電工電子技術(shù)_集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用

1、電工電子技術(shù)(第二版)21.1.集成運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)、理想運(yùn)算放大器的參數(shù)。集成運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)、理想運(yùn)算放大器的參數(shù)。2.2.虛短、虛斷。虛短、虛斷。3.3.反饋的類型。反饋的類型。4.4.比例、加法、減法、積分和微分運(yùn)算電路。比例、加法、減法、積分和微分運(yùn)算電路。5.5.電壓比較器。電壓比較器。知識點(diǎn)：知識點(diǎn)：要求掌握：要求掌握：1.1.虛短與虛斷的概念，并熟練應(yīng)用于運(yùn)算放大器的分析。虛短與虛斷的概念，并熟練應(yīng)用于運(yùn)算放大器的分析。2.2.比例、加法、減法、積分和微分運(yùn)算電路的特點(diǎn)及分析方法。比例、加法、減法、積分和微分運(yùn)算電路的特點(diǎn)及分析方法。了解：了解：1.1.負(fù)反饋負(fù)反饋4 4種組態(tài)

2、的特點(diǎn)及其判斷方法。種組態(tài)的特點(diǎn)及其判斷方法。2.2.負(fù)反饋對放大電路性能的影響。負(fù)反饋對放大電路性能的影響。3.3.電壓比較器。電壓比較器。第第9 9章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用3 集成運(yùn)算放大器簡稱集成運(yùn)放，它最初主要用于模擬計算機(jī)的運(yùn)算放大，目前，集成運(yùn)算放大器簡稱集成運(yùn)放，它最初主要用于模擬計算機(jī)的運(yùn)算放大，目前，它的應(yīng)用領(lǐng)域已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了數(shù)學(xué)運(yùn)算的范疇。在集成運(yùn)放上，只需另加少數(shù)幾個外部它的應(yīng)用領(lǐng)域已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了數(shù)學(xué)運(yùn)算的范疇。在集成運(yùn)放上，只需另加少數(shù)幾個外部元件，就可以實(shí)現(xiàn)檢測、傳感和自動控制等多種電路功能。本章主要介紹集成運(yùn)放的元件，就可以實(shí)現(xiàn)檢測、傳感和自動控制

3、等多種電路功能。本章主要介紹集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)及應(yīng)用電路。結(jié)構(gòu)、主要參數(shù)及應(yīng)用電路。第第9 9章章 集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及應(yīng)用4 輸入級又稱前置級，它是一個高性能的差動放大電路，主要用于抑制溫漂輸入級又稱前置級，它是一個高性能的差動放大電路，主要用于抑制溫漂。輸入級的好壞影響著集成運(yùn)放的大多數(shù)參數(shù)，一般要求其輸入阻抗高、放大。輸入級的好壞影響著集成運(yùn)放的大多數(shù)參數(shù)，一般要求其輸入阻抗高、放大倍數(shù)大、抑制溫度漂移的能力強(qiáng)、輸出電壓范圍大且動態(tài)電流小。倍數(shù)大、抑制溫度漂移的能力強(qiáng)、輸出電壓范圍大且動態(tài)電流小。9.1.19.1.1 集成運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)集成運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)

4、1.1.輸入級輸入級圖圖9.1 9.1 集成運(yùn)放電路基本框圖集成運(yùn)放電路基本框圖 集成運(yùn)放型號繁多，性能各異，內(nèi)部集成運(yùn)放型號繁多，性能各異，內(nèi)部電路也各不相同，但其內(nèi)部電路的基本結(jié)電路也各不相同，但其內(nèi)部電路的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同。其內(nèi)部電路可以分為輸入構(gòu)卻大致相同。其內(nèi)部電路可以分為輸入級、中間放大級、輸出級及偏置電路級、中間放大級、輸出級及偏置電路4 4個部個部分，集成運(yùn)算放大器的基本框圖為分，集成運(yùn)算放大器的基本框圖為圖圖9.19.1。 中間放大級主要是提供足夠的電壓放大倍數(shù)，同時將輸入級的雙端輸出在本中間放大級主要是提供足夠的電壓放大倍數(shù)，同時將輸入級的雙端輸出在本級中變成單端輸出，以

