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1、第第 5 章直接耦合放大器章直接耦合放大器 和集成运算放大器和集成运算放大器本章学习目标本章学习目标5.1直接耦合放大器直接耦合放大器5.2集成运算放大器集成运算放大器本章小结本章小结本章学习目标本章学习目标1.了了解解直直耦耦放放大大器器中中的的两两个个特特殊殊问问题题，理理解解零零点点漂漂移移 的的含含义义及及产产生生的的主主要要原原因因。理理解解差差分分放放大大电电路路的的组组成成及及特特点点，清清楚其抑制零漂的原理。楚其抑制零漂的原理。2.掌掌握握使使用用差差分分放放大大电电路路双双端端输输入入、双双端端输输出出时时差差模模放放大大倍倍数数的的计计算算方方法法，理理解解共共模模放放大大
2、倍倍数数和和共共模模抑抑制制比比的的概概念念；理解射极电阻、射极电源的作用。理解射极电阻、射极电源的作用。3.熟熟悉悉集集成成运运算算放放大大器器的的外外形形和和符符号号，理理解解集集成成运运算算放放大大器器的参数。的参数。4.掌掌握握集集成成运运算算放放大大器器的的理理想想特特性性，理理解解虚虚断断、虚虚短短的的概概念念，会会分分析析由由集集成成运运放放构构成成的的运运算算应应用用电电路路，了了解解集集成成运运放放的的使用常识。使用常识。5.1直接耦合放大器直接耦合放大器5.1.1直耦放大器的两个特殊问题直耦放大器的两个特殊问题5.1.2直耦放大器的级间电位调节电路直耦放大器的级间电位调节电
3、路5.1.3差分放大器差分放大器直直接接耦耦合合放放大大器器：放放大大器器与与信信号号源源、负负载载以以及及放放大大器器之之间间采用导线或电阻直接连接。采用导线或电阻直接连接。特特点点：低低频频响响应应好好。可可以以放放大大频频率率等等于于零零的的直直流流信信号号或或变变化缓慢的交流信号。化缓慢的交流信号。5.1.1 直耦放大器的两个特殊问题一、前后级的电位配合问题一、前后级的电位配合问题简单的直接耦合电路简单的直接耦合电路由由于于 VC1=VBE2，而而 VBE2 很很小小，使使 V1 的的工工作作点点接接近近于于饱饱和和区区，限限制制了了输输出出的的动动态态范范围围。因因此此，要要想想使使
4、直直接接耦耦合合放放大大器器能能正正常常工工作作，必必须须解解决决前后级直流电位的配合问题。前后级直流电位的配合问题。二、零点漂移问题二、零点漂移问题零零点点漂漂移移：在在输输入入端端短短路路时时，输输出出电电压压偏偏离离起起始始值值，简简称称零漂。零漂。产产生生零零漂漂的的原原因因：电电源源电电压压波波动动、管管子子参参数数随随环环境境温温度度变变化。其中，温度变化是主要因素。化。其中，温度变化是主要因素。零零漂漂的的危危害害：在在直直接接耦耦合合多多级级放放大大器器中中，第第一一级级因因某某种种原原因因产产生生的的零零漂漂会会被被逐逐级级放放大大，使使末末级级输输出出端端产产生生较较大大的
5、的漂漂移移电电压压，无无法法区区分分信信号号电电压压和和漂漂移移电电压压，严严重重时时漂漂移移电电压压甚甚至至把把信信号电压淹没了。因此抑制零漂是直耦放大器的突出问题。号电压淹没了。因此抑制零漂是直耦放大器的突出问题。5.1.2直耦放大器的级间电位调节电路直耦放大器的级间电位调节电路用发射极电阻调节电位用发射极电阻调节电位在在 V2 的的发发射射极极接接一一个个电电阻阻 Re2，这这样样 VCE1=VBE2+IE2 Re2 VBE2，增增大大了了 V1 管的工作范围。管的工作范围。适适当当调调节节 Re2 值值，可可使使前前后后级级静静态态直直流流电电位位设设置置合合理理。为为减减小小 Re2
