集成電路運算放大器及應用

集成電路運算放大器及應用5.1

差動放大電路集成電路運算放大器是一種具有高放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路。當多級直接耦合放大電路的輸入端短路(ui＝0)，輸出端電壓它并不保持恒值，而在緩慢地、無規(guī)則地變化著，這種現(xiàn)象就稱為零點漂移。產(chǎn)生零點漂移的主要原因是三極管受溫度的影響。抑制零點漂移有效的措施之一是采用差動放大電路。第2頁,共94頁，2024年2月25日，星期天本節(jié)主要內容：5.1.1基本差分電路5.1.2長尾式差分電路5.1.3長尾式差分電路的工作原理分析5.1.4差分放大電路四種接法的分析與比較第3頁,共94頁，2024年2月25日，星期天特點：結構對稱。差動放大電路的工作情況vi1vi2voRCR1T1RBRCR1T2RB+VCC第4頁,共94頁，2024年2月25日，星期天5.1.1基本差分電路1、基本差分電路的組成基本差分電路如圖5-1-1和圖5-1-2。其工作原理是利用對稱性來解決和克服零漂問題。電路左右兩邊對稱，指電路結構及元件的特性與參數(shù)完全相同，使T1、T2在同一個直流電源供電情況下具有相同的靜態(tài)工作點。圖5-1-1基本差分電路形式之一圖5-1-2基本差分電路形式之二第5頁,共94頁，2024年2月25日，星期天輸入信號：輸出信號：電壓放大倍數(shù)：第6頁,共94頁，2024年2月25日，星期天①當輸入信號vi1和vi2大小相等、極性相反時，定義為差分輸入信號或差模輸入信號vd

。vi1=-vi2

，此時，放大電路的輸入電壓為：或：式中，vd稱為差動輸入電壓。2、基本差分電路的工作原理第7頁,共94頁，2024年2月25日，星期天②當輸入信號vi1和vi2大小相等、極性相同時，定義為共模輸入信號vc

。則：或：第8頁,共94頁，2024年2月25日，星期天③當輸入信號中既有差模信號，又有共模信號時，則基本差分電路輸入端的信號可分解為二種信號的疊加，即

第9頁,共94頁，2024年2月25日，星期天根據(jù)兩式可得出如下結論：在差分放大電路輸入端施加的任意形式的信號都可以分解為差模信號與共模信號的疊加，輸出端的響應都可視為差模信號與共模信號共同作用的結果。第10頁,共94頁，2024年2月25日，星期天例已知基本差分放大電路如圖5-1-1所示vi1=5V，vi2=3V，求此時作用于放大電路輸入端的差模電壓為多少？共模電壓為多少？解：根據(jù)差模信號的定義，總的差模輸入信號為：由電路的對稱性可知，每個輸入端的輸入電壓為：第11頁,共94頁，2024年2月25日，星期天于是，兩個實際的輸入信號電壓可等效為圖(a)或圖(b)的形式。根據(jù)共模信號的定義有：第12頁,共94頁，2024年2月25日，星期天由圖可見，對于差模輸入信號，由于vi1=-vi2

則根據(jù)共射放大電路輸出與輸入反相的特點：得，差模輸入信號作用下的電壓放大倍數(shù)為：Ad稱為差模電壓放大倍數(shù)。對于共模輸入信號：由于電路對稱，則