5、及實(shí)現(xiàn)電位移動等任務(wù)。一般采用共射極放大電路，并以級中變成單端輸出，以及實(shí)現(xiàn)電位移動等任務(wù)。一般采用共射極放大電路，并以恒流源取代集電極電阻來提高電壓放大倍數(shù)，其電壓放大倍數(shù)可達(dá)千倍以上。恒流源取代集電極電阻來提高電壓放大倍數(shù)，其電壓放大倍數(shù)可達(dá)千倍以上。2.2.中間放大級中間放大級9.9.1 1 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器59.9.1 1 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器 輸出級主要是獲得較大的輸出電壓和電流，并具有將放大級與負(fù)載隔輸出級主要是獲得較大的輸出電壓和電流，并具有將放大級與負(fù)載隔離的作用。輸出級具有輸出電壓范圍寬、輸出電阻小、有較強(qiáng)的帶負(fù)載能離的作用。輸出級具有輸出電壓范圍寬、輸出

6、電阻小、有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力、非線性失真小等特點(diǎn)。常用的輸出電路形式是射極輸出器和互補(bǔ)對稱力、非線性失真小等特點(diǎn)。常用的輸出電路形式是射極輸出器和互補(bǔ)對稱電路，有的還附加有過載保護(hù)電路。電路，有的還附加有過載保護(hù)電路。3.3.輸出級輸出級 偏置電路用來向各級電路提供合適的靜態(tài)工作電流，穩(wěn)定各級靜態(tài)工作偏置電路用來向各級電路提供合適的靜態(tài)工作電流，穩(wěn)定各級靜態(tài)工作點(diǎn)。在集成電路中，一般由各種恒流源電路構(gòu)成。點(diǎn)。在集成電路中，一般由各種恒流源電路構(gòu)成。4.4.偏置電路偏置電路69.1.29.1.2 理想運(yùn)算放大器及特點(diǎn)理想運(yùn)算放大器及特點(diǎn) 在分析用集成運(yùn)放構(gòu)成的應(yīng)用電路時，將集成運(yùn)放看成理想運(yùn)算放大

7、器在分析用集成運(yùn)放構(gòu)成的應(yīng)用電路時，將集成運(yùn)放看成理想運(yùn)算放大器，可以使分析大大簡化。理想運(yùn)算放大器的符號如，可以使分析大大簡化。理想運(yùn)算放大器的符號如圖圖9.29.2所示。由所示。由圖圖9.29.2可以可以看出，集成運(yùn)算放大器具有同相看出，集成運(yùn)算放大器具有同相( (“+ +”號端號端) )、反相、反相( (“- -”號端號端) )兩個輸入端。當(dāng)兩個輸入端。當(dāng)同相端接地，反相端接輸入信號同相端接地，反相端接輸入信號u ui i時，輸出時，輸出u uo o與輸入與輸入u ui i反相，如反相，如圖圖9.3(a)9.3(a)所示所示；當(dāng)反相端接地，同相端接；當(dāng)反相端接地，同相端接u ui i時，

8、時，u uo o與與u ui i同相，如圖同相，如圖9.3(b)9.3(b)所示。所示。1.1.集成運(yùn)算放大器的電路符號集成運(yùn)算放大器的電路符號圖圖9.2 9.2 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器的電路符號的電路符號圖圖9.2 9.2 同相、反相輸入端的含義同相、反相輸入端的含義9.9.1 1 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器7 集成運(yùn)算放大器性能的好壞需要用一些參數(shù)表征，這些參數(shù)是選用運(yùn)算集成運(yùn)算放大器性能的好壞需要用一些參數(shù)表征，這些參數(shù)是選用運(yùn)算放大器的主要依據(jù)。下面介紹集成運(yùn)算放大器的一些主要參數(shù)。放大器的主要依據(jù)。下面介紹集成運(yùn)算放大器的一些主要參數(shù)。 2.2.集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)集成運(yùn)

