电阻相等，保证静态时输入级的对称性。

_ + R2 i2 i1   ui R1 RP 3. 反馈方式 电压并联负反馈 输出电阻很小！ 4. 共模电压 id (+) 输出电阻很小！ (-) 电位为0，虚地 4. 共模电压 输出电阻小、共模电压为 0 以及“虚地”是反相输入的特点。

反相比例电路的特点： 1. 共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低。 2. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。 3. 由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。 4. 在放大倍数较大时，该电路结构不再适用 。

例：求Au =? i1 i2 i4 i3 M uo _ +   R2 R1 RP ui R4 R3 i1= i2

该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电阻。但R3的存在，削弱了负反馈。

u-= u+= ui R1=或R2=0时 二、同相比例运算 虚短 _ +   R2 R1 RP ui uo 虚断 _ +   uo (+) (+) ud (+) R1=或R2=0时 电压跟随器！ 反馈方式：电压串联负反馈，输入电阻高。

同相比例电路的特点： 1. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。 2. 由于串联负反馈的作用，输入电阻大。 3. 共模输入电压为ui，因此对运放的共模抑制比要求高。

加减运算电路 作用： 将若干个输入信号之和或之差按比例放大。 类型： 同相求和与反相求和。 作用： 将若干个输入信号之和或之差按比例放大。 类型： 同相求和与反相求和。 方法： 引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。

一、反相求和运算 R12 _ +  R2 R11 ui2 uo RP ui1 实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。

R12 _ +  R2 R11 ui2 uo RP ui1 iF i11 i12 调节某一路信号的输入电阻，不影响其他输入电压的放大倍数，调节方便。

二、同相求和运算 - R1 RF + ui1 uo R21 R22 ui2 实际应用时可适当增加或减少输入端的个数，以适应不同的需要。

u+ 与 ui1 和 ui2 的关系如何？ - R1 RF + ui1 uo R21 R22 ui2 流入运放输入端的电流为0（虚断） 注意：同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。

- R1 RF + ui1 uo R21 R22 ui2 R´ 左图也是同相求和运算电路，如何求同相输入端的电位？ 提示： 1. 虚断：流入同相端的电流为0。 2. 节点电位法求u+。

三、加减运算电路 R2 _ +  R5 R1 ui2 uo ui1 R4 ui4 ui3 R3 R6

R2 _ +  R5 R1 ui2 uo ui1 R4 ui4 ui3 R3 R6

特例：差动放大器 _ +   R2 R1 ui2 uo ui1 解出：

例：A/D变换器要求其输入电压的幅度为0 ~ +5V，现有信号变化范围为-5V~+5V。试设计一电平抬高电路，将其变化范围变为0~+5V。 计算机 ui uo +5V -5V +5V +2.5V uo = 0.5ui+2.5 V

uo =0.5ui +2.5 V =0.5 (ui +5) V ui uo uo1 20k 10k _  20k  +5V  _

比例运算电路与加减运算电路小结 1. 它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小 。 2. 关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。 3. 同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。

微积分运算 一、微分运算 u–= u+= 0 u i – + uo R R2 i1 iF C

二、积分运算 iF ui - + R R2 C uo i1

运算电路要求 1. 熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路图及放大倍数公式。 2. 掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。 3. 会用 “虚断(ii=0)”和“虚短 (u+=u–) ”分析给定运算电路的 放大倍数。

信号处理电路 1. 有源滤波器 2. 采样保持电路 3. 电压比较器

R C 1  o 无源滤波器的缺点（以一阶滤波器为例） 0.707 1. 带负载能力差。 2. 无放大作用。 1  0.707 o 截止频率 1. 带负载能力差。 2. 无放大作用。 3. 特性不理想，边沿不陡。

