第07章集成運(yùn)算放大電路

1、第第7 7章章 集成運(yùn)算放大電路集成運(yùn)算放大電路7.1 7.1 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介n集成電路是利用半導(dǎo)體的制造工藝，把管子、電阻集成電路是利用半導(dǎo)體的制造工藝，把管子、電阻、電容、電路和連線等做在一個(gè)半導(dǎo)體基片上，形、電容、電路和連線等做在一個(gè)半導(dǎo)體基片上，形成不可分割的固體塊。集成電路中，元件密度高、成不可分割的固體塊。集成電路中，元件密度高、連線短、焊點(diǎn)少、外部引線少，因此大大提高了電連線短、焊點(diǎn)少、外部引線少，因此大大提高了電子線路及電子設(shè)備的靈活性和可靠性。它具有通用子線路及電子設(shè)備的靈活性和可靠性。它具有通用性強(qiáng)、可靠性高、體積小、重量輕、功耗小及性能性強(qiáng)、可靠性高

2、、體積小、重量輕、功耗小及性能優(yōu)越等特點(diǎn)，而且外部接線很少，調(diào)試極為方便，優(yōu)越等特點(diǎn)，而且外部接線很少，調(diào)試極為方便，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)控制、信息處現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)控制、信息處理以及通信工程等各個(gè)電子技術(shù)領(lǐng)域。理以及通信工程等各個(gè)電子技術(shù)領(lǐng)域。n集成電路按制造工藝不同分為半導(dǎo)體集成電路，薄集成電路按制造工藝不同分為半導(dǎo)體集成電路，薄膜、厚膜集成電路和混合集成電路；按有源元件類膜、厚膜集成電路和混合集成電路；按有源元件類型不同分為單極型、雙極型集成電路；按功能不同型不同分為單極型、雙極型集成電路；按功能不同又可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路。又可分為數(shù)字集成電路和模

3、擬集成電路。n模擬集成電路是以電壓或電流為變量對(duì)模擬量進(jìn)行模擬集成電路是以電壓或電流為變量對(duì)模擬量進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)換、調(diào)制的集成電路，它可分為線性集成放大、轉(zhuǎn)換、調(diào)制的集成電路，它可分為線性集成電路和非線性集成電路。線性集成電路是指輸入信電路和非線性集成電路。線性集成電路是指輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的變化成線性關(guān)系的電路，如集成運(yùn)號(hào)和輸出信號(hào)的變化成線性關(guān)系的電路，如集成運(yùn)算放大器。非線性集成電路是指輸入、輸出信號(hào)的算放大器。非線性集成電路是指輸入、輸出信號(hào)的變化成非線性關(guān)系的集成電路，如集成穩(wěn)壓器。變化成非線性關(guān)系的集成電路，如集成穩(wěn)壓器。7.1 7.1 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介n線性集成

4、電路總結(jié)起來有如下特點(diǎn)。線性集成電路總結(jié)起來有如下特點(diǎn)。n(1) (1) 集成電路中一般都采用直接耦合的電路結(jié)構(gòu)，而集成電路中一般都采用直接耦合的電路結(jié)構(gòu)，而不采用阻容耦合結(jié)構(gòu)。不采用阻容耦合結(jié)構(gòu)。n(2) (2) 集成電路的輸入級(jí)采用差動(dòng)放大電路，其目的是集成電路的輸入級(jí)采用差動(dòng)放大電路，其目的是為了克服直接耦合電路的零漂。為了克服直接耦合電路的零漂。n(3) NPN(3) NPN管和管和PNPPNP管配合使用，從而改進(jìn)單管的性能。管配合使用，從而改進(jìn)單管的性能。n(4) (4) 大量采用恒流源來設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)或作有源負(fù)載大量采用恒流源來設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)或作有源負(fù)載，用以提高電路性能。，用以提

5、高電路性能。7.1 7.1 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介n7.1.1.1 7.1.1.1 集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)n集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)如圖集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)如圖7-17-1所示。它有兩個(gè)所示。它有兩個(gè)輸入端，一個(gè)反相輸入端和一個(gè)同相輸入端。分別輸入端，一個(gè)反相輸入端和一個(gè)同相輸入端。分別用用“- -”“”“+ +”表示。有一個(gè)輸出端，輸出電壓表示。有一個(gè)輸出端，輸出電壓 與反與反相輸入端輸入電壓相輸入端輸入電壓 的相位相反，而與同相輸入端輸?shù)南辔幌喾?，而與同相輸入端輸入電壓入電壓 的相位相同。的相位相同。n集成放大器滿足下列關(guān)系式集成放大器滿足下列關(guān)

6、系式n (7-1) (7-1) n式中，式中， 為集成運(yùn)算放大器開環(huán)電壓放大倍數(shù)。為集成運(yùn)算放大器開環(huán)電壓放大倍數(shù)。ououAuu7.1.1 7.1.1 集成運(yùn)算放大器的基本組成集成運(yùn)算放大器的基本組成圖圖7-1 運(yùn)算放大器的電路符號(hào)運(yùn)算放大器的電路符號(hào)7.1.1 7.1.1 集成運(yùn)算放大器的基本組成集成運(yùn)算放大器的基本組成7.1.1 7.1.1 集成運(yùn)算放大器的基本組成集成運(yùn)算放大器的基本組成n7.1.1.2 7.1.1.2 集成運(yùn)算放大器的基本組成集成運(yùn)算放大器的基本組成n集成運(yùn)算放大器的類型很多，電路也各不相同，但集成運(yùn)算放大器的類型很多，電路也各不相同，但從電路的總體結(jié)構(gòu)上看，它們都具

7、有許多共同之處從電路的總體結(jié)構(gòu)上看，它們都具有許多共同之處，通常都是由輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路，通常都是由輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路組成。如圖組成。如圖7-27-2所示電路為集成運(yùn)算放大器所示電路為集成運(yùn)算放大器F741F741的的簡(jiǎn)化原理圖。簡(jiǎn)化原理圖。圖圖7-2 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器F74l的簡(jiǎn)化原理圖的簡(jiǎn)化原理圖 7.1.1 7.1.1 集成運(yùn)算放大器的基本組成集成運(yùn)算放大器的基本組成7.1.1 7.1.1 集成運(yùn)算放大器的基本組成集成運(yùn)算放大器的基本組成n1. 1. 輸入級(jí)輸入級(jí)n輸入級(jí)是集成運(yùn)算放大器性能保證的關(guān)鍵。為了減輸入級(jí)是集成運(yùn)算放大器性能保證的關(guān)鍵。為

