第1章 模拟集成运算放大电路

第1章 模拟集成运算放大电路 1.1 放大电路概述及其主要性能指标 1.2 集成电路运算放大器 1.3 理想集成运算放大器 1.1 放大电路概述及其主要性能指标 1.2 集成电路运算放大器 1.3 理想集成运算放大器 1.4 基本运算电路 1.5 集成运放的单电源供电

1.1 放大电路概述及其主要性能指标 常用正弦波做测试信号 放大的对象：变化量 放大的本质：能量的控制，利用有源元件实现 1.1 放大电路概述及其主要性能指标 至少一路直流电源供电，是能源 一、 放大电路概述 VCC 输入信号为零时为静态。 放大的对象：变化量 常用正弦波做测试信号 放大的本质：能量的控制，利用有源元件实现 能够控制能量的元件 放大的特征：功率放大 放大的基本要求：不失真——放大的前提 判断电路能否放大的基本出发点

二、 放大电路的方框图及其主要性能指标 研究的是动态性能 对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。 1. 放大倍数：输出量与输入量之比 输出电压 输出电流 信号源 信号源内阻 输入电压 输入电流 1. 放大倍数：输出量与输入量之比 电压放大倍数是最常被研究和测试的参数

二、 放大电路的方框图及其主要性能指标 2. 输入电阻和输出电阻 从输入端看进去的 等效电阻 将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。 输入电压与输入电流有效值之比。 带RL时的输出电压有效值 空载时输出电压有效值

二、 放大电路的方框图及其主要性能指标 3、通频带 衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。 由于电容、电感及半导体元件的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。 下限频率 上限频率

1.2 模拟集成电路运算放大器 一、 集成电路运算放大器的内部组成单元 两个 输入端 一个 输出端 将集成运放看成为一个“黑盒子”，

三、集成运放的符号及电压传输特性 集成运算放大电路因最初为实现信号的运算而得名。 高性能：输入电阻很大、输出电阻很小、差模放大倍数很大、共模放大倍数很小、频带很宽、受温度的影响很小…… 1. 符号 极性相同 极性相反 不同型号的集成运放供电电源不同，有的两路电源供电，有的一路电源供电，有的两种情况均可。缺省时认为是±VCC （常为±15V ）供电。

2．集成运算放大器的电路模型 集成运算放大器是电压放大器，因此可用双口网络来表示。 输入电阻 输出电阻 开环电压放大倍数

3．电压传输特性:输出电压与输入电压的函数关系 ±UOM的值决定于什么？ 线性区 开环差模增益高达几十万倍 非线性区 输出不是高电平+UOM就是低电平-UOM 若±UOM= ±14V，Aod=5106，则为保证集成运放工作在线性区，输入信号的范围为多少？|uP-uN|＜28μV

1.3 理想集成运算放大器 理想运放的符号与简化电路模型如图所示 一、理想运放的参数： 差模输入电阻rid=∞、 输出电阻ro=0、 1.3 理想集成运算放大器 理想运放的符号与简化电路模型如图所示 一、理想运放的参数： 差模输入电阻rid=∞、 输出电阻ro=0、 开环增益Aod=∞、 频带无限宽、温度对参数无影响 问题： 若将输入信号直接加在理想运放的输入端，则理想运放有可能工作在线性区吗？ 负载电阻的阻值变化时，理想运放的输出电压变化吗？为什么？ (不能， 因Aod=∞，需引入负反馈) (不变，输出等效为恒压源)

二、理想运放工作在线性区的特点 无源网络 无穷大 1. 电路结构 有限值 为保证理想运放工作在线性区，必须引入负反馈。 无穷小 有限值 为保证理想运放工作在线性区，必须引入负反馈。 UO ↑→ U_↑→ UO ↓ 反馈：将放大电路的输出量通过一定的方式引回到输入回路来影响输入量，称为反馈。 正、负反馈：若反馈的结果使输出量的变化增大，则称为正反馈；若反馈的结果使输出量的变化减小，则称为负反馈。

