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1、第第 9 章章 集成运算放大器集成运算放大器9.1 集成运算放大器概述集成运算放大器概述9.2 放大电路中的负放大电路中的负反馈反馈9.3 信号的运算和处理电路信号的运算和处理电路教教 学学 基基 本本 要要 求求 1.了解集成运算放大器的基本组成和电压传输特性；了解集成运算放大器的基本组成和电压传输特性；2.理解理解基本运算电路的工作原理和分析方法基本运算电路的工作原理和分析方法；9.1 集成运算放大器概述集成运算放大器概述(一一)集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成输入级输入级中间级中间级输出级输出级输入端输入端输出端输出端 特点：特点：多级直接耦合放大电路；多级直接耦合放大电路；输入
2、级采用差分放大电路，输入级采用差分放大电路，KCMRR 和和 ri 很高；很高；中间级采用多级共射电路，中间级采用多级共射电路，Au 很高；很高；输出级采用互补对称功率放大电路或共集放大输出级采用互补对称功率放大电路或共集放大电路，电路，ro 很小，带负载能力很强。很小，带负载能力很强。返返 回回下一节下一节上一页上一页下一页下一页反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端输出端输出端uouu+ud+Auo+输入方式输入方式:反相输入反相输入 同相输入同相输入 差分输入差分输入CF74181723456100 dB238 715 46uu+uo+UCCUEECF741 的外部接线和管脚图的外部接
3、线和管脚图返返 回回下一节下一节上一页上一页下一页下一页集成运放的图形符号集成运放的图形符号 理想运放的主要条件：理想运放的主要条件：(1)开环放大倍数：开环放大倍数：Ao(2)开环输入电阻：开环输入电阻：ri(3)开环输出电阻：开环输出电阻：ro0(4)共模抑制比：共模抑制比：KCMRRuouu+ud+理想运放的图形符号理想运放的图形符号返返 回回上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页(二二)电压传输特性电压传输特性ud0uo+线性区线性区正饱和区正饱和区负饱和区负饱和区+UOMUOM当当 ud+时：时：uo=Auo ud=Auo(u+u)当当 ud(+)时：时：uo=+UOM+U
4、CC当当 ud()时：时：uo=UOMUEE返返 回回下一节下一节上一页上一页下一页下一页9.2 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈放大电路放大电路Ao反馈电路反馈电路F输入信号输入信号xi净输入净输入 信号信号xd输出信号输出信号xo xf反馈信号反馈信号比较环节比较环节 反馈示意图反馈示意图开环放大倍数：开环放大倍数：Ao=xoxd 闭环放大倍数：闭环放大倍数：Af=xoxi 反馈系数：反馈系数：F=xfxo 返返 回回下一节下一节上一页上一页下一页下一页上一节上一节(一一)反馈的概念反馈的概念:由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出
5、电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放理想运放。理想运放的条件理想运放的条件虚短路虚短路放大倍数与负载无关。分析多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个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。可以分别对每个运放进行。虚开路虚开路运放工作在线性区的特点运放工作在线性区的特点在分析信号运算电路时对运放的处理在分析信号运算电路时对运放的处理分析运放组成的线性电路的出发点分析运放组成的线性电路的出发点虚短路虚短路虚开路虚开路放大倍数与负载无关，放大倍数与负载无关，可以分开分析可以分开分析。u+uo_+uIiuo+9.3 信号的运算和
6、处理电路信号的运算和处理电路(一一)运算电路运算电路(1)反相比例运算电路反相比例运算电路R1uiRfR2u-u+u=u+=0虚地虚地i1ifi1=ifuiR1=uoRfuo=f1ui闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数 Af返返 回回上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页i+=0i-=0i+i-平衡电阻平衡电阻当当 Rf=R1 时：时：uo=ui反相器反相器静态时静态时:uo+R1uiRfR2uu+平衡电阻平衡电阻:R2=R1/Rf返返 回回上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页 电阻电阻R2R2称为称为平衡电阻平衡电阻，其作用是使集成运放的两输入端对，其作用是使集成运放的两
7、输入端对地直流电阻相等，从而避免运放输入地直流电阻相等，从而避免运放输入 偏置电流在两输入端之偏置电流在两输入端之间产生附加的差模输入电压，间产生附加的差模输入电压，R2R2=R R1 1/R R f f 。1.引入的是引入的是电压并联负反馈电压并联负反馈3.由于反相输入端虚地，输入电阻为由于反相输入端虚地，输入电阻为R if=R1。特点：特点：2.反相比例电路中，集成运放的两个输入端电位相反相比例电路中，集成运放的两个输入端电位相等，均等于等，均等于0，如同两点接地一样，称为，如同两点接地一样，称为虚地虚地。4.输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强。5.5.u uICIC=0=0
