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

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1 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

2 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。

3 uo u+ - u- uo u+ - u- 饱和区 线性区

4 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。

5 _ + 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！

6 _ + 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。

7 _ + 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。

8 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 。

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

10 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。

11 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。

12 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。

13 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。

14 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。

15 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。

16 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。

17 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。

18 - 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+。

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

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

21 特例：差动放大器 _ +   R2 R1 ui2 uo ui1 解出：

22 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 V

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

24 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。

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

26 二、积分运算 iF ui - + R R2 C uo i1

27 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。

28 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

29 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。

30 将两级一阶低通滤波器串接 ？ R C R C  各级互相影响！

31 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。

32 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。

33 一、一阶有源低通滤波器 R R1 RF C + -

34 幅频特性： 相频特性：

35 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。

36 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

37 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

38 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。

39 三、一阶有源高通滤波器 R1 RF + - 高通滤波器 R

40 幅频特性： o

41 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

42 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。

43 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。

44 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

45 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

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

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

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

49 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。

50 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

51 二. 串联电压负反馈 _ +   R2 R1 RP ui uo

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

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

54 本章习题 P.138 17.2.9，17.3.2