6、 对对放放大大倍倍数数的的影影响响，采采用用稳压管代之。稳压管代之。5.1.3差分放大器差分放大器电路如图所示。电路如图所示。一、电路特点一、电路特点特特点点：由由两两个个完完全全对对称称的的单单管管放放大大器器组组成成，电电路路结结构构对对称称、元元件件参参数数对对应应相相等等；信信号号为为双双端端输输入入、双双端端输输出出方式。方式。输输入入电电压压 vI 经经 R1、R2 分分压压为为相相等等的的 vI1 和和 vI2 分分别别加加到到两两管管的的基基极极(双双端端输输入入)，输输出出电电压压等等于于两两管管输输出出电电压压之之差差，即即 vO=vO1 vO2 (双端输出双端输出)。二、
7、抑制零漂原理二、抑制零漂原理设设输输入入电电压压 vI =0，因因电电路路完完全全对对称称，则则 ic1=ic2，vO1=vO2，vO=vO1 vO2=0 当当温温度度变变化化时时，两两管管输输出出电电压压的的变变化化量量相相等等，使使 vO1=vO2，输输出出电电压压 v O=v O1 v O2=0。可可见见，两两管管的的漂移在输出端相互抵消，从而有效地抑制了零点漂移。漂移在输出端相互抵消，从而有效地抑制了零点漂移。三、放大倍数三、放大倍数1差模放大倍数差模放大倍数 AVD差模信号：差模信号：大小相等而极性相反的两个信号。大小相等而极性相反的两个信号。差模输入方式：差模输入方式：两管输入信号
8、为差模信号。两管输入信号为差模信号。当当 vi 0 时时，vi1=-vi2 =vi/2，放放大大器器为为差差模模输输入入。vO1=-vO2，放大器双端输出电压放大器双端输出电压 vO=vO1vO2=vO 1-(-vO1)=2vO1。差分放大器的差模输入方式差分放大器的差模输入方式设单管放大器的放大倍数为设单管放大器的放大倍数为 AV1、AV2，且，且 AV1=AV2则则可可见见，双双端端输输入入、双双端端输输出出差差放放电电路路的的差差模模放放大大倍倍数数等等于于单单管管放放大大器器的的放放大大倍倍数。数。即差模放大倍数为差模放大倍数为 AVD=AV1=AV2差分放大器的差模输入方式差分放大器
9、的差模输入方式2.共模放大倍数共模放大倍数 AVC共模信号：共模信号：大小相等、极性相同的两信号。大小相等、极性相同的两信号。共模输入方式：共模输入方式：两管输入信号为共模信号。两管输入信号为共模信号。两两管管的的输输入入信信号号 vI1=vI2=vI，放放大大器器为为共共模模输输入入，因因电电路路对对称称，vO1=vO2。其其双双端端输输出出电电压压 vO=vO1-vO2=0。即即共共模模放放大倍数大倍数 可可见见，共共模模输输入入、双双端端输输出出差差放放电电路路的的共共模模放放大大倍倍数数等等于于零零。即即对对共共模模信信号号进进行行了了抑抑制。制。四、共模抑制比四、共模抑制比 KCMR
10、共共模模抑抑制制比比 KCMR：衡衡量量差差分分放放大大器器放放大大差差模模信信号号及及抑抑制制共模信号的能力。共模信号的能力。共模抑制比共模抑制比 KCMR 越大，差分放大器的性能越好。越大，差分放大器的性能越好。例例 5.1.1 设设单单管管放放大大器器的的放放大大倍倍数数，AV1=AV2=-20。试试求求：(1)差差分分放放大大器器的的差差模模放放大大倍倍数数 AVD？(2)若若已已知知差差分分放放大大器共模放大倍数器共模放大倍数 AVC=0.02，求共模抑制比，求共模抑制比 KCMR=?解解：(1)(2)差分放大器的共模输入方式差分放大器的共模输入方式五、五、RP、Re、GE 在电路中