8、了減少零點(diǎn)漂移和抑制共模干擾信號(hào)，要求輸入級(jí)溫漂少零點(diǎn)漂移和抑制共模干擾信號(hào)，要求輸入級(jí)溫漂小，共模抑制比高，有極高的輸入阻抗，一般采用小，共模抑制比高，有極高的輸入阻抗，一般采用具有恒流源的差動(dòng)放大電路。電路中具有恒流源的差動(dòng)放大電路。電路中V V1 1、V V2 2、V V3 3和和V V4 4組成差動(dòng)放大電路。組成差動(dòng)放大電路。5 5、V V6 6及及V V7 7組成恒流源電路，組成恒流源電路，作為差動(dòng)輸入級(jí)的有源負(fù)載。這一級(jí)不但能有效地作為差動(dòng)輸入級(jí)的有源負(fù)載。這一級(jí)不但能有效地抑制零漂，且具有較高的輸入阻抗，對(duì)輸入信號(hào)也抑制零漂，且具有較高的輸入阻抗，對(duì)輸入信號(hào)也具有一定的放大能力。

9、具有一定的放大能力。7.1.1 7.1.1 集成運(yùn)算放大器的基本組成集成運(yùn)算放大器的基本組成n2. 2. 中間級(jí)中間級(jí)n運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)主要是由中間級(jí)提供的，因運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)主要是由中間級(jí)提供的，因此要求中間級(jí)有較高的電壓放大倍數(shù)。一般放大倍此要求中間級(jí)有較高的電壓放大倍數(shù)。一般放大倍數(shù)可達(dá)幾萬甚至幾十萬以上，通常由多級(jí)放大電路數(shù)可達(dá)幾萬甚至幾十萬以上，通常由多級(jí)放大電路組成。如圖組成。如圖7-27-2所示，所示，V V8 8、V V9 9分別組成共集、共射放分別組成共集、共射放大電路，并有恒流源大電路，并有恒流源I ICBCB作負(fù)載，因而使該級(jí)可獲得作負(fù)載，因而使該級(jí)可獲得很高的電

10、壓增益，很高的電壓增益，V V1414作為射級(jí)跟隨器，起隔離作用作為射級(jí)跟隨器，起隔離作用，并可進(jìn)一步提高電壓放大倍數(shù)。，并可進(jìn)一步提高電壓放大倍數(shù)。7.1.1 7.1.1 集成運(yùn)算放大器的基本組成集成運(yùn)算放大器的基本組成n3. 3. 輸出級(jí)輸出級(jí)n該級(jí)的作用是提供一定幅度的電流和電壓輸出，用該級(jí)的作用是提供一定幅度的電流和電壓輸出，用以驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。對(duì)輸出級(jí)的要求是輸入阻抗高、以驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。對(duì)輸出級(jí)的要求是輸入阻抗高、輸出阻抗低。輸出阻抗低是為了提高帶負(fù)載能力；輸出阻抗低。輸出阻抗低是為了提高帶負(fù)載能力；輸入阻抗高是為了實(shí)現(xiàn)中間級(jí)與輸出級(jí)的隔離。所輸入阻抗高是為了實(shí)現(xiàn)中間級(jí)與輸出級(jí)的隔離。

11、所以輸出級(jí)常采用互補(bǔ)對(duì)稱或準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電以輸出級(jí)常采用互補(bǔ)對(duì)稱或準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路，如圖路，如圖7-27-2所示，輸出級(jí)采用了甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功所示，輸出級(jí)采用了甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路，率放大電路，V V1010、V V1111工作在二極管狀態(tài)，為工作在二極管狀態(tài)，為V V1212、V V1313提供靜態(tài)偏置電壓提供靜態(tài)偏置電壓( (約為約為1.4V)1.4V)，從而消除了交越失，從而消除了交越失真。真。7.1.1 7.1.1 集成運(yùn)算放大器的基本組成集成運(yùn)算放大器的基本組成n4. 4. 偏置電路偏置電路n偏置電路是為整個(gè)電路提供偏置電流、設(shè)置合適靜偏置電路是為整個(gè)電路提供偏置電流

12、、設(shè)置合適靜態(tài)工作點(diǎn)的。偏置電路大多由各種恒流源電路組成態(tài)工作點(diǎn)的。偏置電路大多由各種恒流源電路組成。它們一般也作為放大器的有源負(fù)載和差動(dòng)放大器。它們一般也作為放大器的有源負(fù)載和差動(dòng)放大器的發(fā)射極電阻。的發(fā)射極電阻。n集成運(yùn)算放大器除上述四部分外，還要有一些輔助集成運(yùn)算放大器除上述四部分外，還要有一些輔助電路，如過電流、過電壓、過熱保護(hù)電路等，圖中電路，如過電流、過電壓、過熱保護(hù)電路等，圖中略。略。7.1.1 7.1.1 集成運(yùn)算放大器的基本組成集成運(yùn)算放大器的基本組成n7.1.1.3 7.1.1.3 集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路框圖集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路框圖n集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路框圖如圖集

13、成運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路框圖如圖7-37-3所示。所示。圖圖7-3 集成運(yùn)放原理框圖集成運(yùn)放原理框圖n運(yùn)算放大器的好壞常用一些參數(shù)表征。為了合理地運(yùn)算放大器的好壞常用一些參數(shù)表征。為了合理地選用和正確地使用運(yùn)放，必須了解其各主要參數(shù)的選用和正確地使用運(yùn)放，必須了解其各主要參數(shù)的意義。下面介紹集成運(yùn)放的一些主要參數(shù)。意義。下面介紹集成運(yùn)放的一些主要參數(shù)。n7.1.2.1 7.1.2.1 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益A Ad dnA Ad d 是集成運(yùn)放在開環(huán)狀態(tài)、輸出不接負(fù)載時(shí)的直流是集成運(yùn)放在開環(huán)狀態(tài)、輸出不接負(fù)載時(shí)的直流差模電壓增益。它是決定運(yùn)算放大器運(yùn)算精度的主差模電壓增益。它是決定運(yùn)算

14、放大器運(yùn)算精度的主要因素。要因素。A Ad d 越大，說明性能越好，目前運(yùn)放的越大，說明性能越好，目前運(yùn)放的A Ad d可可以達(dá)到以達(dá)到10105 510108.58.5或或(100170dB)(100170dB)，理想運(yùn)放的，理想運(yùn)放的A Ad d值為值為無窮大。值得注意的是，無窮大。值得注意的是，A Ad d 是頻率的函數(shù)，隨著信是頻率的函數(shù)，隨著信號(hào)頻率號(hào)頻率( (一般超過幾兆赫一般超過幾兆赫) )的增高，的增高，A Ad d 將下降。將下降。7.1.2 7.1.2 集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)7.1.2 7.1.2 集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)n

15、7.1.2.2 7.1.2.2 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓U UOSOS及溫漂電壓及溫漂電壓d dU UOSOS /d/dT Tn如果集成運(yùn)放差動(dòng)輸入級(jí)非常對(duì)稱，當(dāng)輸入電壓為如果集成運(yùn)放差動(dòng)輸入級(jí)非常對(duì)稱，當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，輸出電壓也應(yīng)為零零時(shí)，輸出電壓也應(yīng)為零( (不加調(diào)零裝置不加調(diào)零裝置) )。但實(shí)際。但實(shí)際上它的差動(dòng)輸入級(jí)很難達(dá)到對(duì)稱，通常在室溫上它的差動(dòng)輸入級(jí)很難達(dá)到對(duì)稱，通常在室溫2525o oC C以以下，為了使輸入電壓為零時(shí)輸出電壓為零，在輸入下，為了使輸入電壓為零時(shí)輸出電壓為零，在輸入端加的補(bǔ)償電壓叫做輸入失調(diào)電壓端加的補(bǔ)償電壓叫做輸入失調(diào)電壓U UOSOS。它的大小反。它的大小

