第5章 集成运算放大器的应用 5.1 集成运放的理想化及基本电路 5.2 运算电路 5.3 电压比较器 5.4 集成运放的应用常识

u u u u － AO ＋ ＋ 5.1 集成运放的理想化及基本电路 5.1.1 集成运放的理想特性 集成放的符号、管脚 n i o p 5.1 集成运放的理想化及基本电路 5.1.1 集成运放的理想特性 集成放的符号、管脚 信号传输方向 理想运放开环电压放大倍数 反相输入端 同相 输入端 u 输出端 － n AO u i ＋ o u u p ＋

u u u 1. 理想运放的概念 理想化的条件： 开环电压放大倍数 Aod ∞ ; 差模输入电阻 rid ∞ ; o 开环输出电阻 rod 0 ; u 共模抑制比 KCMRR ∞ ; 上限截止频率fH→。 理想运放的符号

集成运放的电压、电流，以及“虚短”、“虚断”示意图 2．理想运放在线性区的特点 集成运放的电压、电流，以及“虚短”、“虚断”示意图 （1）虚短：由于两输入端之间的电压差为0，相当于两输入端短路，但又不是真正的短路，故称为“虚短”。虚短实际上指的是两输入端的电压相同，也就是up=un。 （2）虚断：由于ii=0，相当于两输入端开路，但又不是真正的断开，故称为“虚断”。虚断表明两输入端没有电流。

5.1.2 集成运放的两种基本电路 反馈方式： u+ =0 u－=u+=0（虚地） 1. 反相输入放大电路 电压并联负反馈 虚地点 5.1.2 集成运放的两种基本电路 反馈方式： 1. 反相输入放大电路 电压并联负反馈 虚地点 因为有负反馈， 利用虚短和虚断 u+ =0 u－=u+=0（虚地） i1=if （虚断） 电压放大倍数:

特点： 例题. R1=10k , Rf=20k , ui =-1V。求:uo 、Ri。说明R的作用， R应为多大？ （u－=u+=0） 共模输入电压=0 （u－=u+=0） 缺点： 输入电阻小（ Ri=R1） R为平衡电阻(使输入端对地的静态电阻相等):R=R1//Rf

采用T型反馈网络的反相比例电路 目的：在高比例系数时，避免R1阻值太小，使输入电阻太小。 分析：u+=u-=0（虚短） i1=i2 （虚断）

u-= u+= ui 2. 同相输入放大电路 反馈方式： i1=if （虚断） 特点： 输入电阻高 缺点： （u－=u+=ui） 电压串联负反馈 因为有负反馈， 利用虚短和虚断 u-= u+= ui i1=if （虚断） 特点： 输入电阻高 缺点： 共模输入电压≠0 （u－=u+=ui） 电压放大倍数: 平衡电阻R=Rf//R1

Auf=1 电压跟随器 ui=u+= u-= uo 此电路是同相比例运算的特殊情况，输入电阻大，输出电阻小。在电路中作用与分立元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。 因为有负反馈， 利用虚短和虚断： Auf=1 ui=u+= u-= uo

5.2 运算电路 5.2.1 比例运算电路 数学上y=kx（k为比例常数）称为比例运算，在电路中则可通过uo=kui来模拟这种运算，比例常数k为电路的电压放大倍数。显然，前述的反相输入放大电路和同相输入放大电路都可实现比例运算，前者k=Rf /R1<0，后者k=1+Rf /R1>0，因此分别称为反相比例电路和同相比例电路。

5.2.2 加法运算电路 i1 + i2= if 虚地 若R1 =R2 =R, 平衡电阻 R0= R1// R2//Rf

5.2.3 减法运算电路 综合： 叠加原理 ui1作用 则有： ui2作用

5.3 电压比较器 功能： 构成： 将一个模拟电压信号与一参考电压相比较，输出一定的高低电平。 5.3 电压比较器 功能： 将一个模拟电压信号与一参考电压相比较，输出一定的高低电平。 构成： 运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系uo=f(ui)是非线性函数。 uo ui +UOM -UOM

运放工作在非线性状态基本分析方法 1. 运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。 2. 运放工作在非线性状态的分析方法： 若U+＞U- 则UO=+UOM； 若U+＜U- 则UO=-UOM。 虚断（运放输入端电流=0） 注意：此时不能用虚短！ uo ui +UOM -UOM