11、的作用在电路中的作用 RP 调调零零电电位位器器。作作用用是是克克服服电电路路非非对对称称性性。当当 Vi=0 时调节时调节 RP，使，使 vo=0。Re公公共共射射极极电电阻阻。作作用用是是引引入入共共模模负负反反馈馈。对对共共模模信号有负反馈作用，对差模信号相当于短路。信号有负反馈作用，对差模信号相当于短路。GE 辅辅助助电电源源。作作用用是是克克服服 Re 对对 VCEQ 的的影影响响，防止输出动态范围减小。防止输出动态范围减小。差分放大器的共模输入方式差分放大器的共模输入方式5.2集成运算放大器集成运算放大器5.2.1集成运算放大器的外形和符号集成运算放大器的外形和符号5.2.2集成运
12、算放大器的放大倍数和参数集成运算放大器的放大倍数和参数5.2.3集成运算放大器的理想特性集成运算放大器的理想特性5.2.4集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例5.2.5集成运放使用常识集成运放使用常识集集成成电电路路：把把晶晶体体管管、电电阻阻、电电容容以以及及连连接接导导线线等等集集中中制制造在一小块半导体基片上而形成具有电路功能的器件。造在一小块半导体基片上而形成具有电路功能的器件。集集成成电电路路的的优优点点：体体积积小小、重重量量轻轻、安安装装方方便便、功功耗耗小小、工作可靠等。工作可靠等。集集成成电电路路的的类类型型：以以集集成成度度即即管管子子和和元元件件数数量量可可分
13、分为为一一百百以以下下的的小小规规模模集集成成电电路路；一一百百至至一一千千个个之之间间的的中中规规模模集集成成电电路路；一一千千至至十十万万个个之之间间的的大大规规模模集集成成电电路路；十十万万以以上上的的超超大大规规模模集集成成电电路路。按按所所用用器器件件又又可可分分为为双双极极型型器器件件组组成成的的双双极极型型集集成成电电路路；单单极极型型器器件件组组成成的的单单极极型型集集成成电电路路；双双极极型型器器件件和和单单极极型型器器件件兼兼容容组组成成的的集集成成器器件件。此此外外，还还有有线线性性集集成成电电路路和和数数字字集集成电路等。成电路等。集集成成运运算算放放大大器器(简简称称
14、集集成成运运放放)：直直接接耦耦合合的的高高放放大大倍倍数数的线性集成电路。的线性集成电路。5.2.1集成运算放大器的外形和符号集成运算放大器的外形和符号1集成电路的外形：集成电路的外形：国产集成运放的封装外形主要采用圆壳式和双列直插式。国产集成运放的封装外形主要采用圆壳式和双列直插式。2集成运放的型号集成运放的型号国国家家标标准准(GB3430/T1989)规规定定，由由字字母母和和阿阿拉拉伯伯数数字字表表示示，例例如如 CF741、CF124 等等，其其中中 C 表表示示国国家家标标准准，F 表表示运算放大器，阿拉伯数字表示品种。示运算放大器，阿拉伯数字表示品种。3集成运放的管脚顺序及功能
15、集成运放的管脚顺序及功能国国产产第第二二代代集集成成运运放放 CF741 接接线线如如图图所所示示。双双列列直直插插式式集集成成运运放放的的管管脚脚顺顺序序是是，管管脚脚向向下下，标标志志于于左左，序序号号自自下下而而上上逆逆时针方向排列。管脚功能如下：时针方向排列。管脚功能如下：CF741外接线图外接线图为反相输入端为反相输入端(输出信输出信号与输入信号反相位号与输入信号反相位)为同相输入端为同相输入端(输出信号与输输出信号与输入信号同相位入信号同相位)接负电源接负电源(-9-18)V为输出端为输出端接正电源接正电源(+9+18)V为空脚为空脚脚脚 1、4、5 外接外接调零电位器调零电位器国
16、国产产第第一一代代集集成成运运放放 F004 接接线线如如图图所所示示。圆圆壳壳式式集集成成运运放放的的管管脚脚顺顺序序是是，管管脚脚向向上上，序序号号自自标标志志起起从从小小到到大大按按顺顺时时针针方方向排列。管脚功能如下：向排列。管脚功能如下：脚脚 7 接接正正电电源源(+15)V，脚脚 4 接接负负电电源源(-15)V，脚脚 6 为为输输出出端端，脚脚 1、4、8 接接调调零零电电位位器器，脚脚 3 为为同同相相输输入入端端，脚脚 2 为为反反相相输输入入端端，脚脚 5、6 之之间间的的 300 k 电电阻阻及及 RP、CP 的的作作用用是是消消除除自自激激，可可通通过过调调试决定数值。