AC稱為共模電壓放大倍數(shù)。3、放大倍數(shù)的計算：第13頁,共94頁，2024年2月25日，星期天3、放大倍數(shù)的計算：基本差分放大電路只對差模輸入信號進行放大，而不對共模信號進行放大。在雙端輸出的情況下，放大電路的差模電壓放大倍數(shù)等于一個單級共射放大電路的電壓放大倍數(shù)。在理想對稱的條件下，如果共模信號能夠模擬溫度的變化，則不難看出，無論溫度怎么變化，輸出端皆為零，從而達到了抑制輸出信號電壓的零點漂移。第14頁,共94頁，2024年2月25日，星期天5.1.2長尾式差分電路前面介紹的基本差分放大電路中，依靠電路對稱，利用兩個放大電路的輸出之差，抑制了零點漂移電壓的輸出，但是并沒有消除單級放大電路本身的零漂。為了進一步減小或消除零漂，提高抑制零點漂移的效果，需要在基本差分放大電路的基礎上進行改進，減小單級放大電路自身的零點漂移。第15頁,共94頁，2024年2月25日，星期天在基本差分放大電路的發(fā)射極接入一個射極電阻RE，以便引入電流負反饋，穩(wěn)定輸入電壓，減小零漂。發(fā)射極電阻RE猶如在基本差分電路中多了一條尾巴，RE愈大，穩(wěn)定性愈好，相當于尾巴愈長，故稱為長尾式差分電路。射極電阻RE愈大，對共模信號的反饋作用愈強，抑制零漂的效果愈好，但同時，RE上的直流壓降也愈大，三極管放大的動態(tài)范圍愈小。解決辦法是增加一個負電源VEE，用以增加三極管的動態(tài)范圍。如圖5-1-3所示。圖5-1-3長尾式差分放大電路1、長尾式差分電路的組成第16頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2、長尾式差分電路的幾種接法（1）雙端輸入雙端輸出輸入信號分別在三極管T1、

T2的基極輸入，從T1、T2的集電極之間輸出。這種接法稱為雙端輸入雙端輸出電路。如圖5-1-3所示。圖5-1-3長尾式差分放大電路第17頁,共94頁，2024年2月25日，星期天4.5.2長尾式差分電路（2）雙端輸入單端輸出輸入信號分別在三極管T1、

T2的基極輸入，但輸出卻只從T1或T2的集電極單獨對地之間輸出，稱為雙端輸入單端輸出。如果從T1的集電極輸出，稱為左側輸出，電壓放大倍數(shù)為單級共射放大電路的一半，且輸出與輸入反相，如圖5-1-4所示。如果從T2的集電極輸出，稱為右側輸出，電壓放大倍數(shù)也為單級共射放大電路的一半，但輸出與輸入同相。圖5-1-4雙端輸入左側單端輸出第18頁,共94頁，2024年2月25日，星期天4.5.2長尾式差分電路（3）單端輸入雙端輸出輸入信號只從三極管

T1或T2的基極一端輸入，從三極管T1和T2

的集電極之間輸出。圖5-1-5單端輸入雙端輸出的接法第19頁,共94頁，2024年2月25日，星期天4.5.2長尾式差分電路（4）單端輸入單端輸出輸入信號只從三極管T1或

T2的基極一端輸入，只從三極管T1或T2的集電極一端對地輸出。在長尾式差分電路的幾種接法中，值得注意的是：在單端輸入時（包括單端輸入雙端輸出和單端輸入單端輸出），由于對稱，輸入的差模信號在圖5-1-5和圖5-1-6的虛線所示的輸入回路中，將被對半分配到兩側的輸入端，相當于雙端輸入；可以說單端輸入等同于雙端輸入。圖5-1-6單端輸入左側單端輸出第20頁,共94頁，2024年2月25日，星期天4.5.3長尾式差分電路

的工作原理分析前面就長尾式差分放大電路的幾種接法進行了介紹。下面以

圖4-5-4所示的長尾式差分放大電路為例，對雙端輸入雙端輸出電路的工作原理進行分析。1、靜態(tài)分析靜態(tài)時，輸入信號vi1和vi2均為零，等效處理方法是將兩個輸入端分別對地短路。由于電路左右對稱，T1和T2特性相同，則有IC1=IC2、VC1=VC2得到：V0=VC1-VC2=I0RL=0(1)I0=0(2)式(2)表明，在靜態(tài)時，RL電阻中沒有電流流過,相當于開路，也就是說，RL可以拿掉。RL拿掉后的直流通路如圖5-1-7所示。圖5-1-3長尾式差分放大電路第21頁,共94頁，2024年2月25日，星期天5.1.3長尾式差分電路