将两级一阶低通滤波器串接 ？ R C R C  各级互相影响！

有源滤波器的优点： 1. 不使用电感元件，体积小重量轻。 2. 有源滤波电路中可加电压串联负反馈，使输入电阻高、输出电阻低，输入输出之间具有良好的隔离。只需把几个低阶滤波电路串起来就可构成高阶滤波电路，无需考虑级间影响。 3. 除滤波外，还可放大信号，放大倍数容易调节。

有源滤波器的缺点： 1. 不宜用于高频。 2. 不宜在高电压、大电流情况下使用。 3. 可靠性较差。 4. 使用时需外接直流电源。

一、一阶有源低通滤波器 R R1 RF C + -

幅频特性： 相频特性：

电路的特点： 有放大作用 1.  =0 时 幅频特性与一阶无源低通滤波器类似 2.  =o 时 3. 运放输出，带负载能力强。

传递函数中出现 的二次项，故称为二阶滤波器 二、二阶有源低通滤波器 R R1 RF C + - P 其中： 传递函数中出现 的二次项，故称为二阶滤波器

一阶低通和二阶低通幅频特性曲线的区别： -3dB AF 理想低通 一阶低通 二阶低通 阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器

将低通滤波器中的R、C 对调，低通滤波器就变成了高通滤波器。 如何组成高通滤波器？ R C R1 RF + - 低通滤波器 R1 RF + - 高通滤波器 R 将低通滤波器中的R、C 对调，低通滤波器就变成了高通滤波器。

三、一阶有源高通滤波器 R1 RF + - 高通滤波器 R

幅频特性： o

采样－保持电路 一、“采样－保持”的含义 采样信号 输入信号 保持 冲击函数

二、采样－保持电路的组成 － + – R C K uc uo ui 采样－保持电路由模拟开关K 和模拟信号存储电容 C 以及缓冲放大器等三部分组成。 模拟开关K一般由结型场效应管或MOS场效应管组成，缓冲放大器则采用集成运算放大器。

三、采样－保持电路的工作原理 uo － ui K R + uc C – 模拟开关K 接通时，存储电容C上的信号 uC 跟踪输入信号，经缓冲放大器送出，所以输出信号也跟踪输入信号，这就是采样过程； 模拟开关K 断开时，存储电容将断开瞬间 t0 的输入信号保持下来并通过放大器送出，所以输出信号保持为 t0 时刻的输入信号，这就是保持过程。

电压比较器 uo ui ui uo UR 一、若ui从同相端输入 +Uom + – UR -Uom 传输特性 +Uom -Uom UR 传输特性 UR：参考电压 ui ：被比较信号 + uo ui UR – 特点：运放处于开环状态，工作于饱和区。 当ui > UR时 , uo = +Uom 当ui < UR时 , uo = -Uom

二、 若ui从反相端输入 uo uo ui ui +Uom UR + UR -Uom 当ui < UR时 , uo = +Uom +Uom -Uom + uo ui UR UR 当ui < UR时 , uo = +Uom 当ui >UR时 , uo = -Uom

三、过零比较器: (UR =0时) uo ui +UOM -UOM + uo ui uo ui +UOM -UOM + uo ui

例：利用电压比较器将正弦波变为方波。 t ui + uo ui uo t +Uom -Uom

电路改进：用稳压管稳定输出电压。 + ui uo UZ uo ui +UZ -UZ

比较器的特点 t ui uo 过零附近仍处于放大区 1. 电路简单。 2. 当Ao不够大时， 输出边沿不陡。 3. 容易引入干扰。

运算放大器电路中的负反馈 一. 并联电压负反馈 _ +   R2 R1 RP ui i1 i2

二. 串联电压负反馈 _ +   R2 R1 RP ui uo

三. 串联电流负反馈  _  _ uo (+) ud + + io ui + RL (+) RP (+) + R _

R2 四. 并联电流负反馈 R1 id (+) (+)  _  ui uo (-) + io + RL RP (-) R

本章习题 P.138 17.2.9，17.3.2