1、电路与模拟电子技术电路与模拟电子技术原理原理第八章集成运算放大器3:16:441第8章 集成运算放大器p8.1 从分立元件到集成电路p8.2 集成运算放大器的原理与组成p8.3 集成运放的特性参数p8.4 理想运放的线性和非线性特征p8.5 集成运放应用举例3:16:4528.3 集成运放的特性参数p对集成运放的期待：n一是把放大差模形式存在的有效输入信号尽可能地放大并转换为单端输出信号，n二是尽可能地抑制以共模信号形式存在的干扰或零点漂移；n或者说差模放大倍数尽可能大，共模放大倍数尽可能小。3:16:4531差模放大特性参数p从放大差模信号的角度，集成运放的等效电路如图8-10所示3:16:
2、454差模放大特性参数（续）p(1)开环差模电压放大倍数AudAuduo/uiduo/(u+u-)n表明了集成运放对有效信号的放大能力，Aud越大越好。n常被写做Ao，下标“o”强调开环。p(2)差模输入电阻Ridn越大越好，n差动电路的Rid为基本放大电路的两倍。3:16:455差模放大特性参数（续）p(3)输出电阻Ro n越小越好p(4)最大差模输入电压Uidmaxn两输入端所能承受的最大电压p(5)最大输出电压UOMn集成运放不出现明显失真时所能输出的最大电压3:16:4562共模抑制特性参数p(6)共模抑制比KCMR：n越大越好p(7)输入失调电压UIOn为使输出电压为零而在两个输入端
3、之间所施加的补偿电压，它表明了电路的不对称程度，一般为mV级，愈小愈好。p(8)输入失调电流IIO n两输入端偏置电流的差值，愈小愈好。3:16:457共模抑制特性参数（续）p(9)输入偏置电流IIBn两输入端静态电流的平均值，该值越小，集成运放的温漂越小。p(10)最大共模输入电压UICMn共模电压过大时，KCMR将显著下降。nUICM定义为当共模输入电压增大到使KCMR下降到正常值一半时所对应的共模电压值。3:16:4583频率特性参数p(11)开环带宽BWn差模电压放大倍数Aud下降到比直流电压放大倍数的0.707倍时所对应的频率，n通用型集成运放的开环带宽一般只有几个赫兹。3:16:4
4、59第8章 集成运算放大器p8.1 从分立元件到集成电路p8.2 集成运算放大器的原理与组成p8.3 集成运放的特性参数p8.4 理想运放的线性和非线性特征p8.5 集成运放应用举例3:16:45108.4 理想运放的线性和非线性特征p8.4.1 理想化运放p8.4.2 理想运放的线性特征：虚短和虚断p8.4.3 理想运放的非线性特征：正饱和与负饱和 3:16:45118.4.1 理想化运放p集成运放的开环差模电压放大倍数Aud很大p集成运放不能输出无限大的电压 3:16:4512理想化运放（续）p对集成运放的期待是：开环差模放大倍数越大越好，开环共模放大倍数越小越好。p实际运放的特性是：Au
5、d、Rid、KCMR很大，Ro、UIO、IIO、IIB很小。p特性参数理想化，nAud，Rid，KCMR，nRo0、UIO0、IIO0、IIB03:16:45138.4.2 理想运放的线性特征：虚短和虚断 p在线性区，根据图8-10可知uoAuduidAud(u+u-)p因为运放的输出电压uo只能是有限值，当Aud时，要使上式成立，必有uid0，或者u+u-p这表明理想运放的差模输入电压uid为零，两输入端的电位相等，如同短路而实际上又没有真正短路，该特性通常被称为“虚短”。3:16:4514理想运放的线性特征：虚断p在线性区，根据图8-10，由于理想运放的输入电阻Rid，必然有pi+i-0p
6、这表明理想运放的两输入端的差模电流都等于零，如同断开而实际上又没有真正断开，该特性通常被称为“虚断”。3:16:45158.4.3 理想运放的非线性特征：正饱和与负饱和p在非线性区，理想运放的输出电压uo要么是正向最大值，要么是负向最大值n当uid0，即u+u-时，uoUOMn当uid0，即u+u-时，uoUOM pu+u-为理想运放在正饱和状态和负饱和状态之间的转换点，而这种情况也正是理想运放线性区的虚短状态。3:16:4516第8章 集成运算放大器p8.1 从分立元件到集成电路p8.2 集成运算放大器的原理与组成p8.3 集成运放的特性参数p8.4 理想运放的线性和非线性特征p8.5 集成