9、算放大器的主要參數(shù) 所謂理想運(yùn)放就是將集成運(yùn)算放大器的各項技術(shù)指標(biāo)理想化，理想集成所謂理想運(yùn)放就是將集成運(yùn)算放大器的各項技術(shù)指標(biāo)理想化，理想集成運(yùn)放的主要條件如下所述。運(yùn)放的主要條件如下所述。 開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益A AUOUO。 差模輸入電阻差模輸入電阻r ridid。 開環(huán)輸出電阻開環(huán)輸出電阻r ro o00。 共模抑制比共模抑制比K KCMRCMR。 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓U UIOIO、失調(diào)電流、失調(diào)電流I IIOIO、輸入偏置電流、輸入偏置電流I IIBIB均為零。均為零。 實(shí)際運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)與理想運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)接近，工程分析時將理想運(yùn)實(shí)際運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)與理想運(yùn)放的技術(shù)

10、指標(biāo)接近，工程分析時將理想運(yùn)放代替實(shí)際運(yùn)放所引起的誤差，這在工程上是允許的，因此，在分析運(yùn)放電放代替實(shí)際運(yùn)放所引起的誤差，這在工程上是允許的，因此，在分析運(yùn)放電路時，一般將其視為理想運(yùn)算放大器后進(jìn)行分析。路時，一般將其視為理想運(yùn)算放大器后進(jìn)行分析。3.3.集成運(yùn)算放大器的理想化條件集成運(yùn)算放大器的理想化條件9.9.1 1 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器89.9.1 1 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器 (1) (1)虛短虛短 設(shè)運(yùn)放的同相和反相輸入端的電壓為設(shè)運(yùn)放的同相和反相輸入端的電壓為u u+ +、u u，當(dāng)運(yùn)放工作在線性區(qū)時，當(dāng)運(yùn)放工作在線性區(qū)時，有有4.4.兩個重要法則兩個重要法則 由于輸出

11、電壓是有限值，而理想運(yùn)放的由于輸出電壓是有限值，而理想運(yùn)放的AUOAUO為無窮大，所以為無窮大，所以u ui iu u+ +u u0 0，可以認(rèn)為，可以認(rèn)為u u+ +u u (9(90 02)2) (2) (2)虛斷虛斷 由于虛短，輸入電壓為零，而理想運(yùn)算放大器的輸入電阻由于虛短，輸入電壓為零，而理想運(yùn)算放大器的輸入電阻r ridid為無窮大，為無窮大，使得此時同相與反相輸入端的輸入電流等于零，即使得此時同相與反相輸入端的輸入電流等于零，即i i+ +i i0 (9.3) 0 (9.3) 此時，運(yùn)放的兩個輸入端相當(dāng)于開路，即虛斷。此時，運(yùn)放的兩個輸入端相當(dāng)于開路，即虛斷。 利用虛短與虛斷的概

12、念分析含有集成運(yùn)放的電路，可以簡化電路的分析利用虛短與虛斷的概念分析含有集成運(yùn)放的電路，可以簡化電路的分析過程。過程。99.2 9.2 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋9.2.19.2.1 反饋的基本概念反饋的基本概念 所謂反饋，就是將放大電路輸出信號的一所謂反饋，就是將放大電路輸出信號的一部分或全部，以某種方式回送到電路的輸入端部分或全部，以某種方式回送到電路的輸入端從而使凈輸入信號發(fā)生改變的過程。使凈輸入從而使凈輸入信號發(fā)生改變的過程。使凈輸入信號增強(qiáng)的為正反饋，使凈輸入信號削弱的為信號增強(qiáng)的為正反饋，使凈輸入信號削弱的為負(fù)反饋。這樣，在反饋電路中，電路的輸出不負(fù)反饋。這樣，在反饋電路

13、中，電路的輸出不僅取決于輸入，而且還取決于輸出本身，因而僅取決于輸入，而且還取決于輸出本身，因而就有可能使電路根據(jù)輸出狀況自動地對輸出進(jìn)就有可能使電路根據(jù)輸出狀況自動地對輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到改善電路性能的目的。如行調(diào)節(jié)，以達(dá)到改善電路性能的目的。如圖圖9.49.4所示為負(fù)反饋的組成框圖，主要包含基本所示為負(fù)反饋的組成框圖，主要包含基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分。放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分。圖圖9.4 9.4 反饋電路組成框圖反饋電路組成框圖 由于半導(dǎo)體器件的熱敏特性電源電壓的波動、負(fù)載電阻的變化等因數(shù)的由于半導(dǎo)體器件的熱敏特性電源電壓的波動、負(fù)載電阻的變化等因數(shù)的影響，放大器的性能還不夠穩(wěn)定，為了改善