16、反映了當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出電壓應(yīng)映了當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出電壓應(yīng)為零。但實(shí)際上由于制造工藝等多方面原因，它的為零。但實(shí)際上由于制造工藝等多方面原因，它的差動(dòng)輸入級(jí)很難做到完全對(duì)稱，故當(dāng)輸入為零時(shí)，差動(dòng)輸入級(jí)很難做到完全對(duì)稱，故當(dāng)輸入為零時(shí)，輸出并不為零，這一輸出電壓折合到輸入端的值就輸出并不為零，這一輸出電壓折合到輸入端的值就稱為輸入失調(diào)電壓，即稱為輸入失調(diào)電壓，即oosdUUA7.1.2 7.1.2 集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)n也可以反過來說，若要使輸出電壓為零，則必須在也可以反過來說，若要使輸出電壓為零，則必須在輸入端加一個(gè)很小的補(bǔ)償電壓，這

17、個(gè)電壓就是輸入輸入端加一個(gè)很小的補(bǔ)償電壓，這個(gè)電壓就是輸入失調(diào)電壓。它反映了線性組件內(nèi)部制造的對(duì)稱程度失調(diào)電壓。它反映了線性組件內(nèi)部制造的對(duì)稱程度。一般。一般U Uosos為毫伏數(shù)量級(jí)，其值越小越好，理想運(yùn)為毫伏數(shù)量級(jí)，其值越小越好，理想運(yùn)放的放的U Uosos為零。為零。n輸入失調(diào)電壓的大小還隨溫度、電源電壓的變化而輸入失調(diào)電壓的大小還隨溫度、電源電壓的變化而變化。通常輸入失調(diào)電壓對(duì)溫度的變化率稱之為輸變化。通常輸入失調(diào)電壓對(duì)溫度的變化率稱之為輸入電壓溫度漂移入電壓溫度漂移( (簡(jiǎn)稱輸入失調(diào)電壓溫漂簡(jiǎn)稱輸入失調(diào)電壓溫漂) )，用，用d dU UOSOS/d/dT T表示，一般為表示，一般為(

18、1020)V/(1020)V/7.1.2 7.1.2 集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)n7.1.2.3 7.1.2.3 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流I Iosos及其溫漂及其溫漂d dI IOSOS/d/dT Tn在常溫下，當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，放大器的兩個(gè)輸入在常溫下，當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，放大器的兩個(gè)輸入端的基極靜態(tài)電流之差稱為輸入失調(diào)電流，用端的基極靜態(tài)電流之差稱為輸入失調(diào)電流，用I Iosos表表示，一般為微安數(shù)量級(jí)，反應(yīng)了輸入級(jí)兩管輸入電示，一般為微安數(shù)量級(jí)，反應(yīng)了輸入級(jí)兩管輸入電流的不對(duì)稱情況，其值越小越好。理想運(yùn)放的流的不對(duì)稱情況，其值越小越好。理想運(yùn)放的I Iosos為為零

19、。零。nI Iosos隨溫度變化而變化，隨溫度變化而變化，I Iosos隨溫度的變化率稱為輸入隨溫度的變化率稱為輸入失調(diào)電流溫漂，用失調(diào)電流溫漂，用 表示，單位為表示，單位為nA/nA/. .OSd/ dIT7.1.2 7.1.2 集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)n7.1.2.4 7.1.2.4 輸入偏置電流輸入偏置電流I IB Bn當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，輸入級(jí)兩個(gè)差動(dòng)管靜態(tài)基極電流的當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，輸入級(jí)兩個(gè)差動(dòng)管靜態(tài)基極電流的平均值稱為輸入偏置電流，它的大小反映了運(yùn)放輸入電平均值稱為輸入偏置電流，它的大小反映了運(yùn)放輸入電阻的高低。它的典型值是幾百納安，其值越小越好。阻的高低。

20、它的典型值是幾百納安，其值越小越好。n7.1.2.5 7.1.2.5 差模輸入電阻差模輸入電阻R Ridid和輸出電阻和輸出電阻R Ro on差模輸入電阻是指集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端之間的動(dòng)態(tài)電差模輸入電阻是指集成運(yùn)放的兩個(gè)輸入端之間的動(dòng)態(tài)電阻，反映輸入端向差動(dòng)信號(hào)源索取電流的能力，即阻，反映輸入端向差動(dòng)信號(hào)源索取電流的能力，即R Ridid= =U Uidid/ /I Iid id ，如圖，如圖7-47-4所示，它反映了運(yùn)算放大器所示，它反映了運(yùn)算放大器對(duì)信號(hào)源的影響程度，對(duì)信號(hào)源的影響程度，R Ridid越大，對(duì)輸入信號(hào)影響越小。越大，對(duì)輸入信號(hào)影響越小。它的典型值為它的典型值為lMlM ，國

21、產(chǎn)高輸入阻抗的運(yùn)放，其值可達(dá)，國產(chǎn)高輸入阻抗的運(yùn)放，其值可達(dá)到到10101212 。7.1.2 7.1.2 集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)n輸出電阻輸出電阻R Ro o是指元件在開環(huán)狀態(tài)下，輸出端電壓變化是指元件在開環(huán)狀態(tài)下，輸出端電壓變化量與輸出電流變化量的比值。它的數(shù)值大小反映元量與輸出電流變化量的比值。它的數(shù)值大小反映元件帶負(fù)載能力的強(qiáng)弱。件帶負(fù)載能力的強(qiáng)弱。R Ro o的數(shù)值一般是幾十歐姆到幾的數(shù)值一般是幾十歐姆到幾百歐姆，其值越小越好。百歐姆，其值越小越好。圖圖7-4 差模輸入電阻的計(jì)算差模輸入電阻的計(jì)算7.1.2 7.1.2 集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)集成運(yùn)算放大器

22、的主要參數(shù)n7.1.2.6 7.1.2.6 最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓U UidMidMn最大差模輸入電壓是指集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端所允許最大差模輸入電壓是指集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端所允許加的最大差模電壓，超過此電壓，集成運(yùn)放輸入級(jí)加的最大差模電壓，超過此電壓，集成運(yùn)放輸入級(jí)某一側(cè)三極管將會(huì)出現(xiàn)發(fā)射結(jié)反向擊穿，使運(yùn)放不某一側(cè)三極管將會(huì)出現(xiàn)發(fā)射結(jié)反向擊穿，使運(yùn)放不能正常工作。目前運(yùn)放的能正常工作。目前運(yùn)放的U UidMidM可以達(dá)到十幾伏至三十可以達(dá)到十幾伏至三十幾伏。幾伏。n7.1.2.7 7.1.2.7 最大共模輸入電壓最大共模輸入電壓U UicMicMn集成運(yùn)算放大器經(jīng)常工作在共模輸入的情況下

