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1、第11章 集成运算放大器 11.1 集成运算放大器的简单介绍11.2 运 算 放 大 器 在 信 号 运 算 方 面 的 应 用11.3 运算放大器在信号处理方面的应用11.1 集成运算放大器的简单介绍11.1.1 集成运算放大器的特点 在集成电路工艺中还难于制造电感元件和大容量电容，因此集成运放主要采用直接耦合。运算放大器的输入级采用差分放大电路，其特点是输入电阻高、抗干扰能力强、零漂小。在集成运算放大器中往往用晶体管恒流源代替电阻。集成电路中的二极管都采用晶体管构成，把发射极、基极、集电极三者适当组配使用。u-u0中间级输出级置 路 偏 电u+ui输入级 集成运放是具有高开环放大倍数并带有
2、深度负反馈的多级直接耦合放大电路。集成运放的组成框图11.1.2 电路的简单说明 输入级一般是差动放大器，利用其对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和电路性能，输入级有反相输入端、同相输入端两个输入端；中间级的主要作用是提高电压增益，一般由多级放大电路组成；输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器所组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。偏置电路是为各级提供合适的工作电流。此外还有一些过载保护电路及高频补偿环节等辅助环节。左图所示为A741集成运算放大器的芯片实物外形图 从实物外形图上可看出，A741集成运放有8个管脚，管脚的排列图、电路图符号如下：1A741 A74128 7 6 54 3空脚正
3、电源端输出端调零端调零端 反相输入端同相输入端负电源端集成运放的电路图符号 U0U+U-同相输入反相输入+12V输出6513724-12V调零电位器外部接线图11.1.4 理想运算放大器及其分析依据理想化的条件：开环电压放大倍数 AO;差模输入电阻 ri开环输出电阻 rO;0;共模抑制比 KCMRR1.电压传输特性uo0uiUOMUOM uo=f(ui),其中 ui=u u UiUi+线性区uiUiUi+Ui+和uiUi-饱和区uo=+UOMouuu+AO集成运放的理想电压传输特性0uouiUO+理想运放ouuu+uo0uiUo+U0-UimUim实际运放UO-11.2 运算放大器在信号运算方
4、面的应用11.2.1 11.2.1 比例运算比例运算1、反相输入比例运算电路uiuoi1ifiRfR1R2Rf引入深度负反馈R1输入电阻Rf反馈电阻R2平衡电阻R2=R1/R1i“虚断路”i-=0uif=oRfi1=if当Rf=R1=R时“虚地”u-=u+=0反相比例反相器Af=u0uiRfR1u0Af=1ui反相输入运算关系ui R1u=oRfuiuoi1ifi-RfR1R22、同相输入比例运算电路RfR1R2ui1if同相比例运算电路u u=o-R1R1 Rf+u-u=+故有：Auf=uoui=1+RfR1同相输入比例器uidu+u_id 0=uiu u=o iR1R1 Rf+o=1+ui
5、 Rf R1uoi电压跟随器当R1=或 Rf=0时uo=ui同相跟随器uiR2uoRfR1R2uoi1if同相比例运算电路ui=1+ui Rf R1uo11.2.2 11.2.2 加、减加、减 运算电路运算电路1、加法运算电路fu obui1 ui3ui2 i1i2i3if132Rb=R1/R2/R3/Rf 反相加法运算电路=1+ui2 uoRfR1R2+R3R3-ui1RfR12、减法运算电路差动比例运算电路因 i-=0，u_=ui1_i1R1i1=if=ui1_u0R1+Rfui1=_.R1ui1_u0R1+Rfui1ui2 u+=ui2R3R2+R3u_=u+u0R3RfR1R2i-u_
6、u+ifi1uoR1R2R3ui2ui1Rf=1+ui2 uoRfR1R2+R3R3-ui1RfR1当R1=Rf=R2=R3时u0=ui2ui1减法运算电路R 11ui121132212NN22NN11uof1uRRRRRRi2f2uo=ui1 ui2 11RRR RR R 13 12f1f2 f2 两级反相输入减法运算电路R1uoi1uiCif duCdt C iC=依据 u-=u+虚地R2i1=if，uR1i1=,iif=C dtdu0=uo C R1uidt得:10.2.3 10.2.3 积分积分、微分微分 运算电路运算电路积分运算电路 输入为阶跃电压时积分器的输入输出波形 uidt=u
7、o CR10tUR1C=t otuootuiUR1uoi1uiCifR2UOH-UOLuiuo0UDUR0uiuoUZR1R2RDzuOuiuRR1R2uouiuRUR 反相输入比较器 同相输入比较器11.3 运算放大器在信号处理方面的应用R1R2UOH-UOLttUOHUOL000uiuouOuiuo反相输入过零比较器uiR1R2R3RfDzuOuiUZUZ-UZUTLUTH0uiuo*滞回比较器滞回比较器 过零滞回比较器 本章要点11、了解集成运算放大器的基本组成及其主要参数、了解集成运算放大器的基本组成及其主要参数的意义。的意义。22、理解运算放大器的电压传输特性，掌握、理解运算放大器的电压传输特性，掌握“虚短虚短”及及“虚断虚断”的分析方法。的分析方法。33、理理解解运运算算放放大大器器组组成成的的比比例例、加加减减、微微分分和和积积分运算电路的工作原理。分运算电路的工作原理。44、理解电压比较器的工作原理和应用。、理解电压比较器的工作原理和应用。