第十章 集成運(yùn)算放大器(1)

1、 第第 10 10 章章 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器 成都大學(xué)成都大學(xué)工業(yè)制造學(xué)院工業(yè)制造學(xué)院1 10 0.1 .1 集成運(yùn)算放大器概述集成運(yùn)算放大器概述1 10 0. .2 2 反饋的基本概念反饋的基本概念1 10 0. .3 3 基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路1 10 0. .4 4 運(yùn)算放大器在信號(hào)處理方面的應(yīng)用運(yùn)算放大器在信號(hào)處理方面的應(yīng)用1 10 0. .5 5 使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問題使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問題目目 錄錄返回返回集成電路：集成電路：分立電路：分立電路：各種單個(gè)元件連接起來(lái)的電子電路。各種單個(gè)元件連接起來(lái)的電子電路。 它是用一定的生產(chǎn)工藝把它是用一定的生產(chǎn)工藝把

2、晶體管晶體管、場(chǎng)效應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管管、二極管二極管、電阻電阻、電容電容等電子元器件，以及它們等電子元器件，以及它們之間的連線所組成的整個(gè)電路集成在之間的連線所組成的整個(gè)電路集成在一塊半導(dǎo)體芯一塊半導(dǎo)體芯片片上，封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)完整的、具有上，封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)完整的、具有一定功能的器件，也稱為一定功能的器件，也稱為固體器件固體器件。集成電路相比于分立電路的優(yōu)點(diǎn)：集成電路相比于分立電路的優(yōu)點(diǎn)： 工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小，實(shí)現(xiàn)了小，實(shí)現(xiàn)了元件元件、電路電路和和系統(tǒng)系統(tǒng)的三結(jié)合。的三結(jié)合。集成電路中元器件的特點(diǎn)集成電路中元器件的特

3、點(diǎn)(1)(1)單個(gè)的精度不是很高單個(gè)的精度不是很高, ,但由于是在同一硅片上、但由于是在同一硅片上、用相同工藝生產(chǎn)出來(lái)的，性能比較一致；用相同工藝生產(chǎn)出來(lái)的，性能比較一致；(2)(2)元器件相互離得很近元器件相互離得很近, ,溫度特性較一致；溫度特性較一致；(3)(3)電阻一般在幾十歐至幾十千歐、太高或太低電阻一般在幾十歐至幾十千歐、太高或太低都不易制造；都不易制造； ( (4)4)電感難于制造電感難于制造, ,電容一般不超過(guò)電容一般不超過(guò)200200pF,pF,大電容大電容不易制造。不易制造。返回返回1 10 0.1 .1 集成運(yùn)算放大器概述集成運(yùn)算放大器概述集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器電路

4、方框圖電路方框圖中間級(jí)中間級(jí)輸入級(jí)輸入級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)偏置電路偏置電路返回返回 是一種高放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電是一種高放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻的直接耦合放大電路。阻的直接耦合放大電路。各部分作用各部分作用 輸入級(jí)輸入級(jí)是提高運(yùn)算放大器質(zhì)量的關(guān)鍵部分，要求是提高運(yùn)算放大器質(zhì)量的關(guān)鍵部分，要求其其輸入電阻高輸入電阻高，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號(hào)。一，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號(hào)。一般采用差分放大電路，有同相和反相兩個(gè)輸入端。般采用差分放大電路，有同相和反相兩個(gè)輸入端。 中間級(jí)中間級(jí)主要進(jìn)行主要進(jìn)行電壓放大電壓放大，要求其電壓放大倍數(shù)，要求其電壓放大倍數(shù)高，一般由共發(fā)射極放大電路構(gòu)成

5、。高，一般由共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。 輸出級(jí)輸出級(jí)與負(fù)載相連，要求其與負(fù)載相連，要求其輸出電阻低輸出電阻低，帶負(fù)載，帶負(fù)載能力強(qiáng)，能輸出足夠大的電壓和電流，一般由互補(bǔ)對(duì)能力強(qiáng)，能輸出足夠大的電壓和電流，一般由互補(bǔ)對(duì)稱電路或射極輸出器構(gòu)成。稱電路或射極輸出器構(gòu)成。 偏置電路偏置電路的作用是為上述各級(jí)電路的作用是為上述各級(jí)電路提供穩(wěn)定和核提供穩(wěn)定和核實(shí)的偏置電流實(shí)的偏置電流，決定各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)，一般由各種，決定各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)，一般由各種恒流源電路構(gòu)成。恒流源電路構(gòu)成。返回返回1 1、集成運(yùn)放的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)、集成運(yùn)放的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)-UEE+UCCuo u u反相端反相端同相端同相端T3T4T5T1

6、T2IS輸入級(jí)輸入級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)中間級(jí)中間級(jí)返回返回2 2、集成電路的封裝、集成電路的封裝雙列直插式塑料封裝雙列直插式塑料封裝管腳數(shù)有管腳數(shù)有8 8、1010、1212、1414、1616等種類等種類金屬殼封裝金屬殼封裝管腳數(shù)有管腳數(shù)有8 8、1010、1212等種類等種類返回返回3 3、F007F007（5G245G24）外引線圖外引線圖反相輸入端反相輸入端同相輸入端同相輸入端輸出端輸出端A Ao o1 11 15 54 43 32 26 67 7+15V+15V-15V-15V接線圖接線圖頂視圖頂視圖( (圓殼式圓殼式) )CCVEEVOUTININ返回返回正電源端正電源端負(fù)電源端負(fù)電源端