23、，集成運(yùn)算放大器經(jīng)常工作在共模輸入的情況下，U UicMicM是指允許加在運(yùn)放兩個(gè)輸入端的最大共模輸入電壓是指允許加在運(yùn)放兩個(gè)輸入端的最大共模輸入電壓。當(dāng)實(shí)際的共模信號(hào)大于。當(dāng)實(shí)際的共模信號(hào)大于U UicMicM時(shí)，將使輸入級(jí)工作不時(shí)，將使輸入級(jí)工作不正常，共模抑制比顯著下降。一般集成運(yùn)放的正常，共模抑制比顯著下降。一般集成運(yùn)放的U UicMicM值值為幾伏至二十幾伏。為幾伏至二十幾伏。7.1.2 7.1.2 集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)n7.1.2.8 7.1.2.8 共模抑制比共模抑制比n共模抑制比為共模抑制比為CMRRCMRR= =A Ad d / /A AC C表示

24、集成運(yùn)放對(duì)共模信號(hào)表示集成運(yùn)放對(duì)共模信號(hào)的抑制能力，其值越大越好。一般為的抑制能力，其值越大越好。一般為6060130dB130dB。n集成運(yùn)算放大器還有其他一些參數(shù)，此處從略。幾集成運(yùn)算放大器還有其他一些參數(shù)，此處從略。幾種通用型集成運(yùn)放的參數(shù)見表種通用型集成運(yùn)放的參數(shù)見表7-17-1。CMRRkBWfkHzosd/ dV /UTosd/ dnA /ITCCEEVVV型型 號(hào)號(hào) / / / / / / / / / / /國國外外國國產(chǎn)產(chǎn)A741F74120.020.081069021037-18LM528F52810.020.0210085-1.5LM324F3245nA45nA10PA/o

25、Cos/ mVUosIABIAdAdBdBidR表表7-1 通用型集成運(yùn)放參數(shù)通用型集成運(yùn)放參數(shù)7.1.2 7.1.2 集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)CMRRkBWfkHzosd/ dV /UTosd/ dnA /ITCCEEVVV型型 號(hào)號(hào) / / / / / / / / / / /國國外外國國產(chǎn)產(chǎn)os/ mVUosIABIAdAdBdBidRLM158CF15850.030.15160100-4MHz3-LM101CF1010.71.5nA30nA160964103-3-LM747F7470.020.082103續(xù)表續(xù)表 7.1.2 7.1.2 集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)集

26、成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)n1. 1. 理想運(yùn)算放大器的條件理想運(yùn)算放大器的條件n在討論模擬信號(hào)的運(yùn)算電路時(shí)，為了使問題分析簡(jiǎn)在討論模擬信號(hào)的運(yùn)算電路時(shí)，為了使問題分析簡(jiǎn)化，通常把集成運(yùn)放看成理想器件。理想運(yùn)放應(yīng)滿化，通常把集成運(yùn)放看成理想器件。理想運(yùn)放應(yīng)滿足如下幾個(gè)條件。足如下幾個(gè)條件。n(1) (1) 開環(huán)差模電壓增益無窮大，即開環(huán)差模電壓增益無窮大，即 。n(2) (2) 開環(huán)差模輸入電阻無窮大，即開環(huán)差模輸入電阻無窮大，即 。n(3) (3) 開環(huán)輸出電阻為零，即開環(huán)輸出電阻為零，即 。n(4) (4) 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓 和輸入失調(diào)電流和輸入失調(diào)電流 為零等。為零等。dA iR o

27、R osI7.1.3 7.1.3 集成運(yùn)算放大器的基本分析方法集成運(yùn)算放大器的基本分析方法7.1.3 7.1.3 集成運(yùn)算放大器的基本分析方法集成運(yùn)算放大器的基本分析方法n目前用戶能買到的許多集成運(yùn)放都很接近理想運(yùn)目前用戶能買到的許多集成運(yùn)放都很接近理想運(yùn)放，因此，在分析集成運(yùn)放的應(yīng)用電路時(shí)將它視放，因此，在分析集成運(yùn)放的應(yīng)用電路時(shí)將它視為理想運(yùn)放是符合實(shí)際的，會(huì)給電路分析帶來較為理想運(yùn)放是符合實(shí)際的，會(huì)給電路分析帶來較大的方便，雖然會(huì)產(chǎn)生一些誤差，但往往都是在大的方便，雖然會(huì)產(chǎn)生一些誤差，但往往都是在工程允許范圍之內(nèi)的。工程允許范圍之內(nèi)的。7.1.3 7.1.3 集成運(yùn)算放大器的基本分析方法

28、集成運(yùn)算放大器的基本分析方法n2. 2. 運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性與基本工作方式運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性與基本工作方式n如圖如圖7-5(a)7-5(a)所示是集成運(yùn)放開環(huán)運(yùn)用時(shí)的示意圖，圖中所示是集成運(yùn)放開環(huán)運(yùn)用時(shí)的示意圖，圖中 u u+ +、u u- -是相應(yīng)輸入端電壓，是相應(yīng)輸入端電壓，u uo o為輸出電壓，其電壓傳輸為輸出電壓，其電壓傳輸特性如圖特性如圖7-5(b)7-5(b)所示，從圖所示，從圖7-5(b)7-5(b)可以看出，集成運(yùn)放可以看出，集成運(yùn)放有兩個(gè)工作區(qū)，當(dāng)輸入電壓有兩個(gè)工作區(qū)，當(dāng)輸入電壓u ui i在在ABAB之間時(shí)，運(yùn)放處于線之間時(shí)，運(yùn)放處于線性工作區(qū)，在性工作區(qū)，在

29、ABAB段以外時(shí)則處于非線性工作區(qū)。段以外時(shí)則處于非線性工作區(qū)。(a) (b) 圖圖7-5 集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性集成運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性7.1.3 7.1.3 集成運(yùn)算放大器的基本分析方法集成運(yùn)算放大器的基本分析方法n運(yùn)放在線性區(qū)時(shí)，輸入輸出之間滿足式運(yùn)放在線性區(qū)時(shí)，輸入輸出之間滿足式(7-1)(7-1)。由于。由于A Ad d很大，所以，運(yùn)放開環(huán)工作時(shí)線性區(qū)很窄，很大，所以，運(yùn)放開環(huán)工作時(shí)線性區(qū)很窄，u ui i僅為僅為幾毫伏甚至更小，為擴(kuò)大外部線性工作范圍，必須幾毫伏甚至更小，為擴(kuò)大外部線性工作范圍，必須對(duì)運(yùn)放施加足夠深的負(fù)反饋，以便壓低運(yùn)放的差模對(duì)運(yùn)放施加足夠深的負(fù)反饋，以便