14、放大器的性能，在放大器中常常影響，放大器的性能還不夠穩(wěn)定，為了改善放大器的性能，在放大器中常常引入負(fù)反饋，這種放大器稱為負(fù)反饋放大器。引入負(fù)反饋，這種放大器稱為負(fù)反饋放大器。109.2 9.2 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋9.2.29.2.2 反饋的類型及其判別方法反饋的類型及其判別方法 依據(jù)反饋信號對輸入信號作用的不同可將反饋分為正反饋和負(fù)反饋兩種依據(jù)反饋信號對輸入信號作用的不同可將反饋分為正反饋和負(fù)反饋兩種類型。類型。 在輸入信號不變時，輸出信號比沒有反饋時還小，導(dǎo)致放大倍數(shù)減小，在輸入信號不變時，輸出信號比沒有反饋時還小，導(dǎo)致放大倍數(shù)減小，這種反饋稱為負(fù)反饋；反之，則稱為正反饋。

15、正反饋能夠使放大倍數(shù)增大，這種反饋稱為負(fù)反饋；反之，則稱為正反饋。正反饋能夠使放大倍數(shù)增大，但電路的工作性能會變差，甚至產(chǎn)生自激振蕩，而破壞其放大作用，所以在但電路的工作性能會變差，甚至產(chǎn)生自激振蕩，而破壞其放大作用，所以在放大電路中很少采用。負(fù)反饋雖然降低了放大倍數(shù)，卻使放大器的性能得到放大電路中很少采用。負(fù)反饋雖然降低了放大倍數(shù)，卻使放大器的性能得到改善，因此應(yīng)用較為廣泛。需要注意的是，自激振蕩是利用正反饋的作用來改善，因此應(yīng)用較為廣泛。需要注意的是，自激振蕩是利用正反饋的作用來產(chǎn)生信號的。產(chǎn)生信號的。1.1.正反饋和負(fù)反饋正反饋和負(fù)反饋 依據(jù)反饋信號與輸出信號的關(guān)系可將反饋分為電壓反饋和

16、電流反饋兩種依據(jù)反饋信號與輸出信號的關(guān)系可將反饋分為電壓反饋和電流反饋兩種類型。類型。2.2.電壓反饋和電流反饋電壓反饋和電流反饋119.2 9.2 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋 電壓反饋：指反饋信號與輸出電壓成正比，即反饋信號取自輸出回路的電壓反饋：指反饋信號與輸出電壓成正比，即反饋信號取自輸出回路的電壓量。具體電路形式是，在反饋網(wǎng)絡(luò)的一端直接接放大器輸出端電壓量。具體電路形式是，在反饋網(wǎng)絡(luò)的一端直接接放大器輸出端( (與與u uo o為為同一端同一端) )。如。如圖圖9.6(a)9.6(a)所示為電壓反饋的框圖。所示為電壓反饋的框圖。 電流反饋：指反饋信號與輸出電流成正比，即反饋信

17、號取自輸出回路的電流反饋：指反饋信號與輸出電流成正比，即反饋信號取自輸出回路的電流量。具體電路形式是，在反饋網(wǎng)絡(luò)一端沒有直接接放大器的輸出端電流量。具體電路形式是，在反饋網(wǎng)絡(luò)一端沒有直接接放大器的輸出端( (與與u uo o不為同一端不為同一端) )。如。如圖圖9.6(b)9.6(b)所示為電流反饋的框圖。所示為電流反饋的框圖。圖圖9.6 9.6 電壓反饋和電流反饋方框圖電壓反饋和電流反饋方框圖129.2 9.2 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋 依據(jù)反饋信號與輸入信號的關(guān)系可將反饋分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋兩種依據(jù)反饋信號與輸入信號的關(guān)系可將反饋分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋兩種類型。類型。 串聯(lián)反

18、饋：反饋信號與輸入信號在輸入端串聯(lián)，這時放大器的凈輸入電串聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號在輸入端串聯(lián)，這時放大器的凈輸入電壓壓u ud d是原輸入信號電壓是原輸入信號電壓u ui i與反饋電壓與反饋電壓u uf f串聯(lián)作用而成。具體電路形式是，反串聯(lián)作用而成。具體電路形式是，反饋網(wǎng)絡(luò)沒有端子直接接在放大器的輸入端饋網(wǎng)絡(luò)沒有端子直接接在放大器的輸入端( (與與u ui i同一端同一端) )。如。如圖圖9.7(a)9.7(a)所示為所示為串聯(lián)反饋的框圖。串聯(lián)反饋的框圖。 并聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號在輸入端并聯(lián)，這時放大器的凈輸入電并聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號在輸入端并聯(lián)，這時放大器的凈輸入電流流i