8、，对，对K KCMRCMR的要求低，的要求低，u u+=u u-=0=0（虚地）。（虚地）。(2)同相比例运算电路同相比例运算电路uo+R1R2uiRfu-u+i1ifu=u+=uiif=i1uo u Rfuo=RfR1)u+(1+=uR1uo=RfR1)ui(1+uo=ui 条件条件？平衡电阻平衡电阻:R2=R1/Rfuo+ui电压跟随器电压跟随器返返 回回上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页i+=0i-=0i+i-Rf=0R1=电阻电阻R R称为称为平衡电阻平衡电阻，其作用是使集成运放的两输入端对，其作用是使集成运放的两输入端对地直流电阻相等，从而避免运放输入地直流电阻相等，从
9、而避免运放输入 偏置电流在两输入端之偏置电流在两输入端之间产生附加的差模输入电压，间产生附加的差模输入电压，R R=R R1 1/R R f f 。1.引入的是电压串联负反馈引入的是电压串联负反馈3.输出电压与输入电压同相，并且增益不会小于输出电压与输入电压同相，并且增益不会小于1.特点：特点：2.具有较高的输入电阻和很低的输出电阻，常做缓具有较高的输入电阻和很低的输出电阻，常做缓冲器，冲器，高高阻阻连接信号源，低阻连接负载连接信号源，低阻连接负载如果如果R R f f=0=0，则，则增益为增益为1，输出电压等于输入电压，而且相位，输出电压等于输入电压，而且相位相同，称为电压跟随器。相同，称为
10、电压跟随器。4.4.u uICIC=u ui i，对，对K KCMRCMR的要求高，的要求高，u u+=u u-=u ui i （不存在虚地）。（不存在虚地）。例例 测量电阻的电路如图所示。其中测量电阻的电路如图所示。其中 ui=U=10 V，输出端输出端接有满量程为接有满量程为 5 V 的电压表，被测电阻为的电压表，被测电阻为 Rx。试找出。试找出 Rx 与电压表读数的关系；与电压表读数的关系；uo+R11MuiRx +U V +05V解：解：uo=x1uix=1uiuo=105 uo uo/Vx/1 2 3 4 51052105310541055105返返 回回上一节上一节下一节下一节上一
11、页上一页下一页下一页相当于开路相当于开路uo=f12ui2(二二)加法运算电路加法运算电路uo+R12RfR2R11ui1ui2uo=uo+uo+相当于开路相当于开路ui2+R12RfR2R11uo+R12RfR2R11ui1uo虚地虚地uo=f11ui1虚地虚地返返 回回上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页uo=uo+uo+)f12=(f11ui1ui2 若若 R11=R12=R1，则：则：uo=f1(ui1+ui2)若若 R11=R12=Rf，则：则：uo=(ui1+ui2)平衡电阻平衡电阻:R2=R11/R12/Rf返返 回回上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页u
12、o+R12RfR2R11ui1ui2加法运算电路加法运算电路 (三三)减法运算电减法运算电路路R3uo+R1RfR2ui1ui2当当ui1单独作用时单独作用时:+R3uo+R1RfR2ui1R3uo+R1RfR2ui2uo=f1ui1 当当 ui2 单独作用时单独作用时:uo=(1+RfR1)u+RfR1)ui2=(1+?uu+u+=R3R2+R3ui2=(1+RfR1)R3R2+R3ui2返返 回回上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页则：则：uo=uo+uo当当RfR1)=(1+R3R2+R3ui2 ui1f1=f132时：时：uo=f1(ui2ui1)平衡电阻平衡电阻:R2/R
13、3=R1/Rf返返 回回上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页R3uo+R1RfR2ui1ui2减法运算电路减法运算电路 例例 两级运算电路如图所示。两级运算电路如图所示。(1)试推导试推导 uo 与与 ui1、ui2、ui3 的运算关系；的运算关系；(2)(2)若若:R1=R2=Rf1=30 k，R3=R4=R5=R6=Rf2=10 k，ui1=0.1 V，ui2=0.2 V，ui3=0.3 V，求求 uo 的值。的值。uo+R2Rf1R3R1ui1ui2R6+R4Rf2R5ui3 +uo 解：解：(1)uo=(f11ui1+f12ui2)第一级运算为加法运算：第一级运算为加法运算
14、：返返 回回上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页uo=Rf2R4)(1+R6R5+R6ui3=uof24Rf2R4)(1+R6R5+R6ui3f11ui1+f12ui2)+f24(2)uo=ui3+ui2+ui1=(0.3+0.2+0.1)V=0.6 V+R2Rf1R3R1ui1ui2R6+R4Rf2R5ui3 +uo uo返返 回回上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页第二级运算为减法运算：第二级运算为减法运算：例例1：求求uo与与ui1、ui2的运算关系式。的运算关系式。R1/Kui1R1+KR2ui2R2+uouo1解：解：第一级：第一级：第二级：第二级：返返 回回上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页例例2：求求uo。ui+2Ruo2+RFR1Ruo1+uoR2R23解：解：uo1=uiRfR1第一级：第一级：第二级：第二级：uo2=uo12RR2RfR1=uiuo=uo2uo1 2RfR1RfR1=ui+ui 3RfR1=ui 返返 回回上一节上一节下一节下一节上一页上一页下一页下一页