的工作原理分析對于輸入回路：

由于在設計時，RE通常選得比較大，使得IBQ非常小，一般可以忽略，則(約為-0.7V)

根據(jù)電路的對稱性可知，每個管子的集電極電流為IEQ的一半，即

說明T1的工作點電壓VCEQ近似為它的集電極對地電位。圖5-1-7長尾差分放大電路的直流通路第22頁,共94頁，2024年2月25日，星期天當差分放大電路兩輸入端加上任意信號vi1、vi2時，都可以等效為差模和共模信號的疊號，根據(jù)疊加原理，可以分別進行分析。（1）差模信號vid由于電路的對稱性使vi均分給兩個輸入端，即即在輸出端RL兩端有信號輸出。圖5-1-8雙入雙出差模電路2、動態(tài)分析第23頁,共94頁，2024年2月25日，星期天4.5.3長尾式差分電路

的工作原理分析此時，在RE上的電流約為，即RE上的差模交流電流為零。則RE上的差模交流電壓也為0。使VE點對交流信號而言相當于接地，得：差模交流通路如圖5-1-9所示。圖5-1-9差模交流通路圖5-1-8雙入雙出差模電路第24頁,共94頁，2024年2月25日，星期天4.5.3長尾式差分電路

的工作原理分析①差模電壓增益由于電路對稱，RL接在兩管集電極之間，兩端電壓變化量相等，極性相反，所以，負載電阻RL的中點電位不變，相當于交流接地。因此，可以將RL分為相等的兩部分，對T1、T2各取RL/2。在雙入雙出時，兩管基極之間的輸入是單邊的兩倍，兩管集電極之間的輸出也是單邊的兩倍。所以，此時差放的差模電壓放大倍數(shù)與單管放大電路的電壓放大倍數(shù)相同。即：其中圖5-1-9差模交流通路圖5-1-10差模放大微變電路第25頁,共94頁，2024年2月25日，星期天②差模輸入電阻：為差模輸入信號電壓與差模輸入信號電流之比，即從兩個輸入端看進去的總差模輸入電阻。

③差模輸出電阻：雙端輸出時，兩輸出端之間呈現(xiàn)的差模輸出電阻為

圖5-1-10差模放大微變電路第26頁,共94頁，2024年2月25日，星期天（2）共模分析雙入雙出電路加共模信號

如圖5-1-11所示。加共模信號時：vic1=vic2=vic

由于電路兩邊對稱，RE上的電流變化是每個三極管電流變化的兩倍。從電壓等效的觀點來看，對共模信號而言，每個晶體管發(fā)射極相當于各接2RE電阻。

如圖5-1-12所示。畫出共模信號作用下的交流通路如圖5-1-13所示。圖5-1-11雙入雙出電路加共模信號圖5-1-12共模交流通路第27頁,共94頁，2024年2月25日，星期天①共模電壓增益由于電路對稱，ic1=ic2=ic,則vc1=vc2voc=vc1-vc2=0

結論：雙入雙出差分放大電路對共模信號不會放大。如果干擾信號屬于共模信號，則可以用這種放大電路對干擾信號進行抑制。圖5-1-12共模交流通路圖5-1-13共模交流通路第28頁,共94頁，2024年2月25日，星期天②共模抑制比差分放大電路對差模信號有較高的放大能力，對共模信號有抑制作用，這種抑制作用用“共模抑制比”來評價，定義為：雙端輸出時，Avc=0，KCMR=∞通常CMR用dB數(shù)來表示，即