30、壓低運(yùn)放的差模輸入信號(hào)，保證運(yùn)放處于線性工作區(qū)，所以運(yùn)放的輸入信號(hào)，保證運(yùn)放處于線性工作區(qū)，所以運(yùn)放的線性應(yīng)用電路均為負(fù)反饋電路。線性應(yīng)用電路均為負(fù)反饋電路。n運(yùn)算放大器工作在非線性區(qū)時(shí)，輸入輸出之間無線運(yùn)算放大器工作在非線性區(qū)時(shí)，輸入輸出之間無線性關(guān)系，輸出只有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，一是正向飽和值性關(guān)系，輸出只有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，一是正向飽和值U UOMOM，一是負(fù)向飽和值，一是負(fù)向飽和值- -U UOM OM ，U UOMOM是運(yùn)算放大器所能達(dá)是運(yùn)算放大器所能達(dá)到的最大輸出值，約比電源電壓低到的最大輸出值，約比電源電壓低2V2V。運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器的輸入信號(hào)過大或工作在開環(huán)狀態(tài)或加正反饋時(shí)，的輸入

31、信號(hào)過大或工作在開環(huán)狀態(tài)或加正反饋時(shí)，運(yùn)放均可進(jìn)入非線性區(qū)。運(yùn)放均可進(jìn)入非線性區(qū)。7.1.3 7.1.3 集成運(yùn)算放大器的基本分析方法集成運(yùn)算放大器的基本分析方法n3. 3. 理想運(yùn)放的兩個(gè)重要結(jié)論理想運(yùn)放的兩個(gè)重要結(jié)論n(1) (1) 虛短虛短 即即u u+ += =u u由式由式(7-1)(7-1)可知，在線性范圍內(nèi)集可知，在線性范圍內(nèi)集成運(yùn)放的差動(dòng)輸入信號(hào)電壓為成運(yùn)放的差動(dòng)輸入信號(hào)電壓為n由于理想運(yùn)放的由于理想運(yùn)放的 ，而輸出電壓，而輸出電壓u uo o又是一個(gè)有又是一個(gè)有限值，因此有限值，因此有n 即即 (7-2)(7-2)n此為虛短，即兩個(gè)輸入端電位相等，好像短接在一此為虛短，即兩個(gè)

32、輸入端電位相等，好像短接在一起一樣，但實(shí)際上又不是短接在一起，所以稱虛短起一樣，但實(shí)際上又不是短接在一起，所以稱虛短。理想運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)，虛短現(xiàn)象總是。理想運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)，虛短現(xiàn)象總是存在的存在的。oduuuA-dA 0uuuu7.1.3 7.1.3 集成運(yùn)算放大器的基本分析方法集成運(yùn)算放大器的基本分析方法n(2) (2) 虛斷虛斷 即即i i+ +=i=i=0(=0(見圖見圖7-5(a)7-5(a)n而理想運(yùn)放的而理想運(yùn)放的 ，且，且 又是有限值，所又是有限值，所以有以有n即即 i i= =i i=0=0 (7-3)(7-3)ididuui RuuiRidR uuid0u

33、uiiR7.1.3 7.1.3 集成運(yùn)算放大器的基本分析方法集成運(yùn)算放大器的基本分析方法n此為虛斷，即從輸入端流入或流出的電流為零，好此為虛斷，即從輸入端流入或流出的電流為零，好象輸入端與運(yùn)放器件斷開一樣，但實(shí)際上不是斷開象輸入端與運(yùn)放器件斷開一樣，但實(shí)際上不是斷開，所以稱虛斷。理想運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)和非，所以稱虛斷。理想運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)和非線性區(qū)時(shí)，虛斷現(xiàn)象總是存在的。線性區(qū)時(shí)，虛斷現(xiàn)象總是存在的。n正確運(yùn)用上述兩個(gè)結(jié)論，可以使集成運(yùn)放應(yīng)用電路正確運(yùn)用上述兩個(gè)結(jié)論，可以使集成運(yùn)放應(yīng)用電路的分析過程大大簡(jiǎn)化。的分析過程大大簡(jiǎn)化。n1. 1. 集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的線

34、性應(yīng)用n(1) (1) 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路 1) 1) 反相輸入比例運(yùn)算電路反相輸入比例運(yùn)算電路n如圖如圖7-67-6所示的電路就是由集成運(yùn)放組成的反相輸入所示的電路就是由集成運(yùn)放組成的反相輸入比例運(yùn)算電路，輸入信號(hào)從反相輸入端加入，又叫比例運(yùn)算電路，輸入信號(hào)從反相輸入端加入，又叫反相放大器。反饋電阻反相放大器。反饋電阻 跨接在輸出端與反相輸入跨接在輸出端與反相輸入端之間，使電路工作在閉環(huán)工作狀態(tài)。圖中端之間，使電路工作在閉環(huán)工作狀態(tài)。圖中 稱為稱為平衡電阻，由于集成運(yùn)放的輸入級(jí)為差動(dòng)放大器，平衡電阻，由于集成運(yùn)放的輸入級(jí)為差動(dòng)放大器，為減少失調(diào)參數(shù)的影響，故要求輸入回路兩端對(duì)稱為減少失

35、調(diào)參數(shù)的影響，故要求輸入回路兩端對(duì)稱，即要求集成運(yùn)放兩個(gè)外部入端電阻相等。圖中反，即要求集成運(yùn)放兩個(gè)外部入端電阻相等。圖中反相輸入端的入端等效電阻為相輸入端的入端等效電阻為 / / ，因此取，因此取 / / FRR1RFR1RR FR7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用圖圖7-6 反向輸入比例運(yùn)算電路反向輸入比例運(yùn)算電路7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n把圖中運(yùn)放視為理想運(yùn)放，則根據(jù)虛斷和虛短的概把圖中運(yùn)放視為理想運(yùn)放，則根據(jù)虛斷和虛短的概念可得念可得i i= =i i=

36、0=0u u+ +- -u u=0=0i i1 1= =i iF Fnn (7-4) (7-4)i11uuiR-oF0uuiRFoi1RuuR -7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n由式由式(7-4)(7-4)可得如下結(jié)論：可得如下結(jié)論：n 輸出電壓與輸入電壓成正比例關(guān)系，比例系數(shù)為輸出電壓與輸入電壓成正比例關(guān)系，比例系數(shù)為R RF F/ /R R1 1，若取，若取R RF F= =R R1 1，則電路成為反相器或倒相器。，則電路成為反相器或倒相器。n 式中負(fù)號(hào)表明輸出電壓與輸入電壓反相位，這也式中負(fù)號(hào)表明輸出電壓與輸入電壓反相位，這也是反相比例運(yùn)算電路名稱的由來