17、试决定数值。不不同同类类型型运运放放的的管管脚脚排排列列和和管管脚脚功功能能是是不不同同的的，应应用用时时可可查阅产品手册来确定。查阅产品手册来确定。F004 外接线图外接线图4集成运放的图形符号集成运放的图形符号图图(a)是是国国家家新新标标准准(GB/T472813 1996)规规定定的的符符号号；图图(b)是是曾曾用用过过的的符符号号。画画电电路路时时，通通常常只只画画出出输输入入和和输输出出端端，输入端标输入端标“+”号表示同相输入端，标号表示同相输入端，标“-”号表示反相输入端。号表示反相输入端。5.2.2集成运算放大器的放大倍数和参数集成运算放大器的放大倍数和参数一、两种放大倍数一
18、、两种放大倍数1开环放大倍数开环放大倍数 AVO开环放大倍数开环放大倍数 AVO：无反馈时集成运放的放大倍数。：无反馈时集成运放的放大倍数。2闭环放大倍数闭环放大倍数 AVF 闭闭环环放放大大倍倍数数 AVF：有有反反馈馈时时集集成成运运放放的的放放大大倍倍数数称称为为闭闭环环放放大大倍倍数数。其其数数值值根根据据具具体体电电路路的反馈情况来计算。的反馈情况来计算。4开环电压放大倍数开环电压放大倍数 AVO电电路路开开环环情情况况下下，输输出出电电压压与与输输入入差差模模电电压压之之比比。AVO 越越大大，集集成成运运放放运运算算精精度度越越高高。一一般般中中增增益益运运放放的的 AVO 可可
19、达达 105 倍。倍。5开环输入阻抗开环输入阻抗 ri指指电电路路开开环环情情况况下下，差差模模输输入入电电压压与与输输入入电电流流之之比比。ri 越大，运放性能越好。一般在几百千欧至几兆欧。越大，运放性能越好。一般在几百千欧至几兆欧。6开环输出阻抗开环输出阻抗 ro电电路路开开环环情情况况下下，输输出出电电压压与与输输出出电电流流之之比比。ro越越小小，运放性能越好。一般在几百欧左右。运放性能越好。一般在几百欧左右。7共模抑制比共模抑制比 KCMR电电路路开开环环情情况况下下，差差模模放放大大倍倍数数 AVD 与与共共模模放放大大倍倍数数 AVC 之比。之比。KCMR 越大，运放性能越好。一
20、般在越大，运放性能越好。一般在 80 dB 以上。以上。8输出电压峰输出电压峰-峰值峰值 VOPP放大器在空载情况下，最大不失真电压的峰放大器在空载情况下，最大不失真电压的峰-峰值。峰值。9静态功耗静态功耗 PD电路输入端短路、输出端开路时所消耗的功率。电路输入端短路、输出端开路时所消耗的功率。10开环频宽开环频宽 BW开开环环电电压压放放大大倍倍数数随随信信号号频频率率升升高高而而下下降降 3 dB 所所对对应应的的频频宽宽。以以上上参参数数可可根根据据集集成成运运放放的的型型号号，从从产产品品说说明明书书等等有有关资料中查阅。关资料中查阅。三、集成运放产品分类简介三、集成运放产品分类简介1
21、通用型通用型通通用用型型集集成成运运放放的的特特点点是是：最最大大差差模模输输入入电电压压和和最最大大共共模模输输入入电电压压大大；输输出出有有短短路路保保护护功功能能；电电源源电电压压适适用用范范围围宽宽；不不需需外外接补偿电容。如性能较好的接补偿电容。如性能较好的 CF741 等。等。2特殊型特殊型特殊型集成运放的特点是突出某项性能指标。如：特殊型集成运放的特点是突出某项性能指标。如：(1)高输入阻抗型差模输入电阻不小于高输入阻抗型差模输入电阻不小于 109 。(2)高精度型高精度型 VIO/T 小于小于 2V/C。(3)宽带型增益带宽大。宽带型增益带宽大。(4)低功耗型当电源电压低功耗型