圖5-1-13共模交流通路第29頁,共94頁，2024年2月25日，星期天③共模輸入電阻由圖5-1-14可見，從輸入端看進去的共模輸入電阻為

④共模輸出電阻

圖5-1-13共模交流通路圖5-1-14共模等效電路第30頁,共94頁，2024年2月25日，星期天5.1.4差分放大電路四種

接法的分析與比較差分電路四種接法：

雙入雙出雙入單出單入雙出單入單出前面已經(jīng)對“雙入雙出”進行了分析，下面對另外三種接法進行分析和比較。第31頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1、雙入單出電路與雙入雙出的圖相比較，只是輸出負載RL接在T1的C

與地之間。

輸入差模信號時，由于T1、T2

對稱，IEQ不變，對差模輸入信號而言E點電位沒有變化，相當于交流接地，只是輸出電壓從半邊輸出。因此，放大倍數(shù)將為雙端輸出電路的一半，即其中以上單端輸出又稱為左側輸出。圖5-1-15雙入單出差模電路第32頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1、雙入單出電路如果從T2管的C極輸出，稱為右側輸出。

電路的差模輸入電阻為（由于電路的輸入回路沒有變）

電路的輸出電阻

圖5-1-15雙入單出差模電路第33頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1、雙入單出電路現(xiàn)在來討論這種電路的溫漂情況，由于溫度漂移相當于輸入共模信號的情況，可以用共模放大倍數(shù)來表示。輸入共模信號時，由于T1、T2對稱，RE上流過的電流為2IE1，對于每個管子來說，可等效為IE1流過阻值為2RE的電阻，如圖5-1-16所示。由圖可得：

由于式中的(1+β)2RE一般很大，所以單端輸出的溫漂也不是很大（Avc不是很大）。圖5-1-16共模等效電路第34頁,共94頁，2024年2月25日，星期天此電路的共模抑制比為：

由上式可見，增大RE對減小共模放大倍數(shù)和提高共模抑制比都有好處，所以RE越大，對抑制溫漂越有利。第35頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1、雙入單出電路例5-1，雙入單出差分電路中，已知VCC=10V、-VEE=-10V，RC=10k，β=100，RB=5k，RE=5k，rbe=1k，RL=10k。求：Avd，Avc，KCMR。解：

第36頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2、單入雙出電路如圖5-1-17所示。可以把信號等效為一個共模信號和一對差模信號。變換后的電路如圖5-1-18所示。變換為雙端輸入雙端輸出。圖5-1-17單入雙出電路5-1-18單入雙出對信號源進行等效變換第37頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2、單入雙出電路由于輸入信號中有差模和共模兩部分信號，所以輸出信號也由兩部分組成：

前面已計算過雙入雙出的Avc、Avd其中：Avc=0，，單入雙出對信號源進行等效變換第38頁,共94頁，2024年2月25日，星期天3、單入單出電路由于單端輸入可等效為雙端輸入看待。因此，“單入單出”的分析計算過程與“雙入單出”時是一樣的。圖5-1-19單入單出電路電路的差模輸入電阻為：電路的差模輸出電阻為：由于差分放大電路只放大差模信號，不放大共模信號，所以在分析放大電路單端輸入時，可以將單端輸入等同于雙端輸入看待。第39頁,共94頁，2024年2月25日，星期天4、差分電路幾種接法的性能比較對于差模信號：（1）差模輸入電阻Rid與輸入方式無關，它們都是：Rid=2(RB+rbe)（2）差模輸出電阻Rod只與輸出方式有關，而與輸入方式無關。單端輸出時：Rod=RC

雙端輸出時：Rod=2RC

（3）差模增益（放大倍數(shù)）只與輸出方式有關，而與輸入方式無關。雙端輸出時：其中單端輸出時：其中（輸入與輸出在同一側時μ為負，對方一側時μ為正）第40頁,共94頁，2024年2月25日，星期天4、差分電路幾種接法的性能比較對于共模信號：（1）共模輸入電阻Ric與輸入方式無關，它們都是