37、。是反相比例運(yùn)算電路名稱的由來。n 比例系數(shù)的大小僅與運(yùn)放外電路參數(shù)比例系數(shù)的大小僅與運(yùn)放外電路參數(shù)R RF F與與R R1 1的取的取值有關(guān)，因此選取阻值穩(wěn)定、精度高的電阻器值有關(guān)，因此選取阻值穩(wěn)定、精度高的電阻器R RF F與與R R1 1是提高電路運(yùn)算精度的關(guān)鍵。一般地，是提高電路運(yùn)算精度的關(guān)鍵。一般地，R RF F與與R R1 1的取值的取值約為約為1k1k 1M1M 。7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n2) 2) 同相輸入比例運(yùn)算電路同相輸入比例運(yùn)算電路n如圖如圖7-77-7所示電路為同相輸入比例運(yùn)算電路，也稱同所示電路為同相輸入比例運(yùn)算電路，也稱同相

38、放大器，它是同相比例運(yùn)算電路中最基本的形式相放大器，它是同相比例運(yùn)算電路中最基本的形式。輸入信號(hào)。輸入信號(hào)u ui i通過通過R R2 2加到集成運(yùn)算放大器的同相輸入加到集成運(yùn)算放大器的同相輸入端，負(fù)反饋電阻端，負(fù)反饋電阻R RF F跨接在輸出端與反相輸入端之間，跨接在輸出端與反相輸入端之間，平衡電阻平衡電阻R R2 2= =R R3 3 /R RF F。n根據(jù)虛短與虛斷的概念可得根據(jù)虛短與虛斷的概念可得u u+ +- -u u= =u ui ii i1 1= =i iF FoFFuuiR圖圖7-7 同相輸入比例運(yùn)算電路同相輸入比例運(yùn)算電路7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放

39、大器的運(yùn)用7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n聯(lián)立上述四式得聯(lián)立上述四式得n (7-5)(7-5)n式式(7-5)(7-5)表明，輸出電壓表明，輸出電壓u uo o與輸入電壓與輸入電壓u ui i成正比例關(guān)成正比例關(guān)系，比例系數(shù)是系，比例系數(shù)是(1+(1+R RF F/ /R R1 1) )，而且，而且u uo o與與u ui i同相位。當(dāng)同相位。當(dāng)R RF F=0=0時(shí)，電路稱為同號(hào)器或電壓跟隨器，時(shí)，電路稱為同號(hào)器或電壓跟隨器，u uo o與與u ui i的關(guān)的關(guān)系為系為u uo o= =u ui i，如圖，如圖7-87-8所示。所示。Foi11RuuR圖圖7

40、-8 電壓跟隨器電壓跟隨器7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n同相輸入比例運(yùn)算電路還有一種形式如圖同相輸入比例運(yùn)算電路還有一種形式如圖7-97-9所示，所示，u uo o與與u ui i的關(guān)系應(yīng)為的關(guān)系應(yīng)為n (7-6) (7-6)n式式(7-6)(7-6)的推導(dǎo)讀者可以自己完成。的推導(dǎo)讀者可以自己完成。3Foi1231RRuuRRR圖圖7-9 接接R3的同相輸入的同相輸入比例比例運(yùn)算電路運(yùn)算電路7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n3) 3) 差動(dòng)輸入比例運(yùn)算電路差動(dòng)輸入比例運(yùn)算電路n當(dāng)集成運(yùn)算放大器的同相輸入端和反相輸入端都接有當(dāng)集

41、成運(yùn)算放大器的同相輸入端和反相輸入端都接有輸入信號(hào)時(shí)，稱為差動(dòng)輸入比例運(yùn)算電路，它的基本輸入信號(hào)時(shí)，稱為差動(dòng)輸入比例運(yùn)算電路，它的基本電路形式如圖電路形式如圖7-107-10所示，所示，4 4個(gè)外接電阻應(yīng)滿足個(gè)外接電阻應(yīng)滿足R R1 1 / / R RF F= =R R2 2/R R3 3。輸入與輸出關(guān)系的推導(dǎo)可采用兩種方法。輸入與輸出關(guān)系的推導(dǎo)可采用兩種方法。圖圖7-10 差動(dòng)輸入比例差動(dòng)輸入比例運(yùn)算電路運(yùn)算電路7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n 仍用虛短與虛斷的概念，可得仍用虛短與虛斷的概念，可得n聯(lián)立上述聯(lián)立上述4 4式求解得式求解得n (7-7)(7-7

42、)i2323u RuuRRi111uuiRoFFuuiR1Fii3FFoi2i11231(1)RRRuuuRRRR7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n 使用疊加原理使用疊加原理n運(yùn)算放大器作線性應(yīng)用時(shí)，均可使用疊加原理。如運(yùn)算放大器作線性應(yīng)用時(shí)，均可使用疊加原理。如圖圖7-107-10所示電路，令所示電路，令u ui1i1單獨(dú)作用，單獨(dú)作用，u ui2i2端視為接地，端視為接地，輸出為輸出為 ，此時(shí)電路變?yōu)榉聪啾壤\(yùn)算電路，根據(jù)，此時(shí)電路變?yōu)榉聪啾壤\(yùn)算電路，根據(jù)式式(7-4)(7-4)可直接寫出可直接寫出n令令u ui2i2單獨(dú)作用，單獨(dú)作用，u ui1i1端視

43、為接地，輸出為端視為接地，輸出為 。此時(shí)電路。此時(shí)電路變?yōu)橥啾壤\(yùn)算電路，同樣可根據(jù)式（變?yōu)橥啾壤\(yùn)算電路，同樣可根據(jù)式（7-67-6）直接）直接寫出寫出nFoi11RuuR 3Foi2123(1)RRuuRRR7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n電路總的電壓輸出為電路總的電壓輸出為u uo o為為n即即ooouuu3FFoi2i11231(1)RRRuuuRRRR7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n上式顯然與式上式顯然與式(7-7)(7-7)相同，這說明使用疊加原理，相同，這說明使用疊加原理，可借用前面推導(dǎo)過的基本反相、同相比例

44、運(yùn)算電路可借用前面推導(dǎo)過的基本反相、同相比例運(yùn)算電路的結(jié)果，直接寫出式的結(jié)果，直接寫出式(7-7)(7-7)。若取。若取R R1 1= =R R2 2，R RF F= =R R3 3，則，則式式(7-7)(7-7)可簡(jiǎn)化為可簡(jiǎn)化為n (7-8)(7-8)n若取若取R R1 1= =R RF F，則上式可簡(jiǎn)化為，則上式可簡(jiǎn)化為n (7-9)(7-9)n由此可知，差動(dòng)輸入放大電路可視為一個(gè)減法運(yùn)算由此可知，差動(dòng)輸入放大電路可視為一個(gè)減法運(yùn)算電路。電路。Foi2i11()RuuuRoi2i1uuu7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n【例例7.17.1】 如圖如圖7-11

