第一章 運算放大器

第一章集成運算放大器

1.1概述1.2集成運放的應(yīng)用－基本運算電路

1.1概述

集成電路是將半導體三極管、二極管、電阻等元件及連線全部集中制造在同一小塊半導體基片上，成為一個完整的固體電路。集成電路的元件密度高、引線短、外部接線少，從而提高了電子設(shè)備的可靠性和靈活性，并且減低了成本，為電子技術(shù)的應(yīng)用開辟了一個新的時代。一.集成電路

集成電路常有3種外形，即雙列直插式、圓殼式和扁平式，如下圖所示。

在集成電路中，發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的是集成運算放大器，它實際上是一種高放大倍數(shù)的直接耦合多級放大電路，它是在早期的分立元件運算放大電路基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，最初的分立元件運算放大器是電子管的，只作為模擬計算機的一個基本部件，用以完成多種數(shù)學運算，所以稱運算放大電路，現(xiàn)在，運放的應(yīng)用已遍及通信、計算技術(shù)、自動控制、自動測量等幾乎一切電子領(lǐng)域。二.集成運算放大器1.2集成運放的應(yīng)用－基本運算電路－＋

v－

v+

vo＋－v－v+vo國家標準符號國際標準符號運放符號：vivo+VOM-VOM線性放大區(qū)運放傳輸特性：vi1.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Avo無外加反饋回路的差模放大倍數(shù)。一般在105107之間。理想運放的Avo為。2.差模輸入電阻RidRid>1M,有的可達100M以上。一.集成運放的性能指標4.-3dB帶寬BWRod

=幾-幾十。3.輸出電阻Rod理想運放的條件虛短放大倍數(shù)與負載無關(guān)。分析多個運放級聯(lián)組合的線性電路時可以分別對每個運放進行。虛斷運放工作在線性區(qū)的特點二.集成運放理想化條件集成運放理想化條件下分析法則虛短虛斷放大倍數(shù)與負載無關(guān)，可以分開分析。信號的放大、運算有源濾波電路運放線性應(yīng)用v-vov+ii_+i1=i2虛短虛斷結(jié)構(gòu)特點：信號從反相端輸入。虛斷1.反相比例運算電路三.基本運算電路voRfR1RPvii1i2_+Ri=R1平衡電阻，使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等，保證靜態(tài)時輸入級的對稱性。RP=R1

//Rf為保證一定的輸入電阻，當放大倍數(shù)大時，需增大Rf，而大電阻的精度差，因此，在放大倍數(shù)較大時，該電路結(jié)構(gòu)不再適用。反相比例運算電路voRfR1RPvii1i2_+i1=i2虛短虛斷虛斷例1.如圖,求vo的表達式。vivoR2R1RPR4R3i1i2i4i3M_+vivov-=v+=vi虛短虛斷結(jié)構(gòu)特點：信號從同相端輸入。虛斷2.同相比例運算電路RfR1RP_+vivo結(jié)構(gòu)特點：輸出電壓全部引到反相輸入端，信號從同相端輸入。電壓跟隨器是同相比例運算放大器的特例。電壓跟隨器_+調(diào)節(jié)反相求和電路的某一路信號的輸入電阻，不影響其它輸入電壓和輸出電壓的比例關(guān)系，調(diào)節(jié)方便。實際應(yīng)用時可適當增加或減少輸入端的個數(shù)，以適應(yīng)不同的需要。3.反相求和電路R2RfR1vi2voRPvi1i2iFi1_+此電路如果以v+為輸入，則輸出為：v+與

vi1

和vi2的關(guān)系如何？注意：同相求和電路的各輸入信號的放大倍數(shù)互相影響，不能單獨調(diào)整。4.同相求和電路voR3Rfvi1R1R2vi2_+R3RF左圖也是同相求和運算電路，如何求同相輸入端的電位？提示：1.虛斷：流入同相端的電流為0。2.節(jié)點電位法求v+或疊加定理。練習vi1voR1R2vi2R′_+

5.加減運算電路R2R5R1vi2vovi1R4vi4vi3R3R6_+解出：差動放大器R2R1R1vi2voR2vi1_+優(yōu)點：元件少，成本低。缺點：要求R1//R2//R5=R3//R4//R6。阻值的調(diào)整計算不方便。改進：采用雙運放電路。單運放的加減運算電路總結(jié)雙運放的加減運算電路RF1vi1vo1R1vi2R2R3RF2voR4vi3R5R6_+_+

例2.

A/D變換器要求其輸入電壓的幅度為0~+5V，現(xiàn)有信號變化范圍為-5V~+5V。試設(shè)計一電平抬高電路，將其變化范圍變?yōu)?~+5V。+5V-5V+5V+2.5V電平抬高電路A/D計算機vivovo=0.5vi+2.5Vvo=0.5vi+2.5=0.5(vi+5)V10k20k+5V5kvi20kvo1_+vo20k20k10k_+例3.三運放構(gòu)成的電路如圖，求輸出電壓的表達式。vo2RRRWvi1vi2vo1abR1R1R2R2vo_+_+_+vo2RRRWvi1vi2vo1ab_+_+三運放電路是差動放大器，放大倍數(shù)可變。由于輸入均在同相端，此電路的輸入電阻高。vo2vo1R1R1R2R2vo_+由三運放放大器組成的溫度測量電路Rt

：熱敏電阻集成化:儀表放大器voR1R1R2R2RRRWE=+5VRRRRtvi_+_+_+Rt=f(T°C)voR1R1R2R2RRRWE=+5VRRRRtvi_+_+_+v–=v+=0vit0t0vo若輸入：則：

微分運算5.微分運算電路與積分運算電路vivoRR2i1iFC_+tvi0tvo0輸入方波，輸出是三角波。積分運算應(yīng)用舉例i1iFviRR2Cvo_+tvi0tvo0V-VomTM積分時限注意:如果積分器從某一時刻輸入一直流電壓，輸出反向積分，經(jīng)過一