2.工作在线性区的特点 由于UO为有限值，Aod＝∞，因而净输入电压U+－U_＝0，即 ——虚短路 因为净输入电压为零，又因为输入电阻为无穷大，所以两个输入端的输入电流也均为零，即 I+＝I_＝0 ——虚断路 “虚短”和“虚断”是分析工作在线性区的集成运放的应用电路的两个基本出发点。

三、理想运放工作在非线性区的特点 1. 电路特征 理想运放工作在开环状态 引入正反馈，使其输出量的变化增大 无源网络 开环、正反馈 势必工作在非线性区 无源网络 电压传输特性 开环、正反馈

2.理想运放工作在非线性区的特点： 输出电压只有高、低两种电平 因为净输入电压为零，又因为输入电阻为无穷大，所以两个输入端的输入电流也均为零，即 I+＝I_＝0 ——虚断路 工作在非线性区的理想运放仍具有“虚断”的特点，但一般不具有“虚短”的特点。

1.4 基本运算电路 输入电阻为R1 （可作为公式直接使用） 一、比例运算电路 1. 反相输入 Au 虚地 电路的输入电阻为多少？ 1.4 基本运算电路 （可作为公式直接使用） 一、比例运算电路 1. 反相输入 Au 虚地 电路的输入电阻为多少？ 2) Rp＝？为什么？ 输入电阻为R1 保证输入级的对称性 Rp=R1∥Rf 3) 若要Ri＝100kΩ，比例系数为－10，Rf＝？ 4) 若要用反相输入比例运算电路做放大电路，则Au=？

一、比例运算电路 2. 同相输入 Au 输入电阻为多少？ 输入电阻为∞ （可作为公式直接使用） 运算关系的分析方法：节点电流法

一、比例运算电路 同相输入比例运算电路的特例： 电压跟随器 输入电阻为∞,输出电阻为0

一、比例运算电路 电压跟随器的作用 无电压跟随器时 负载上得到的电压 电压跟随器时 i+≈0，u+＝u- 根据虚短和虚断有

一、比例运算电路 电路如图所示，已知Uo= −33Ui，求R3、R5、R6的阻值 解：A1为同相比例电路 R3为平衡电阻

一、比例运算电路 A2为反相比例电路 R6为平衡电阻

二、加减运算电路 1. 反相求和 方法一：节点电流法

二、加减运算电路 方法二：利用叠加原理 首先求解每个输入信号单独作用时的输出电压，然后将所有结果相加，即得到所有输入信号同时作用时的输出电压。 同理可得

二、加减运算电路 用节点电流法： 2. 同相求和 必不可少吗？ 解得: 用叠加定理也可以写出： Ui1作用时的U'+ Ui2作用时的U"+

二、加减运算电路 电路如图所示，电路平衡条件为 3.减法电路 用叠加定理可以写出： 作用时 作用时 当电路电阻满足条件

二、加减运算电路 双运放减法运算电路 双运放减法运算电路如图所示。 A1为反向比例电路 A2为反相加法电路

二、加减运算电路 【4.4.2】电路如图所示，(1) 试分别说明A1、A2、A3各构成什么运算电路；(2) 求Uo的表达式 解：

二、加减运算电路

三、积分运算电路和微分运算电路 1. 积分运算电路 反相 若ui在t1~t2为常量，则

利用积分运算的基本关系实现不同的功能 1) 输入为阶跃信号时的输出电压波形？ 2) 输入为方波时的输出电压波形？ 3) 输入为正弦波时的输出电压波形？ 移相 线性积分 波形变换

2. 微分运算电路 虚地 放大高频噪声，少用

1.5 集成运放的单电源供电 1. 反向放大器的单电源供电 图中电阻R2、R3是用来设置直流工作点 ,使得 则此时的反相交流放大器的闭环增益为 取 此时反相输入端口及输出端口的直流电位均为VCC/2 。电容为放大器的交流耦合隔直电容。

2.同相放大器的单电源供电 取 此时反相输入端口及输出端口的直流电位均为VCC/2。电容为放大器的交流耦合隔直电容。 此时同相交流放大器的闭环增益 R4电阻的接入是为了增加交流放大器的输入阻抗，此时，对应的输入阻抗为