7、运放应用举例3:16:45178.5 集成运放应用举例p要利用集成运放的线性特征，就一定要避免它进入非线性区；p反之，要利用集成运放的非线性特征，就一定要避免它进入线性区。p当集成运放处于线性区时，按照线性区特征（虚短、虚短）处理；p当集成运放处于非线性区时，按照非线性区特征（正饱和、负饱和）处理。3:16:45188.5.1 运放的线性应用（运算电路）p熟练使用虚短、虚断、KCL、KVL，即可分析以集成运放的线性放大电路时。3:16:45191比例运算【例8-1】反相比例放大器电路如图8-12(a)所示，输入电压ui加在反相输入端，求输出电压uo与ui的关系表达式。【解】根据“虚断”，得i-
8、i+0根据“虚短”，得u-u+0 3:16:4520反相比例放大器当运放的一个输入端接地时，另一个输入端也非常接近电位地，这种情况称为“虚地”。很容易判断，此处运放的反相输入端为“虚地”。因为i-0，再对A点列KCL，可知i1i2 又因为1i1i1RuRuui2o2o1RuRuui3:16:4621反相比例放大器（续）得到于是得电压放大倍数集成运放的第一级是差放电路，从两个输入端看出去，同相输入端与反相输入端的外接电阻应该相等，以使差放电路左右对称。所以要求R3R1R2，R3也称平衡电阻。2o1iRuRu12iofRRuuA3:16:4622反相器p图8-12(a)中，令R1R2，则有Af1，
9、即uoui，p相当于把输入信号反相，这种电路称为反相器 3:16:4623同相比例放大器【例8-2】同相比例放大器电路如图8-13(a)所示，输入电压ui加在同相输入端，求输出电压uo与ui的关系表达式。3:16:4624同相比例放大器（续）【解】根据“虚断”，得i-i+0 根据“虚短”，得u-u+ui 对A点列KCL可知i1i2 而1i110RuRui2oi2o1RuuRuui3:16:4625同相比例放大器（续）于是有推导出电压放大倍数2oi1iRuuRu12121iof1RRRRRuuA3:16:4626电压跟随器p在同相比例放大器中，取R20，即电压输出端直接与反相输入端相联，则有Af
10、=1。puo与ui大小相等，相位相同，称之为电压跟随器。3:16:46272积分运算【例8-3】积分运算电路如图8-14所示，求uo与ui的关系表达式。3:16:4628积分运算（续）【解】根据“虚断”，得i-i+0 根据“虚短”，得u-u+0 对A点列KCL得iiiC 把ii和iC用电压表示出来，就是 dtuudCdtduCRuuC)(oi3:16:4629积分运算（续）带入u-u+0得把积分电路中的电容C和电阻R的位置互换，就可以构成微分电路，此时输出电压是输入电压的微分。dtduCdtudCRuooi)0(dtuRCuio13:16:46308.5.2 运放的非线性应用（比较器）p电压比
11、较器是利用集成运放非线性特征的最常见例子，p用来比较两个电压的大小，p以输出电压水平的高或低（称为高电平或低电平），来表示两个输入电压之间孰大孰小。3:16:46311简单电压比较器3:16:4632简单电压比较器（续）p阈值电压就是使得u+u-时的输入电压。p在图8-15（b）中，UTUR，阈值电压与参考电压相等。p参考电压UR可以为正、为负或为零，pUR为零的比较器称为过零比较器。3:16:4633【例8-4】电路如图 8-16(a)所示，已知ui的波形如图8-16(b)，求uo的波形。2滞回比较器p让uo的变化比ui的变化滞后一点p思路是：当ui上升时，让阈值电压高一点；当ui下降时，让阈值电压低一点。3:16:4635滞回比较器（续）3:16:4636滞回比较器（续）【例8-5】图8-17(a)所示滞回比较器，已知电压ui的波形分别如图8-18上半部所示，并给定了阈值电压UTH+和UTH-，求电压uo的波形。3:16:4637