22、当电源电压 15 V 时，最大功耗不大于时，最大功耗不大于 6 mW。(5)高速型转换速率大于高速型转换速率大于 30 Vs。(6)高压型输出电压较高。高压型输出电压较高。5.2.3集成运算放大器的理想特性集成运算放大器的理想特性集成运放的理想特性为：集成运放的理想特性为：1输入信号为零时，输出端应恒定为零；输入信号为零时，输出端应恒定为零；2输入阻抗输入阻抗 ri=；3输出阻抗输出阻抗 ro=0；4频带宽度频带宽度 BW 应从应从 0；5开环电压放大倍数开环电压放大倍数 AVO=。在在实实际际应应用用和和分分析析集集成成运运放放电电路路时时，可可将将实实际际运运放放视视为为理想运放，以简化分
23、析。理想运放，以简化分析。5.2.4集成运算放大器的应用举例集成运算放大器的应用举例一、数学运算方面的应用举例一、数学运算方面的应用举例1 1简单的比例运算功能简单的比例运算功能(1)(1)反向输入比例运算电路反向输入比例运算电路此电路是电压并联负反馈放大电路此电路是电压并联负反馈放大电路。结结论论：反反相相输输入入比比例例运运算算电电路路的的闭闭环环放放大大倍倍数数与与 A AV VO O 无无关关，只取决于只取决于 R Rf f 与与 R R1 1 的比值；输出电压与输入电压成反相比例关系。的比值；输出电压与输入电压成反相比例关系。(2)(2)同相输入比例运算电路同相输入比例运算电路此电路
24、为电压串联负反馈放大电路。此电路为电压串联负反馈放大电路。结结论论：同同相相输输入入比比例例运运算算电电路路的的放放大大倍倍数数与与 A AV VO O 无无关关，只只取取决决于于 R Rf f 与与 R R1 1 的比值；输出电压与输入电压同相且成比例关系。的比值；输出电压与输入电压同相且成比例关系。2减法比例运算电路减法比例运算电路故电路又称为减法器。故电路又称为减法器。3.3.加法比例运算电路加法比例运算电路由由运运放放理理想想特特性性知知 iI 0，因因而而 iF=i1+i2+i3。由由于于 A A 点点为为“虚地虚地”，因此，因此整理可得整理可得若取若取 R1=R2=R3=R，上式简
25、化为上式简化为结论：结论：电路的输出电压正比于各输入电压之和。电路的输出电压正比于各输入电压之和。如果如果 Rf=R，则则vO=-(vI1+vI2+vI3)故电路称为故电路称为“加法器加法器”。同相加法电路调节困难，同相加法电路调节困难，且几个输入信号之间互且几个输入信号之间互相影响，无法操作，故相影响，无法操作，故实际应用很少。实际应用很少。例例 5.2.15.2.1计计算算各各电电路路的的阻阻值值并并连连接接集集成成运运放放电电路路图图，使使它满足它满足 v vi i 与与 v vO O 之间的下列运算关系：之间的下列运算关系：解解(1)(1)由由 vO=(vI1-vI2 )可可知知 Rf
26、/R1=20。所所以以只只要要按按减减法法比比例例运运算算电电路路连连接接，其其中中，R1=R2，R3=Rf 且且 Rf=20 R1 即符合要求。即符合要求。(2)(2)同同理理，用用加加法法比比例例电电路路接接线线，使使 Rf =10R1，且且 R1=R2=R3，R4=R1/R2/R3/Rf，即即满满足足 vO=-10(vI1+vI2+vI3)的的要求。要求。集集成成运运放放除除了了组组成成上上述述运运算算单单元元电电路路外外，还还可可改改变变反反馈馈元元件件或或连连接接方方式式组组成成乘乘法法、除除法法、开开方方、平平方方、指指数数、对对数数以以及及微分、积分等各种运算电路。微分、积分等各