45、7-11所示是由集成運(yùn)放構(gòu)成的兩級(jí)所示是由集成運(yùn)放構(gòu)成的兩級(jí)放大電路，圖中放大電路，圖中R R1 1=10k=10k ，R RF F=50k=50k ，R R3 3= =R R4 4=20k=20k ，E=0.5VE=0.5V，試求，試求u uo o= =？并計(jì)算？并計(jì)算R R2 2與與R R5 5。圖圖7-11 例題例題7.1圖圖7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n解：設(shè)第一級(jí)運(yùn)放的輸出為解：設(shè)第一級(jí)運(yùn)放的輸出為u uo1o1。兩級(jí)電路均為基本。兩級(jí)電路均為基本反相比例運(yùn)算電路，所以可直接寫出反相比例運(yùn)算電路，所以可直接寫出nu uo1o1則作為第二級(jí)電路的輸入

46、，則第二級(jí)運(yùn)放對(duì)地輸則作為第二級(jí)電路的輸入，則第二級(jí)運(yùn)放對(duì)地輸出出 為為Fo11500.52.5V10RuER 44Foo133120500.52.5V2010RR RuuERR R 7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n所求輸出電壓為所求輸出電壓為n取取 R R2 2=8.2k=8.2k n R R5 5=10k=10k ooo12.52.55Vuuu21F10 508.33kRRR534202010kRRR7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n(2)(2) 算數(shù)求和運(yùn)算電路算數(shù)求和運(yùn)算電路n1) 1) 反相求和運(yùn)算電路反相求和運(yùn)算電路

47、n在反相比例運(yùn)算電路的基礎(chǔ)上再增加幾個(gè)輸入支路在反相比例運(yùn)算電路的基礎(chǔ)上再增加幾個(gè)輸入支路，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)輸入信號(hào)的求和運(yùn)算。，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)輸入信號(hào)的求和運(yùn)算。n如圖如圖7-127-12所示電路是具有三個(gè)輸入信號(hào)的反相求和所示電路是具有三個(gè)輸入信號(hào)的反相求和運(yùn)算電路，圖中平衡電阻運(yùn)算電路，圖中平衡電阻R R4 4= =R RF F / / R R1 1/ / R R2 2 / / R R3 3。n根據(jù)圖根據(jù)圖7-127-12，應(yīng)用疊加原理，結(jié)合式，應(yīng)用疊加原理，結(jié)合式(7-4)(7-4)可得電路可得電路輸出為輸出為nn (7-10) (7-10)i3i1i2oF123uuuuRRRR 圖圖7

48、-12 反相求和運(yùn)算電路反相求和運(yùn)算電路7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n由式由式(7-10)(7-10)可看出，輸出電壓不僅與輸入電壓反相可看出，輸出電壓不僅與輸入電壓反相，而且按不同的比例反映各輸入信號(hào)的作用，完成，而且按不同的比例反映各輸入信號(hào)的作用，完成了了Y Y=-(=-(axax+ +byby+ +czcz) )的運(yùn)算，因此稱為反相比例求和。的運(yùn)算，因此稱為反相比例求和。n若取若取R RF F= =R R1 1= =R R2 2 = =R R3 3，則，則nn (7-11) (7-11)

49、n如果在電路的輸出端接一個(gè)反相器，則可完成常規(guī)如果在電路的輸出端接一個(gè)反相器，則可完成常規(guī)的算術(shù)運(yùn)算。的算術(shù)運(yùn)算。oi1i2i3()uuuu 7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n2) 2) 同相求和運(yùn)算電路同相求和運(yùn)算電路n如圖如圖7-137-13所示是一個(gè)典型的同相求和運(yùn)算電路，三所示是一個(gè)典型的同相求和運(yùn)算電路，三個(gè)輸入信號(hào)均加于同相輸入端，為做到電路對(duì)稱，個(gè)輸入信號(hào)均加于同相輸入端，為做到電路對(duì)稱，各電阻應(yīng)滿足各電阻應(yīng)滿足R R2 2/R R3 3= =R R1 1/R RF F。n應(yīng)用疊加原理可方便地寫出輸入與輸出之間的關(guān)系應(yīng)用疊加原理可方便地寫出輸入與輸

50、出之間的關(guān)系nn (7-12) (7-12)n若取若取R R2 2= =R R3 3，上式可以簡(jiǎn)化為，上式可以簡(jiǎn)化為u uo o= =u ui1i1+ +u ui2i2。請(qǐng)讀者自己。請(qǐng)讀者自己寫出簡(jiǎn)化式。寫出簡(jiǎn)化式。3F2oi1i2123321RRRuuuRRRRR圖圖7-13 同相求和運(yùn)算用路同相求和運(yùn)算用路7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n(3) (3) 積分和微分運(yùn)算電路積分和微分運(yùn)算電路n1) 1) 基本積分運(yùn)算電路基本積分運(yùn)算電路n把反相輸入比例運(yùn)算電路中的反饋電阻把反相輸入比例運(yùn)算電路中

51、的反饋電阻R RF F換成電容換成電容C C，則構(gòu)成基本積分運(yùn)算電路，如圖，則構(gòu)成基本積分運(yùn)算電路，如圖7-147-14所示。根據(jù)所示。根據(jù)虛短與虛斷的概念可以得到。虛短與虛斷的概念可以得到。n以上兩式聯(lián)立解得以上兩式聯(lián)立解得n (7-13)(7-13)i11uiRo1CdduiiCt oi11duutR C 圖圖7-14 基本積分運(yùn)算電路基本積分運(yùn)算電路7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n式式(7-13)(7-13)說明輸出電壓說明輸出電壓 是輸入電壓是輸入電壓 對(duì)時(shí)間的積對(duì)時(shí)間的積分，式中負(fù)號(hào)表明

52、輸出與輸入反相位。若設(shè)分，式中負(fù)號(hào)表明輸出與輸入反相位。若設(shè)t t= =t t0 0時(shí)，時(shí)，輸出電壓初值為輸出電壓初值為 ，則，則 到到t t時(shí)間內(nèi)，時(shí)間內(nèi)， 值可寫為值可寫為nn (7-14)(7-14)n如果輸入為直流信號(hào)時(shí)，且如果輸入為直流信號(hào)時(shí)，且t=tt=t0 0時(shí)刻，電容電壓為時(shí)刻，電容電壓為U U( (t t0 0) )，則，則nn (7-15) (7-15)ouiu0( )U t0tou oi0011d()tututU tR C o00i11( )uUttU tR C 7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n上式說明輸入為直流信號(hào)時(shí)，輸出上式說明輸入為

53、直流信號(hào)時(shí)，輸出 將隨時(shí)間線性增將隨時(shí)間線性增長(zhǎng)，但是注意，不可能無限增長(zhǎng)下去，當(dāng)達(dá)到集成長(zhǎng)，但是注意，不可能無限增長(zhǎng)下去，當(dāng)達(dá)到集成運(yùn)放的輸出飽和值時(shí)，就停止了積分。積分運(yùn)算電運(yùn)放的輸出飽和值時(shí)，就停止了積分。積分運(yùn)算電路的階躍響應(yīng)如圖路的階躍響應(yīng)如圖7-157-15所示。所示。(a) (b) 圖圖7-15 積分電路的輸入與輸出曲線積分電路的輸入與輸出曲線 7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n2) 2) 積分求和運(yùn)算電路積分求和運(yùn)算電路n在基本積分電路的輸入端再增加輸入回路就構(gòu)成了在基本積分電路的輸入端再增加輸入回路就構(gòu)成了積分求和運(yùn)算電路。如圖積分求和運(yùn)算電路