（2）共模輸出電阻Roc只與輸出方式有關。單端輸出時：Roc=RC

雙端輸出時：Roc=2RC

第41頁,共94頁，2024年2月25日，星期天4、差分電路幾種接法的性能比較對于共模信號：（3）共模增益（放大倍數(shù)）只與輸出方式有關，而與輸入方式無關。雙端輸出時：Avc=0單端輸出時：其中第42頁,共94頁，2024年2月25日，星期天（4）共模抑制比只與輸出方式有關，而與輸入方式無關。雙端輸出時：KCMR=∞單端輸出時：

掌握了以上這些特點和規(guī)律，也就掌握了長尾式差分放大電路。4、差分電路幾種接法的性能比較第43頁,共94頁，2024年2月25日，星期天4.幾種方式指標比較輸出方式雙出單出雙出單出第44頁,共94頁，2024年2月25日，星期天4.幾種方式指標比較輸出方式雙出單出雙出單出第45頁,共94頁，2024年2月25日，星期天重要結論在各種組態(tài)差分放大器分析比較和改進的基礎上，可以知道：要盡可能的提高差分放大器的共模抑制比，兩個關鍵因素是：

電路對稱性； 共射極電阻。第46頁,共94頁，2024年2月25日，星期天雙端輸出，理想情況

KCMR→∞?？墒箚味溯敵龅漠擱e→∞時，但是 rbe≈(1+β)VT∕IE

IE≈VEE∕2Re

rbe≈2Re(1+β)VT∕VEE―

恒流源差動放大電路第47頁,共94頁，2024年2月25日，星期天理想電流源具有：電流恒定；交流等效電阻無窮大的特點。帶恒流源的差分放大器恒流源的作用：1.提供放大電路的射極電流； 2.替代交流大電阻；（提高共模抑制比）如果IE恒定，而Re→∞；則可能使KCMR→∞。注意，此處Re→∞只要是在交流時即可。第48頁,共94頁，2024年2月25日，星期天為此由T3構成的恒流源，輸出電阻ro3取代Re，由微變等效電路計算。第49頁,共94頁，2024年2月25日，星期天5.2

復合管電路為獲得高放大倍數(shù)，可以利用多個晶體管組成復合管，以得到較大的電流放大系數(shù)。

1.復合管的組成形式

一般復合管由兩個晶體管組成，兩個晶體管的類型可以相同，也可不同。組成后的復合管應滿足復合起來的管子都處于導通狀態(tài)的條件，即滿足發(fā)射結正向偏置、集電結反向偏置。復合管的類型與第一個晶體管的類型相同。

第50頁,共94頁，2024年2月25日，星期天第51頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2.復合管的主要參數(shù)

復合管的主要參數(shù)是等效電流放大系效β和等效輸入電阻rbe。由上圖四種接法的復合管各極電流關系可以推出：復合管的等效電流放大系數(shù)是兩管電流放大系數(shù)的乘積，即β≈β1β2。（a）(b)兩種接法的復合管中，T1管是共集電極組態(tài)，而rbe2是T1管的射極電阻，所以復合管等效輸入電阻為rbe=rbe1+（1+β1）rbe2，。

（c）(d)兩種接法的復合管中,rbe=rbe1。

第52頁,共94頁，2024年2月25日，星期天5.3集成運算放大器一.集成運算放大器組成輸入級輸出級偏置電路中間級UiUo集成電路運算放大器框圖第53頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

1.輸入失調電壓UIO

輸入電壓為零時，將輸出電壓除以電壓增益，即為折算到輸入端的失調電壓。是表征運放內部電路對稱性的指標。

2.輸入失調電壓溫漂dUIO/dT在規(guī)定工作溫度范圍內，輸入失調電壓隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。二.