27、种运算电路。二、其他方面的应用举例二、其他方面的应用举例1 1 反相器反相器如如果果令令反反相相比比例例运运放放中中的的 R f=R1，则则 vO=-vI，即即输输出出电电压压与输入电压在数值上相等且相位相反，称为与输入电压在数值上相等且相位相反，称为“反相器反相器”。符号符号：2 2电压跟随器电压跟随器如如果果令令同同相相输输入入比比例例运运放放中中的的 Rf=0，RI=，即即输输出出电电压压 vO 全部反馈到输入端，而且同相。则全部反馈到输入端，而且同相。则于是于是vO=vI即即输输出出电电压压与与输输入入电电压压数数值值相相等等且且同同相，称为电压跟随器。相，称为电压跟随器。图中图中“1
28、”表示放大系数为表示放大系数为 1。3LM324 组成电平指示电路组成电平指示电路(1)(1)LM324 简介简介LM324 是是含含有有四四个个运运放放的的集集成成组组件件。简简称称四四运运放放集集成成电电路。路。GND 为为接接地地端端，VCC 为为电电源源正正极极端端(6(6 V)V)，每每个个运运放放的的反反相相输输入入端端、同同相相输输入入端端、输输出出端端均均有有编编号号。例例如如，1 1V Vi i 、1 1V Vi+i+、1 1V VO O 分分别别表表示示 1 1 号号运运放放的的反反相相输输入入端端、同同相相输输入入端端及及输输出出端端。依依此此类类推推，2 2V Vi-i
29、-、2 2V Vi+i+、2 2V VO O 是表示是表示 2 2 号运放器的等等。号运放器的等等。(2)LM324(2)LM324 组成的电平指示器组成的电平指示器四四个个运运放放的的同同相相输输入入端端连连接接于于由由 V(2AP9)V(2AP9)、R R1010、C C2 2 组组成成的的整整流流电电路路输输出出端端，作作为为信信号号的的输输入入端端。输输出出端端分分别别通通过过限限流流电电阻阻 R R6 6、R R7 7、R R8 8、R R9 9 接接有有发发光光二二极极管管 LEDLED1 1、LEDLED4 4、LEDLED3 3、LEDLED2 2。反反相相输输入入端端分分别别
30、经经电电阻阻分分压压网网络络 R RP1P1、R R2 2、R R3 3、R R4 4、R R5 5 分分压压后后加上量值不等的正电压。加上量值不等的正电压。无无信信号号输输入入时时，四四个个运运放放同同相相输输入入端端皆皆为为零零电电平平，因因反反相相输输入入端端皆皆为为正正电电位位，所所以以各各运运放放输输出出低低电电平平，因因此此 V V1 1 V V4 4 各各发光二极管均不发光。发光二极管均不发光。有有信信号号输输入入时时，信信号号经经整整流流后后的的对对地地电电压压(电电位位)若若仅仅大大于于第第 2 2 脚电位，则第脚电位，则第 1 1 脚的发光二极管脚的发光二极管 V V1 1
31、 发光。发光。若若同同相相输输入入端端的的电电位位都都高高于于相相应应运运放放反反相相输输入入端端的的电电位位时时，四四个个发发光光二二极极管管 LEDLED1 1、LEDLED4 4、LEDLED3 3、LEDLED2 2 全部发光。全部发光。这这样样，随随着着音音频频信信号号强强弱弱的的变变化化，电电路路中中发发光光二二极极管管的的个个数数和和亮亮度度也也随随之之变变化化。其其中中，改改变变 R RP1P1 的的阻阻值值，可可调调整整发发光光二极管的亮度。二极管的亮度。5.2.55.2.5集成运放使用常识集成运放使用常识一、零点调整一、零点调整方方法法：将将输输入入端端短短路路接接地地，调