19、id d是原輸入信號電流是原輸入信號電流i ii i與反饋電流與反饋電流i if f兩者并聯(lián)作用而成。具體電路形式是兩者并聯(lián)作用而成。具體電路形式是，反饋網(wǎng)絡(luò)有一端直接接在放大器的輸入端。如，反饋網(wǎng)絡(luò)有一端直接接在放大器的輸入端。如圖圖9.7(b)9.7(b)所示為并聯(lián)反饋的所示為并聯(lián)反饋的框圖。框圖。3.3.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋圖圖9.7 9.7 串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋方框圖串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋方框圖139.2 9.2 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋9.2.39.2.3 負(fù)反饋對放大電路性能的影響負(fù)反饋對放大電路性能的影響 放大器的放大倍數(shù)是由電路元器件的參數(shù)決定的。若元器件

20、老化或更換放大器的放大倍數(shù)是由電路元器件的參數(shù)決定的。若元器件老化或更換、電源不穩(wěn)、負(fù)載變化或環(huán)境溫度變化，則可能引起放大器放大倍數(shù)的變化、電源不穩(wěn)、負(fù)載變化或環(huán)境溫度變化，則可能引起放大器放大倍數(shù)的變化。為此，通常都要在放大器中引入負(fù)反饋，用以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。為此，通常都要在放大器中引入負(fù)反饋，用以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。 負(fù)反饋之所以能夠提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，是因為負(fù)反饋對相應(yīng)的輸出負(fù)反饋之所以能夠提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，是因為負(fù)反饋對相應(yīng)的輸出量有自動調(diào)節(jié)作用。比如，引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋，當(dāng)放大倍數(shù)由于某種原量有自動調(diào)節(jié)作用。比如，引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋，當(dāng)放大倍數(shù)由于某種原因增大時，會

21、使輸出電壓增大，反饋電壓也隨之增大，使凈輸入電壓減小，因增大時，會使輸出電壓增大，反饋電壓也隨之增大，使凈輸入電壓減小，從而抑制了輸出電壓的增大，也就是穩(wěn)定了放大倍數(shù)。從而抑制了輸出電壓的增大，也就是穩(wěn)定了放大倍數(shù)。1.1.提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性 下面對負(fù)反饋展寬通頻帶的原理作簡單的定性分析。下面對負(fù)反饋展寬通頻帶的原理作簡單的定性分析。 無反饋時，由于電路中電抗元件的存在，以及寄生電容和晶體管結(jié)電容無反饋時，由于電路中電抗元件的存在，以及寄生電容和晶體管結(jié)電容的存在，會造成放大器放大倍數(shù)隨頻率而變，使得中頻段的放大倍數(shù)較大，的存在，會造成放大器放大倍數(shù)隨頻率而變，使得中頻段

22、的放大倍數(shù)較大，而高頻段和低頻段的放大倍數(shù)較小，放大電路的幅頻特性如而高頻段和低頻段的放大倍數(shù)較小，放大電路的幅頻特性如圖圖9.99.9所示。圖所示。圖中中f fH H、f fL L分別為上限頻率和下限頻率，其通頻帶分別為上限頻率和下限頻率，其通頻帶f fBWBWf fH Hf fL L較窄。較窄。2.2.展寬通頻帶展寬通頻帶149.2 9.2 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋圖圖9.9 9.9 放大電路的幅頻特性放大電路的幅頻特性159.2 9.2 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋 由于放大電路中器件由于放大電路中器件( (如晶體管如晶體管) )具有非線性，因而會引起非線性失真。具有