一.单门限电压比较器 uo ui +UOM -UOM 1. 过零比较器: （门限电平=0） uo ui +UOM -UOM

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

运放处于开环状态 uo ui 2. 单门限比较器（与参考电压比较） 当ui > UREF时 , uo = +Uom 2. 单门限比较器（与参考电压比较） 运放处于开环状态 当ui > UREF时 , uo = +Uom 当ui < UREF时 , uo = -Uom uo ui +Uom -Uom UREF UREF为参考电压

uo ui 当ui < UREF时 , uo = +Uom 当ui >UREF时 , uo = -Uom +Uom -Uom +Uom -Uom UREF

3. 限幅电路——使输出电压为一稳定的确定值 （1）用稳压管稳定输出电压 当ui > 0时 , uo = +UZ +UZ -UZ 忽略了UD 当ui > 0时 , uo = +UZ 当ui < 0时 , uo = -UZ

（2）稳幅电路的另一种形式： 将双向稳压管接在负反馈回路中 当ui > 0时 , uo = -UZ +UZ -UZ 当ui > 0时 , uo = -UZ 当ui < 0时 , uo = +UZ

二. 迟滞比较器 特点:电路中使用正反馈——运放工作在非线性区。 1.工作原理——两个门限电压。 （1）当uo =+UZ时， UT+称上门限电压 UT-称下门限电压 UT+- UT-称为回差电压

uo ui 迟滞比较器的电压传输特性： 设初始值: uo =+UZ , u+= UT+ 设ui , 当ui = > UT+时, uo从+UZ  -UZ uo ui +UZ -UZ UT+ UT- 这时, uo =-UZ , u+= UT- 设ui , 当ui = < UT-时, uo从-UZ  +UZ

uo ui 例题：Rf=10k，R2=10k  ，UZ=6V， UREF=10V。当输入ui为如图所示的波形时，画 出输出uo的波形。 8V 3V 传输特性 +6V -6V 上下限：

ui uo 3V 8V uo ui 8V 3V 传输特性 +6V -6V +6V -6V

5.4 集成运放的应用常识 5.4.1 运算放大器的选择 运算放大器的种类很多，在工作中需要按系统对电路的要求进行选用。一般均选用通用型，其售价较低，且容易购买。只有在有特殊需要时，才选用某种特殊型运放。但并不是价格贵的就好，因为特殊型的也只是某几个技术指标比较突出，但是这些指标是以牺性另一些指标为代价的。 另外在选用时，需注意可靠性。如果工作中经常有冲击电压或电流，则应选用有过载保护型的，而且在容量方面要留有充分的余地。

5.4.2 运算放大器使用注意事项 1. 引脚排列

2. 零点调整 零点调整的常用方法是：将两输入端短路接地，利用外接调零电位器调整，使输出电压为0，具体的调零方法可参阅有关说明书。

3. 消除寄生振荡 集成运算放大器开环电压放大倍数很大，容易引起振荡，寄生振荡频率在几十到几百kHz范围。为此，常要加阻容补偿网络，具体参数和接法可查阅使用说明书。合适的补偿网络参数数值应通过实验确定。

4. 保护电路 （1）电源极性的保护 电源极性保护 （2）输入保护： 输入保护电路

（3）输出保护 输出端过压保护电路

本章小结 （1）集成运放有线性和非线性两种工作状态，相应地就有两类应用：线性应用和非线性应用。 （2）运放工作在线性区的两大特点，即un=up，ii=0是分析工作在线性区运放电路的重要依据。 （3）集成运放的线性应用有：组成放大电路、运算电路等。为了工作在线性放大状态，作为线性应用的运放必须引入深度负反馈，此时应用虚短、虚断和虚地等概念可使电路的分析大为简化。

（4）运放工作在非线性区的特点是：un>up，则uo=+UOM；un<up，则uo=UOM，输出电压通常只有高电平和低电平两个稳定状态，它可以看成是由输入电压控制的开关。 （5）集成运放的非线性应用有：组成电压比较器和非正弦波发生器等。为了使运放工作在非线性状态，必须使运放开环或引入正反馈，分析电路时主要画出它的传输特性或波形。 （6）在使用集成运放时应注意做好相应的保护措施，以防不正常工作和损坏。