32、调整整调调零零电电位位器器，使使输输出出电电压为零。压为零。二、消除自激振荡二、消除自激振荡方方法法：加加阻阻容容补补偿偿网网络络。具具体体参参数数和和接接法法可可查查阅阅使使用用说说明明书书。目目前前，由由于于大大部部分分集集成成运运放放内内部部电电路路的的改改进进，已已不不需需要要外外加补偿网络。加补偿网络。三、保护电路三、保护电路1 1电源极性的保护电源极性的保护利利用用二二极极管管的的单单向向导导电电特特性性防防止止由由于于电电源源极极性性接接反反而而造造成成的的损损坏坏。当当电电源源极极性性错错接接成成上上负负下下正正时时，两两二二极极管管均均不不导导通通，等于电源断路，从而起到保护
33、作用。等于电源断路，从而起到保护作用。2 2输入保护输入保护利利用用二二极极管管的的限限幅幅作作用用对对输输入入信信号号幅幅度度加加以以限限制制，以以免免输输入入信信号号超超过过额额定定值值损损坏坏集集成成运运放放的的内内部部结结构构。无无论论是是输输入入信信号号的的正正向向电电压压或或负负向向电电压压超超过过二二极极管管导导通通电电压压，则则 V V1 1 或或 V V2 2 中中就就会会有有一一个个导导通通，从从而而限限制制了了输输入入信信号号的的幅幅度度，起起到到了了保保护护作作用。用。3 3输出保护输出保护利利用用稳稳压压管管 V V1 1 和和 V V2 2 接接成成反反向向串串联联
34、电电路路。若若输输出出端端出出现现过过高高电电压压，集集成成运运放放输输出出端端电电压压将将受受到到稳稳压压管管稳稳压压值值的的限限制，从而避免了损坏。制，从而避免了损坏。技能方法技能方法集成运放常见故障排除集成运放常见故障排除1 1、不能调零、不能调零若集成运放已加入较强的负反馈，在调节调零电位器时，输出电压不产生变化，其它原因可能是接线有误、电路虚焊或集成电路损坏。2 2、“堵塞堵塞”现象现象 又称“自锁”，指反馈放大器突然工作不正常，输出电压接近正、负电源2个极限值的情况。引起“阻塞”的原因是输入信号过强或受强干扰信号的影响，使运放内部某些管子进入饱和状态，从而使负反馈变成正反馈。解决办
35、法是切断电源，重新接通，或把组件的2个输入端短路一下，就可以是电路恢复正常工作。3 3、工作时产生、工作时产生“自激自激”产生自激原因可能是运放的产生自激原因可能是运放的RCRC补偿元件补偿元件参数选择不合适、电源滤波不良或输出端参数选择不合适、电源滤波不良或输出端有电容性负载。为了消除自激，应重新调整有电容性负载。为了消除自激，应重新调整RCRC补偿元件参数、加强对正负电源的滤波，补偿元件参数、加强对正负电源的滤波，调整电路的布局结构，避免电路接线过长。调整电路的布局结构，避免电路接线过长。一、集成运放非线性应用一、集成运放非线性应用 条件：条件：集成运放非线性应用时，工作在集成运放非线性应
36、用时，工作在开环或正反馈状态。开环或正反馈状态。“虚短虚短”，“虚地虚地”等等概念一般不再适用，但概念一般不再适用，但“虚断虚断”概念仍成立。概念仍成立。补充知识补充知识二、二、电压比较器电压比较器 反相输入反相输入 UO=Aod(uP-uN)=Aod(UREF-uI)=同相输入同相输入 UO=Aod(uP-uN)=Aod(uI-UREF)=（3 3）滞回电压比较器）滞回电压比较器 (施密特触发器施密特触发器)电压比较器引入正反馈。其作用：一是使电压比较器具电压比较器引入正反馈。其作用：一是使电压比较器具有二个阈值；二是使传输特性中的线性范围更窄，类似磁有二个阈值；二是使传输特性中的线性范围更
37、窄，类似磁滞回线特性，抗干扰能力较强。二个电压阈值分别为：滞回线特性，抗干扰能力较强。二个电压阈值分别为：UTH=根据叠加原理：考虑UREF的作用时输出端接地；考虑UO的作用时，输入端短接到地。a a、反相输入滞回比较器、反相输入滞回比较器b b、同相输入滞回比较器、同相输入滞回比较器（4 4）、）、集成电压比较器集成电压比较器 单电压比较器：单电压比较器：LM311 LM311 双电压比较器：双电压比较器：LM339 LM339 四电压比较器：四电压比较器：LM393 LM393 集成电压比较器与由集成运放组成的电压比较器区别：集成电压比较器与由集成运放组成的电压比较器区别：传输特性线性更陡