23、非線性，因而會引起非線性失真。一個無反饋的放大器，即使設(shè)置了合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，但當(dāng)輸入信號較大時一個無反饋的放大器，即使設(shè)置了合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，但當(dāng)輸入信號較大時，仍會使輸出信號波形產(chǎn)生非線性失真。引入負(fù)反饋后，這種非線性失真會，仍會使輸出信號波形產(chǎn)生非線性失真。引入負(fù)反饋后，這種非線性失真會減小。減小。 圖圖9.109.10為負(fù)反饋減小非線性失真的示意圖。為負(fù)反饋減小非線性失真的示意圖。3.3.減小非線性失真減小非線性失真圖圖9.10 9.10 負(fù)反饋減小非線性失真示意圖負(fù)反饋減小非線性失真示意圖 (1) (1)對輸入電阻的影響對輸入電阻的影響 (2) (2)對輸出電阻的影響對輸出電阻的影響

24、4.4.改變輸入電阻和輸出電阻改變輸入電阻和輸出電阻169.3 9.3 運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用9.3.19.3.1 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路 反相比例運(yùn)算電路如反相比例運(yùn)算電路如圖圖9.119.11所示所示。輸入信號。輸入信號u ui i經(jīng)經(jīng)R R1 1加至集成運(yùn)放的反加至集成運(yùn)放的反相輸入端。相輸入端。R Rf f為反饋電阻，將輸出電為反饋電阻，將輸出電壓壓u uo o反饋至反相輸入端，形成電壓并反饋至反相輸入端，形成電壓并聯(lián)負(fù)反饋。聯(lián)負(fù)反饋。1.1.反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路 用集成運(yùn)放外加反饋網(wǎng)絡(luò)可構(gòu)成各種運(yùn)算電路，其中，實(shí)現(xiàn)輸出信號與用集成運(yùn)放外加反饋網(wǎng)絡(luò)可構(gòu)成

25、各種運(yùn)算電路，其中，實(shí)現(xiàn)輸出信號與輸入信號成比例關(guān)系的電路稱之為比例運(yùn)算電路。根據(jù)輸入方式的不同，比輸入信號成比例關(guān)系的電路稱之為比例運(yùn)算電路。根據(jù)輸入方式的不同，比例運(yùn)算電路分為反相比例運(yùn)算和同相比例運(yùn)算兩種電路。例運(yùn)算電路分為反相比例運(yùn)算和同相比例運(yùn)算兩種電路。圖圖9.11 9.11 反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路179.3 9.3 運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用 同相比例運(yùn)算電路如同相比例運(yùn)算電路如圖圖9.12(a)9.12(a)所示。輸入信號所示。輸入信號u ui i經(jīng)經(jīng)R R2 2加至集成運(yùn)放的加至集成運(yùn)放的同相輸入端。同相輸入端。R Rf f為反饋電阻，將輸出電壓為反饋

26、電阻，將輸出電壓u uo o反饋至反相輸入端，形成電壓串反饋至反相輸入端，形成電壓串聯(lián)負(fù)反饋。聯(lián)負(fù)反饋。R R2 2為平衡電阻，且為平衡電阻，且R R2 2R R1 1RRf f。2.2.同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路圖圖9.12 9.12 同相比例運(yùn)算電路及電壓跟隨器同相比例運(yùn)算電路及電壓跟隨器189.3 9.3 運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用9.3.29.3.2 加法和減法運(yùn)算電路加法和減法運(yùn)算電路 加法運(yùn)算是指電路的輸出電壓等于各個輸入端電壓的代數(shù)和，在如加法運(yùn)算是指電路的輸出電壓等于各個輸入端電壓的代數(shù)和，在如圖圖9.119.11所示的反相比例運(yùn)算電路中，再增加幾個支路便組

27、成加法運(yùn)算電路，所示的反相比例運(yùn)算電路中，再增加幾個支路便組成加法運(yùn)算電路，其電路如其電路如圖圖9.139.13所示。所示。圖圖9.139.13中，有兩個輸入信號加到了反相輸入端，同中，有兩個輸入信號加到了反相輸入端，同相輸入端的平衡電阻相輸入端的平衡電阻R R3 3R R1 1RR2 2RRf f。1.1.加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路圖圖9.13 9.13 單運(yùn)放加法運(yùn)算電路單運(yùn)放加法運(yùn)算電路199.3 9.3 運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用 減法運(yùn)算是指電路的輸出電壓與兩個輸入電壓之差成比例，減法運(yùn)算減法運(yùn)算是指電路的輸出電壓與兩個輸入電壓之差成比例，減法運(yùn)算又稱為差動比例運(yùn)算或差動