集成運算放大器的主要參數(shù)第54頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

4.輸入失調電流

IIO：在零輸入時，差分輸入級的差分對管基極電流之差，用于表征差分級輸入電流不對稱的程度。

3.輸入偏置電流IIB：輸入電壓為零時，運放兩個輸入端偏置電流的平均值，用于衡量差分放大對管輸入電流的大小。5.輸入失調電流溫漂dIIO/DT:在規(guī)定工作溫度范圍內，輸入失調電流隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。第55頁,共94頁，2024年2月25日，星期天6.最大差模輸入電壓Uidmax運放兩輸入端能承受的最大差模輸入電壓，超過此電壓時,差分管將出現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象。7.最大共模輸入電壓Vicmax在保證運放正常工作條件下，共模輸入電壓的允許范圍。共模電壓超過此值時，輸入差分對管出現(xiàn)飽和，放大器失去共模抑制能力。第56頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

8.開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)

Aod

：無反饋時的差模電壓增益。一般Aod在100～120dB左右，高增益運放可達140dB以上。

9.差模輸入電阻rid

：雙極型管輸入級約為105～106歐姆，場效應管輸入級可達109歐姆以上。

10.共模抑制比

KCMR

：

KCMR=20lg(Avd/Avc)(dB)其典型值在80dB以上，性能好的高達180dB。第57頁,共94頁，2024年2月25日，星期天三.

集成運算放大器的低頻等效電路1.低頻等效電路集成運放作為完整的獨立器件，只畫出三個信號端，即2個輸入端，1個輸出端。因為輸入ui1與輸出uo反相，所以稱u-端為反相輸入端。而輸入ui2

與電壓uo同相，所以稱u+端為同相輸入端。ui’稱為凈輸入電壓，ii’稱為凈輸入電流。u+u-u0ui’+_-++A0dUidr0ii’第58頁,共94頁，2024年2月25日，星期天運算放大器的符號中有三個引線端，兩個輸入端，一個輸出端。集成運放的符號和傳輸特性－＋＋

u－

u+

uo

另一個稱為反相輸入端，即該端輸入信號變化的極性與輸出端相反，用符號“N”表示。uPuN－+u+u－

uo＋一個稱為同相輸入端，即該端輸入信號變化的極性與輸出端相同，用符號‘P’表示；第59頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2.

集成運算放大器的理想模型理想運算放大器的特點是：⑴開環(huán)電壓放大倍數(shù)為無窮大Au→∞；⑵輸入電阻為無窮大ri→∞；⑶輸出電阻為零ro=0，⑷共模抑制比無窮大KCMR→∞；。第60頁,共94頁，2024年2月25日，星期天預備知識：集成運放的兩種工作狀態(tài)1）.運放的電壓傳輸特性：設：電源電壓±VCC=±10V。運放的Aod=104│Ui│≤1mV時，運放處于線性區(qū)。Aod越大，線性區(qū)越小，當Aod→∞時，線性區(qū)→00uoui+10V-10V+Uom-Uom-1mV+1mV線性區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)第61頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2）.理想運算放大器：1、開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aod=∞2、差摸輸入電阻Rid=∞3、輸出電阻Ro=04、共摸抑制比KCMR=∞為了擴大運放的線性區(qū)，給運放電路引入負反饋：理想運放工作在線性區(qū)的條件：電路中有負反饋！3）.線性區(qū)第62頁,共94頁，2024年2月25日，星期天4）.非線性區(qū)（正、負飽和狀態(tài)）運放工作在非線性區(qū)的條件：電路開環(huán)工作或引入正反饋！+10V-10V+Uom-Uom0uoui第63頁,共94頁，2024年2月25日，星期天3.

線性應用的兩個重要概念⑴由于uo有限，如果Au→∞，則ui’=u+－u-≈0；兩輸入端的電位相等，好象短接了一樣，這一概念稱之為“虛短”。即u+≈u-

⑵由于ui’=0，而ri→∞，故凈輸入電流ii’≈0，輸入端好象斷開了一樣，但又不是真正的斷開，這一概念稱之為“虛斷”。即ii’≈0

第64頁,共94頁，2024年2月25日，星期天分析線性區(qū)理想運放的兩個概念虛短u＋≈u－I－≈I+≈0虛斷

u+I－uoAOUiu－I+第65頁,共94頁，2024年2月25日，星期天5.4

集成電路運算放大器的應用

“虛短”和“虛斷”的概念是分析集成運算放大器線性應用的理論根據(jù)。一.

