電工學(xué)2第7講：集成運(yùn)放-比例-加法運(yùn)算電路教材

1.理解運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性，理解理想運(yùn)算放大器并掌握其基本分析方法。2.理解用集成運(yùn)放組成的比例、加減、微分和積分運(yùn)算電路的工作原理。3.理解電壓比較器的工作原理和應(yīng)用。本章要求第16章集成運(yùn)算放大器各類型號(hào)集成運(yùn)算放大器16.1

集成運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單介紹

集成運(yùn)算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。集成運(yùn)放的符號(hào)：uo++Auou+u–。。

。+UCC–UEE–

16.1.1集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)特點(diǎn)：高增益、高可靠性、低成本、小尺寸Auo高:80dB~140dBrid高:105~1011

ro低:幾十

~幾百

KCMR高:70dB~130dB集成運(yùn)算放大器的管腳和符號(hào)反相輸入端同相輸入端信號(hào)傳輸方向輸出端實(shí)際運(yùn)算放大器開環(huán)電壓放大倍數(shù)(a)(b)(a)符號(hào);(b)引腳+UCC–UEEuou–u+16.1.2電路的簡(jiǎn)單說明輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)同相輸入端輸出端反相輸入端

輸入級(jí)：輸入電阻高，能減小零漂和抑制干擾信號(hào)，采用帶恒流源差放

。

中間級(jí)：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。輸出級(jí)：接負(fù)載，要求輸出電阻低，帶載能力強(qiáng)，一般由射隨器構(gòu)成。16.1.3主要參數(shù)(P93～94，了解，自學(xué))16.1.4理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)1.理想運(yùn)算放大器Auo

，rid

，ro0，KCMR

2.電壓傳輸特性u(píng)o=f(ui)線性區(qū)：uo

=Auo(u+–u–)非線性區(qū)：u+>u–

時(shí)，uo=+Uo(sat)

u+<u–

時(shí)，uo=–Uo(sat)

+Uo(sat)

u+–u–

uo–Uo(sat)線性區(qū)理想特性實(shí)際特性u(píng)o++

u+u–+UCC–UEE–

u+<u–

時(shí)，飽和區(qū)，

uo=–Uo(sat)

O

u+>u–

時(shí)，飽和區(qū)，

uo=Uo(sat)

3.理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)∵

uo

=Auo(u+–

u–

)∴(u+–u–)=uo/Auo

≈0電壓傳輸特性++∞uou–u+i+i––

u+–u–

uo線性區(qū)–Uo(sat)+Uo(sat)OAuo≈

所以(1)差模輸入電壓約等于0

即u+=u–

,稱“虛短”(2)輸入電流約等于0:∵(u+–u–)=irid∴i=(u+–u–)/rid0

即i+=i–0,稱“虛斷”

注意：以上“兩虛”是以后分析的依據(jù)?。?6.2

運(yùn)放在信號(hào)運(yùn)算方面的運(yùn)用（重點(diǎn)）

集成運(yùn)算放大器與外部電阻、電容、半導(dǎo)體器件等構(gòu)成閉環(huán)電路后，能對(duì)各種模擬信號(hào)進(jìn)行比例、加法、減法、微分、積分等運(yùn)算。

講授：先介紹基本概念，再集中舉例16.2.1比例運(yùn)算1.

反相比例運(yùn)算（1）電路組成

（2）電壓放大倍數(shù)因虛短,

所以u(píng)–=u+=0，稱反相輸入端“虛地”—反相輸入的重要特點(diǎn)因虛斷，i+=i–=0

，

ifi1i–i+uoRFuiR2R1++––++

–

所以i1

if

平衡電阻R2=R1//RF以后如不加說明，輸入、輸出的另一端均為地()。U-=0U-=0

結(jié)論：①Auf為負(fù)值，即uo與ui

極性相反。因?yàn)閡i加在反相輸入端。②Auf

只與外部電阻R1、RF

有關(guān)，與運(yùn)放本身參數(shù)無關(guān)。③|Auf

|可大于1，也可等于1或小于1。④因u–=u+=0，所以反相輸入端“虛地”。例1：電路如下圖所示，已知R1=10k

，RF=50k

。求：

1.Auf

、R2；

2.若R1不變，要求Auf為–10，則RF

、R2應(yīng)為多少？解：1.Auf=–RF

R1

=–5010=–5R2=

R1

RF

=1050(10+50)=8.3k

2.因

Auf

=–RF

/

R1

=–RF

10=–10

故得RF=–Auf

R1=–(–10)