38、峭，精度高，灵敏度高；传输特性线性更陡峭，精度高，灵敏度高；输出端为输出端为OCOC门，需外接上拉电阻。门，需外接上拉电阻。补充知识点补充知识点 一、比例运算总结：反相输入能反相，比例系数Au可大于1，小于1，等于1；同相输入同相，比例系数Au可大于1，等于1；不能小于1，要想小于1，用反相比例加反相器。理论上讲，比例运算放大倍数取决于Rf与R1的比值，比例电阻选取无条件限制。实际上考虑到集成运放电路输入电阻，反馈电压等因素，Rf与R1并不能任意选取，其阻值不宜过小（如小于1K），又不宜过大（如大于1M），一般在几K到几百K之间。二、二、加法运算加法运算 本章小结1.1.直耦放大器存在的问题是
39、前后级直流电位相互影响和零直耦放大器存在的问题是前后级直流电位相互影响和零点漂移。通常用后级加发射极电阻的办法解决前后级电点漂移。通常用后级加发射极电阻的办法解决前后级电位的配合，用差分放大器抑制零漂。位的配合，用差分放大器抑制零漂。2.2.差分放大器对差模信号有放大作用；对共模信号有抑制差分放大器对差模信号有放大作用；对共模信号有抑制作用。用共模抑制比衡量差分放大器性能的优劣。作用。用共模抑制比衡量差分放大器性能的优劣。3.3.集成运算放大器是一种直接耦合的高放大倍数的线性集集成运算放大器是一种直接耦合的高放大倍数的线性集成电路，分析运放时应以理想特性为基础。成电路，分析运放时应以理想特性为
40、基础。4.4.集成运算放大器除基本运算外还有其他应用，如电压跟集成运算放大器除基本运算外还有其他应用，如电压跟随器、反相器等。随器、反相器等。5.5.使用集成运放应适当设置各种保护电路。使用集成运放应适当设置各种保护电路。本章重点本章重点1.1.了解差分放大器的电路特点、工作原理。了解差分放大器的电路特点、工作原理。2.2.了解差模信号与共模信号、失调与调零的概念。了解差模信号与共模信号、失调与调零的概念。3.3.了解集成电路的分类、特点和集成运放器主要参数。了解集成电路的分类、特点和集成运放器主要参数。4.4.掌握集成运算放大器的理想化特性。掌握集成运算放大器的理想化特性。5.5.掌握集成运
41、算放大器的基本运算电路和工作原理。掌握集成运算放大器的基本运算电路和工作原理。6.6.了解集成运算放大器的应用知识。了解集成运算放大器的应用知识。本章难点2 2、利利用用理理想想化化特特性性分分析析运运算算放放大器。大器。1 1、差分放大器抑制共模信号的过程。、差分放大器抑制共模信号的过程。学时分配学时分配序序 号号 内内 容容学时学时15.1直接耦合放大器直接耦合放大器225.2集成运算放大器集成运算放大器63实验七差分放大器实验七差分放大器24实验八运算放大器的运算电路实验八运算放大器的运算电路25本章小结本章小结6本章总学时本章总学时12模拟运算电路的实训模拟运算电路的实训一、实训目的一、实训目的1、通过实训加深理解集成运放的基本运算电路；2、掌握集成运算放大器的使用方法；二、实训内容二、实训内容 采用通用集成运放LM324，适当设计反馈网络，就可以构成反相、加法、减法、等比例运算电路，原理图如下图，采用技能高考万能板，运用电烙铁完成电路的搭建，然后调试、验证各电路的功能。LM324采用正负1 2 V供电。实训内容及步骤实训内容及步骤1、电源采用24V单电源2、先画实物连接图，然后在万能板上合理搭建电路。3、按下表在输入端加直流电压，并测出对应输出电压，算出比例系数。