比例運算電路1.

反相比例運算電路反相比例運算電路圖⊥∵i'i=ii-if≈0,∴ii=if∵u+=u≈0，u-端稱為“虛地”。rif=ui/ii=R1r0=0第66頁,共94頁，2024年2月25日，星期天反相比例運算電路的特點：存在“虛地”，共模輸入分量近似為零。u0與ui成比例關系,相位相反,比值是RF/R1與運算放大器本身的參數(shù)無關，其精度和穩(wěn)定性都很高?？梢赃M行y=ax的運算，運算式中的系數(shù)a＜0。當R1=Rf時，uo=－ui，此電路稱為反相器。由于集成運放的開環(huán)放大倍數(shù)非常大，需要引入負反饋，且是深度負反饋。電路中引入的是并聯(lián)電壓負反饋。R2為平衡電阻，為保證集成運算放大器第一級差動放大電路中結構的對稱性，應選擇R2=R1//Rf。第67頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2.同相比例運算電路∵ii’=0,有ii=if∵u-=u+=ui,有第68頁,共94頁，2024年2月25日，星期天同相輸入運算電路特點：u-=u+=ui，引入共模輸入信號，要求CMR大。u0與u+成比例關系,相位相同,比值是(1+RF/R1)≥1與運算放大器本身的參數(shù)無關，其精度和穩(wěn)定性都較高。當R1→∞或Rf=0時，Auf=1，此時稱為跟隨器。同相比例運算電路可以進行y=ax的運算，且運算式中的系數(shù)a≥1。電路中引入了深度串聯(lián)電壓負反饋，故同相輸入運算電路的閉環(huán)輸入電阻和輸出電阻為

rif=ui/ii’→∞，ro=0R2為平衡電阻，R2=R1//Rf，作用與反相輸入運算電路相同第69頁,共94頁，2024年2月25日，星期天二.

加法運算電路

∵ii’=0，u+=u-≈0∴ii1+ii2+ii3=if⊥1.

反相加法運算電路第70頁,共94頁，2024年2月25日，星期天特點：只調整某一路的Ri，就可改變該路的比例系數(shù)。平衡電阻：R2=R11//R12//R13//RF反相求和電路可以實現(xiàn)如下運算：

y=-(a0x0+a1x1…….+anxn),ai>0第71頁,共94頁，2024年2月25日，星期天

2.

同相加法運算電路利用同相比例公式有：第72頁,共94頁，2024年2月25日，星期天特點：可以進行y=(a1

x1+a2

x2……+anxn),an>0若改變某一路的輸入電阻，將影響輸出表達式所有系數(shù)項，與反相求和電路比較，同相求和電路調試比較麻煩。引入共模輸入分量，使同相求和電路的應用受到限制。第73頁,共94頁，2024年2月25日，星期天三.

減法運算電路

采用雙端輸入可實現(xiàn)減法運算。

疊加原理：ui1單獨作用時ui2單獨作用時第74頁,共94頁，2024年2月25日，星期天特點可以進行y=a1x1－a2x2的運算，故又稱減法運算電路。

若改變某一路的輸入電阻，將影響輸出表達式所有系數(shù)項，與反相求和電路比較，同相求和電路調試比較麻煩。當:RF/R1=R3/R2，則uo=RF/R1(ui2-ui1);

當:RF=R1時，得：uo=ui2－ui1同樣存在共模輸入電壓，所以，影響其運算精度的因素與同相輸入運算放大電路完全相同。

第75頁,共94頁，2024年2月25日，星期天四.

積分電路與微分電路1.積分電路∵i1=if

；u-=u+=0∴if=ui/R1若ui為恒定電壓，uc(0)=0,則t≥0,｜uo｜

≤｜uoL｜時，uoL0tuo當uo=uoL時，積分作用停止。第76頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2.微分電路∵i1=if

；u-=u+=0當輸入信號為一系列方波時，微分電路可將方波變成尖頂波。

第77頁,共94頁，2024年2月25日，星期天五.

