第1章 模拟集成运算放大电路.

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1 第1章 模拟集成运算放大电路

2 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

3 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

4 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

5 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

6 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

7 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”，

8 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。

9 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

10 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

11 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)

12 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。

13 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。

14 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

15 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。

16 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=？

17 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

18 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

19 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

20 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

21 一、比例运算电路 A2为反相比例电路 R6为平衡电阻

22 二、加减运算电路 1. 反相求和 方法一：节点电流法

23 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

24 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"+

25 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

26 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

27 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：

28 二、加减运算电路

29 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

30 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

31 2. 微分运算电路 虚地 放大高频噪声，少用

32 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。

33 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