54、。如圖7-167-16所示電路是具有兩個(gè)所示電路是具有兩個(gè)輸入信號(hào)的積分求和電路，應(yīng)用疊加原理和式輸入信號(hào)的積分求和電路，應(yīng)用疊加原理和式(7-(7-13)13)可以寫出電路輸入與輸出的關(guān)系式可以寫出電路輸入與輸出的關(guān)系式nn (7-16) (7-16)n當(dāng)取當(dāng)取R R1 1= =R R2 2= =R R時(shí)時(shí)nn (7-17) (7-17) i1i200o1211ddttutututCRCR i1i20o1)dt（tuutuCR 圖圖7-16 積分求和運(yùn)算電路積分求和運(yùn)算電路7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大

55、器的運(yùn)用n上面討論的積分運(yùn)算電路在自動(dòng)控制系統(tǒng)中經(jīng)常用上面討論的積分運(yùn)算電路在自動(dòng)控制系統(tǒng)中經(jīng)常用到。例如，在自動(dòng)化儀表中，輸入信號(hào)到。例如，在自動(dòng)化儀表中，輸入信號(hào)u ui i通常是幾個(gè)通常是幾個(gè) 信號(hào)綜合比較后的偏差電壓，其值一般很微小，利用信號(hào)綜合比較后的偏差電壓，其值一般很微小，利用一般放大器還不能使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，因此，可采用一般放大器還不能使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，因此，可采用積分運(yùn)算電路將微小的偏差電壓積累起來，經(jīng)過一積分運(yùn)算電路將微小的偏差電壓積累起來，經(jīng)過一段時(shí)間后，可使輸出電壓達(dá)到較大值，從而能夠推段時(shí)間后，可使輸出電壓達(dá)到較大值，從而能夠推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，把系統(tǒng)置于合理的工作狀態(tài)，達(dá)

56、動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，把系統(tǒng)置于合理的工作狀態(tài)，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。到自動(dòng)控制的目的。7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n3) 3) 基本微分運(yùn)算電路基本微分運(yùn)算電路n微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的逆運(yùn)算，將基本積分電路中微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的逆運(yùn)算，將基本積分電路中的的R R1 1和和C C對(duì)調(diào)位置就構(gòu)成了微分運(yùn)算電路。對(duì)調(diào)位置就構(gòu)成了微分運(yùn)算電路。n如圖如圖7-17(a)7-17(a)所示電路為基本微分運(yùn)算電路。根據(jù)理所示電路為基本微分運(yùn)算電路。根據(jù)理想運(yùn)放虛短與虛斷的概念可得想運(yùn)放虛短與虛斷的概念可得i i1 1= =i if fu u+ += =u u=0=0n整理得整理得

57、n (7-18)(7-18)i1dduiCtoFFui R iFodduR Cut 7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n上式表明，輸出電壓上式表明，輸出電壓u uo o與輸入電壓對(duì)時(shí)間的微分成正與輸入電壓對(duì)時(shí)間的微分成正比。如果在比。如果在t t=0=0時(shí)刻有時(shí)刻有u ui i= =E E突然加入，而在突然加入，而在t t= =t t1 1時(shí)刻時(shí)刻又突然撤除，如圖又突然撤除，如圖7-19(b)7-19(b)上部所示，則微分電路的上部所示，則微分電路的輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)波形如圖輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)波形如圖7-19(b)7-19(b)下部所示?？梢娫谳斚虏克?。可見在輸入信號(hào)突變時(shí)

58、，輸出響應(yīng)為一尖脈沖，脈沖幅度受入信號(hào)突變時(shí)，輸出響應(yīng)為一尖脈沖，脈沖幅度受集成運(yùn)放輸出飽和值的限制。集成運(yùn)放輸出飽和值的限制。 (a) (b) 圖圖7-17 基本微分運(yùn)算電路及其響應(yīng)基本微分運(yùn)算電路及其響應(yīng)7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n由上述討論可知，微分電路對(duì)突變信號(hào)反應(yīng)非常靈由上述討論可知，微分電路對(duì)突變信號(hào)反應(yīng)非常靈敏，因此在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，常用微分電路來改善敏，因此在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，常用微分電路來改善系統(tǒng)的靈敏度。系統(tǒng)的靈敏度。n2. 2. 集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用n集成運(yùn)放有線性和非線性兩種工作狀態(tài)。前面所討集成運(yùn)放有

59、線性和非線性兩種工作狀態(tài)。前面所討論的各種運(yùn)算與應(yīng)用電路，均是通過外接反饋網(wǎng)絡(luò)論的各種運(yùn)算與應(yīng)用電路，均是通過外接反饋網(wǎng)絡(luò)使集成運(yùn)放處于深度負(fù)反饋狀態(tài)，此時(shí)的集成運(yùn)放使集成運(yùn)放處于深度負(fù)反饋狀態(tài)，此時(shí)的集成運(yùn)放是工作在線性區(qū)，電路的輸入輸出關(guān)系幾乎與集成是工作在線性區(qū)，電路的輸入輸出關(guān)系幾乎與集成運(yùn)放本身的特性無關(guān)，而主要由外接網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)所運(yùn)放本身的特性無關(guān)，而主要由外接網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)所決定。決定。7.1.4 7.1.4 集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器的運(yùn)用n集成運(yùn)放的另一種工作狀態(tài)是非線性工作狀態(tài)，這集成運(yùn)放的另一種工作狀態(tài)是非線性工作狀態(tài)，這一狀態(tài)下電路的構(gòu)成特點(diǎn)是運(yùn)放開環(huán)或接正反饋，一狀

60、態(tài)下電路的構(gòu)成特點(diǎn)是運(yùn)放開環(huán)或接正反饋，在開環(huán)工作或加正反饋時(shí)，由于集成運(yùn)放的放大倍在開環(huán)工作或加正反饋時(shí)，由于集成運(yùn)放的放大倍數(shù)很高，輸入信號(hào)即使很小也足以使運(yùn)放工作在非數(shù)很高，輸入信號(hào)即使很小也足以使運(yùn)放工作在非線性工作狀態(tài)，而使集成運(yùn)放的輸出不是偏向于正線性工作狀態(tài)，而使集成運(yùn)放的輸出不是偏向于正飽和值飽和值( (U Uomom) )就是偏向于負(fù)飽和值就是偏向于負(fù)飽和值(-(-U Uomom) )，輸入與輸出，輸入與輸出不再有線性關(guān)系。集成運(yùn)放處于非線性工作狀態(tài)時(shí)不再有線性關(guān)系。集成運(yùn)放處于非線性工作狀態(tài)時(shí)的電路統(tǒng)稱為非線性應(yīng)用電路。這種電路大量地被的電路統(tǒng)稱為非線性應(yīng)用電路。這種電路大