測量放大器根據(jù)u-=u+，ii’=0，對于A1、A2有UB=Ui1UC=Ui2

第78頁,共94頁，2024年2月25日，星期天特點：⑴當輸入電壓Ui1、Ui2不變時，調節(jié)α便可調整輸出電壓UO。⑵此電路具有非常高的輸入電阻，對被測量的影響很小。⑶當電路其它參數(shù)一定時，輸出電壓正比于Ui1與Ui2的差值。第79頁,共94頁，2024年2月25日，星期天六.

電壓比較器電壓比較器是用來判斷輸入電壓和基準電壓之間數(shù)值大小的電路。通常由集成運算放大器組成。作為電壓比較器時，集成運放工作在開環(huán)狀態(tài)。由于其自身的電壓放大倍數(shù)很大，只要有微小的凈輸入電壓就足以使集成運放處于飽和工作狀態(tài)，所以它的輸出只有兩種可能：當u+＞u-時，輸出高電位UOH，其極性為正，數(shù)值接近正電源電壓值；當u+＜u-時，輸出低電位UOL，其極性為負，數(shù)值接近負電源電壓值。第80頁,共94頁，2024年2月25日，星期天工作時，電壓比較器的一個輸入端輸入基準電壓UB，另一端則輸入要與基準電壓進行比較的電壓ui。電壓比較器廣泛應用于數(shù)字儀表、模/數(shù)轉換、自動檢測、自動控制、波形變換等方面。

第81頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1.

單門限電壓比較器

1）過零電壓比較器

∵u+=UB=0，u-=ui∴當ui＜0時，uo=UOH，當ui＞0時，uo=UOL。設輸入電壓ui=Umsinωt，電壓比較器將輸入的連續(xù)變化量（模擬量）變成躍變的矩形波（數(shù)字量）輸出。從電壓比較器的工作原理可以看出，輸出電壓的大小僅與輸入電壓的大小有關，而與輸入電壓的波形無關。第82頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2）非零電壓比較器∵u+=UB，u-=ui，∴當ui＜UB時，uo=UOH，當ui＞UB時，uo=UOL。單門限電壓比較器具有結構簡單，靈敏度高等優(yōu)點。此類比較器設置了一個門限UB

，不管輸入電壓增加還是減小,經(jīng)過此門限時，電路都要產(chǎn)生動作，因此這類比較器的抗干擾能力差。為了克服這一缺點，實際應用中常采用多門限電壓比較器。第83頁,共94頁，2024年2月25日，星期天2.

遲滯比較器遲滯比較器在結構上引入了正反饋，這樣不僅加快了輸出電壓的翻轉過程，而且還給電路提供了兩個不同極性的參考電壓，即設置兩個門限值，使輸入電壓增加時的門限值與輸入電壓減小時的門限值不同，電路只對某一個方向變化的電壓敏感，將雙向敏感改為單向敏感，產(chǎn)生回環(huán)，提高電路的抗干擾能力。第84頁,共94頁，2024年2月25日，星期天1）反相輸入遲滯比較器

∵工作在非線性放大區(qū)，∴uo=±UZ，u+=u-=UB=±uoR2/(R2+R3)=±UZR2/(R2+R3)=ui(門限值)。設ui很小，uo輸出高電位UOH=+UZ，此時參考電位UB+=UZR2/(R2+R3)

，隨著ui增加，只要ui<UB+，uo=+UZ不變；第85頁,共94頁，2024年2月25日，星期天當ui>UB+時，uo由UoH躍變到UoL=-UZ，參考電壓也躍變?yōu)閁B-=-UZR2/(R2+R3)，隨后，只要ui>UB-，uo保持UoL=-UZ不變；當ui<UB-時，電路回到過程①。當電路uo發(fā)生變