10=100k

R2=10100(10+100)=9.1k

uoRFuiR2R1++––++

–

2.同相比例運(yùn)算因虛斷，所以u(píng)+=ui

（1）電路組成（2）電壓放大倍數(shù)uoRFuiR2R1++––++

–

因虛短,所以

u–=u+=ui反相輸入端不“虛地”

u+u–平衡電阻R2=R1//RF切記！

結(jié)論：①Auf為正值，即

uo與ui

極性相同。因?yàn)閡i加在同相輸入端。②Auf只與外部電阻R1、RF有關(guān)，與運(yùn)放本身參數(shù)無關(guān)。③Auf≥1，不能小于1。④u–=u+

≠0，反相輸入端不存在“虛地”現(xiàn)象。

當(dāng)R1=

且RF

=0時(shí)，uo=ui，

Auf=1，稱電壓跟隨器。uoRFuiR2R1++––++

–

uoui++––++

–

由運(yùn)放構(gòu)成的電壓跟隨器輸入電阻高、輸出電阻低，其跟隨性能比射極輸出器更好。uo+–++

–

15k

RL15k

+15V7.5k

例2:求uo解：uo=u-=u+=7.5V

顯見，是一電壓跟隨器，電源經(jīng)兩個(gè)電阻分壓后加在電壓跟隨器的輸入端，當(dāng)負(fù)載RL變化時(shí)，其兩端電壓uo不會(huì)隨之變化（i-=0虛斷），所以可作恒壓源例

4在圖示電路中，已知R1=100kΩ，Rf=200kΩ，R2=100kΩ，R3=200kΩ，ui=1V，求輸出電壓uo。P123第7題例

5在圖示電路中，已知R1=100kΩ，Rf=200kΩ，ui=1V，求輸出電壓uo，并說明輸入級(jí)的作用。16.2.2加法運(yùn)算電路

1.反相加法電路ii2ii1ifui2uoRFui1Ri2Ri1++

–

R2+–利用疊加原理當(dāng)ui1單獨(dú)作用時(shí)（ui2接地）：反向比例：

當(dāng)ui2單獨(dú)作用時(shí)（ui1接地）：也是反向比例：平衡電阻：

R2=Ri1

//Ri2

//RF

注意：運(yùn)放組成的線性電路均可使用疊加原理1.輸入電阻低；2.共模電壓低；3.當(dāng)改變某一路輸入電阻時(shí)，對(duì)其它路無影響；反相加法運(yùn)算電路的特點(diǎn)：ui2uoRFui1Ri2Ri1++

–

R2+–另有同相加法運(yùn)算（習(xí)題16.2.10），書本未介紹，但運(yùn)用現(xiàn)有知識(shí)，相信同學(xué)們完全有能力進(jìn)行分析計(jì)算??！例1：求圖示電路中uo與ui1、ui2的關(guān)系。解：電路由第一級(jí)的反相器和第二級(jí)的加法運(yùn)算電路級(jí)聯(lián)而成。例2：求圖示電路中uo與ui1、ui2的關(guān)系。解：電路由第一級(jí)的同相比例運(yùn)算電路和第二級(jí)的減法運(yùn)算電路級(jí)聯(lián)而成。P125第14題課堂小結(jié)1、掌握理想運(yùn)放及虛短、虛斷基本概念2、掌握比例運(yùn)算電路結(jié)構(gòu)及分析計(jì)算方法3、掌握加法運(yùn)算電路結(jié)構(gòu)及分析計(jì)算方法作業(yè)：

P123~4習(xí)題16.2.6~7;16.2.11~13不必交，只在下面自己練習(xí):

P120~121選擇題16.2.1;16.2.4~5P100思考題16.1.1，16.1.3;P108思考題：16.2.1P87選擇題答案:15.6.1（1）；15.7.1（2）16.2.3減法運(yùn)算電路ui2uoRFui1R3R2++

–

R1+–++––常用做測(cè)量放大電路