28、輸入放大，其電路如又稱為差動比例運(yùn)算或差動輸入放大，其電路如圖圖9.149.14所示。由所示。由圖圖9.149.14可可見，運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端分別接有輸入信號見，運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端分別接有輸入信號u ui1i1和和u ui2i2。從電路結(jié)。從電路結(jié)構(gòu)上看，它由同相比例運(yùn)算電路和反相比例運(yùn)算電路組合而成。構(gòu)上看，它由同相比例運(yùn)算電路和反相比例運(yùn)算電路組合而成。2.2.減法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路圖圖9.14 9.14 單運(yùn)放減法運(yùn)算電路單運(yùn)放減法運(yùn)算電路209.3 9.3 運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用9.3.39.3.3 微分和積分運(yùn)算電路微分和積分運(yùn)算電路 積分運(yùn)算

29、電路是模擬計算機(jī)中的基本單元，利用它可以實(shí)現(xiàn)對積分方積分運(yùn)算電路是模擬計算機(jī)中的基本單元，利用它可以實(shí)現(xiàn)對積分方程的模擬，能對信號進(jìn)行積分運(yùn)算。此外，積分運(yùn)算電路還廣泛應(yīng)用于控程的模擬，能對信號進(jìn)行積分運(yùn)算。此外，積分運(yùn)算電路還廣泛應(yīng)用于控制和測量系統(tǒng)中。制和測量系統(tǒng)中。 將反相比例運(yùn)算電路中的反饋電阻換成電容，即可構(gòu)成基本積分電路將反相比例運(yùn)算電路中的反饋電阻換成電容，即可構(gòu)成基本積分電路，如，如圖圖9.159.15所示。所示。1.1.積分電路積分電路圖圖9.15 9.15 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路219.3 9.3 運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用 微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的逆運(yùn)算，將積

30、分電路中的電阻與電容互換位置微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的逆運(yùn)算，將積分電路中的電阻與電容互換位置就可得到基本微分電路，如就可得到基本微分電路，如圖圖9.189.18所示。微分電路又稱為微分器。所示。微分電路又稱為微分器。2.2.微分電路微分電路圖圖9.18 9.18 微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路229.4 9.4 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9.4.19.4.1 電壓比較器電壓比較器 電壓比較器可以完成對兩個電壓的比較工作，其應(yīng)用較廣。常見的電電壓比較器可以完成對兩個電壓的比較工作，其應(yīng)用較廣。常見的電壓比較器有簡單電壓比較器、滯回比較器和窗口比較器。壓比較器有簡單電壓比較器、滯回

31、比較器和窗口比較器。1.1.基本電路基本電路 前面介紹了集成運(yùn)放處于線性工作區(qū)時的應(yīng)用，接下來要介紹一下集前面介紹了集成運(yùn)放處于線性工作區(qū)時的應(yīng)用，接下來要介紹一下集成運(yùn)放處于開環(huán)或正反饋狀態(tài)時的應(yīng)用，此時運(yùn)放工作在非線性區(qū)。不管成運(yùn)放處于開環(huán)或正反饋狀態(tài)時的應(yīng)用，此時運(yùn)放工作在非線性區(qū)。不管是哪一種電路，虛斷的概念都可應(yīng)用，但虛短只能應(yīng)用于線性電路，非線是哪一種電路，虛斷的概念都可應(yīng)用，但虛短只能應(yīng)用于線性電路，非線性電路不再適用。集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)域的應(yīng)用電路種類較多，本節(jié)性電路不再適用。集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)域的應(yīng)用電路種類較多，本節(jié)主要介紹比較器。主要介紹比較器。 簡單電壓比較器的基本電路如簡單電壓比較器的基本電路如圖圖9.19(a)9.19(a)所示。所示。239.4 9.4 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)用圖圖9.19 9.19 簡單電壓比較器的基本電路及傳輸特性簡單電壓比較器的基本電路及傳輸特性249.4 9.4 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2.2.過零比較器過零比較器 由上分析可知，若讓由上分析可知，若讓U UREFREF0 0，則輸入電壓每次過零變換時，輸出電壓，則輸入電壓每次過零變換時，輸出電壓就會