電工學2第7講：集成運放-比例-加法運算電路教材

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

集成運算放大器的簡單介紹

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

。+UCC–UEE–

16.1.1集成運算放大器的特點特點：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集成運算放大器的管腳和符號反相輸入端同相輸入端信號傳輸方向輸出端實際運算放大器開環(huán)電壓放大倍數(shù)(a)(b)(a)符號;(b)引腳+UCC–UEEuou–u+16.1.2電路的簡單說明輸入級中間級輸出級同相輸入端輸出端反相輸入端

輸入級：輸入電阻高，能減小零漂和抑制干擾信號，采用帶恒流源差放

。

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

，rid

，ro0，KCMR

2.電壓傳輸特性uo=f(ui)線性區(qū)：uo

=Auo(u+–u–)非線性區(qū)：u+>u–

時，uo=+Uo(sat)

u+<u–

時，uo=–Uo(sat)

+Uo(sat)

u+–u–

uo–Uo(sat)線性區(qū)理想特性實際特性uo++

u+u–+UCC–UEE–

u+<u–

時，飽和區(qū)，

uo=–Uo(sat)

O

u+>u–

時，飽和區(qū)，

uo=Uo(sat)

3.理想運放工作在線性區(qū)的特點∵

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)??！16.2

運放在信號運算方面的運用（重點）

集成運算放大器與外部電阻、電容、半導體器件等構成閉環(huán)電路后，能對各種模擬信號進行比例、加法、減法、微分、積分等運算。

講授：先介紹基本概念，再集中舉例16.2.1比例運算1.

反相比例運算（1）電路組成

（2）電壓放大倍數(shù)因虛短,

所以u–=u+=0，稱反相輸入端“虛地”—反相輸入的重要特點因虛斷，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

結論：①Auf為負值，即uo與ui

極性相反。因為ui加在反相輸入端。②Auf

只與外部電阻R1、RF

有關，與運放本身參數(shù)無關。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.同相比例運算因虛斷，所以u+=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！

結論：①Auf為正值，即

uo與ui

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

≠0，反相輸入端不存在“虛地”現(xiàn)象。

當R1=

且RF

=0時，uo=ui，

Auf=1，稱電壓跟隨器。uoRFuiR2R1++––++

–

uoui++––++

–

由運放構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，電源經兩個電阻分壓后加在電壓跟隨器的輸入端，當負載RL變化時，其兩端電壓uo不會隨之變化（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，并說明輸入級的作用。16.2.2加法運算電路

1.反相加法電路ii2ii1ifui2uoRFui1Ri2Ri1++

–

R2+–利用疊加原理當ui1單獨作用時（ui2接地）：反向比例：

當ui2單獨作用時（ui1接地）：也是反向比例：平衡電阻：

R2=Ri1

//Ri2

//RF

注意：運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.當改變某一路輸入電阻時，對其它路無影響；反相加法運算電路的特點：ui2uoRFui1Ri2Ri1++

–

R2+–另有同相加法運算（習題16.2.10），書本未介紹，但運用現(xiàn)有知識，相信同學們完全有能力進行分析計算??！例1：求圖示電路中uo與ui1、ui2的關系。解：電路由第一級的反相器和第二級的加法運算電路級聯(lián)而成。例2：求圖示電路中uo與ui1、ui2的關系。解：電路由第一級的同相比例運算電路和第二級的減法運算電路級聯(lián)而成。P125第14題課堂小結1、掌握理想運放及虛短、虛斷基本概念2、掌握比例運算電路結構及分析計算方法3、掌握加法運算電路結構及分析計算方法作業(yè)：

P123~4習題16.2.6~7;16.2.11~13不必交，只在下面自己練習:

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減法運算電路ui2uoRFui1R3R2++

–

R1+–++––常用做測量放大電路