7、外接調(diào)零外接調(diào)零電位器端電位器端 ri 高高:幾十幾十k 幾百幾百k 運(yùn)放的特點(diǎn)：運(yùn)放的特點(diǎn)：理想運(yùn)放：理想運(yùn)放： ri KCMRR很大很大KCMRR ro 小：幾十?。簬资?幾百幾百 ro 0 A o 很很大大:104以上以上 107Ao 4 4、運(yùn)放的特點(diǎn)和符號(hào)、運(yùn)放的特點(diǎn)和符號(hào)運(yùn)放符號(hào)：運(yùn)放符號(hào)： u u+ uo A0 u u+ uo A0 u u+ uo 返回返回理想運(yùn)放符號(hào)：理想運(yùn)放符號(hào)：5 5、運(yùn)算放大器的主要參數(shù)、運(yùn)算放大器的主要參數(shù)(1)(1)最大輸出電壓最大輸出電壓U UOPPOPP能夠使輸出電壓和輸入電壓保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。能夠使輸出電壓和輸入電壓保持不失真關(guān)系的

8、最大輸出電壓。(2)(2)開環(huán)電壓放大倍數(shù)開環(huán)電壓放大倍數(shù)A Auouo 在運(yùn)算放大器的輸出端與輸入端之間沒有外接電路時(shí)所在運(yùn)算放大器的輸出端與輸入端之間沒有外接電路時(shí)所測(cè)出的差模電壓放大倍數(shù)。測(cè)出的差模電壓放大倍數(shù)。A Auouo越高，所構(gòu)成的運(yùn)算電路越穩(wěn)越高，所構(gòu)成的運(yùn)算電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也越高。定，運(yùn)算精度也越高。(3)(3)輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓U UIOIO 理想的運(yùn)算放大器，當(dāng)輸入電壓理想的運(yùn)算放大器，當(dāng)輸入電壓u uI1I1=u=uI2I2=0(=0(即兩個(gè)輸入端即兩個(gè)輸入端同時(shí)接地同時(shí)接地) )時(shí)，輸出電壓時(shí)，輸出電壓u uo o=0=0，但在實(shí)際運(yùn)放中，由于制造中，但在實(shí)

9、際運(yùn)放中，由于制造中元件參數(shù)的不對(duì)稱性等原因，輸入電壓為零時(shí)，輸出電壓不元件參數(shù)的不對(duì)稱性等原因，輸入電壓為零時(shí)，輸出電壓不為零，所以，要使輸出電壓為零，必須在輸入端加一個(gè)很小為零，所以，要使輸出電壓為零，必須在輸入端加一個(gè)很小的補(bǔ)償電壓，這就是輸入失調(diào)電壓，的補(bǔ)償電壓，這就是輸入失調(diào)電壓，U UIOIO越小越好。越小越好。返回返回(4)(4)輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流I IIOIO(5)(5)輸入偏置電流輸入偏置電流I IIBIB(6)(6)共模輸入電壓范圍共模輸入電壓范圍U UICMICM輸入信號(hào)為零時(shí)，兩個(gè)輸入端靜態(tài)基極電流之差。輸入信號(hào)為零時(shí)，兩個(gè)輸入端靜態(tài)基極電流之差。即即I IIOI

10、O=|I=|IB1B1-I-IB2B2| |。I IIOIO值越小越好。值越小越好。輸入信號(hào)為零時(shí)，兩個(gè)輸入端靜態(tài)基極電流的平均值。輸入信號(hào)為零時(shí)，兩個(gè)輸入端靜態(tài)基極電流的平均值。即即I IIBIB=(I=(IB1B1+I+IB2B2)/2)/2。I IIBIB值越小越好。值越小越好。 運(yùn)算放大器對(duì)共模信號(hào)具有抑制的性能，但這個(gè)性能是運(yùn)算放大器對(duì)共模信號(hào)具有抑制的性能，但這個(gè)性能是在規(guī)定的共模電壓范圍內(nèi)才具備，若超出這個(gè)電壓范圍，其在規(guī)定的共模電壓范圍內(nèi)才具備，若超出這個(gè)電壓范圍，其運(yùn)放的抑制性能就會(huì)大大降低。運(yùn)放的抑制性能就會(huì)大大降低。返回返回6 6、運(yùn)算放大器的傳輸特性、運(yùn)算放大器的傳輸特

11、性)(ioufu+UO(sat)-UO(sat)線性區(qū)線性區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū) uuou)(uuAuuoo 線性區(qū)線性區(qū)很窄很窄, ,所以所以運(yùn)放在線性運(yùn)放在線性區(qū)工作區(qū)工作, ,通通常引入深度常引入深度電壓負(fù)反饋。電壓負(fù)反饋。返回返回(1)(1)工作在線性區(qū)：工作在線性區(qū)：實(shí)際特性實(shí)際特性理想特性理想特性運(yùn)算放大器線性應(yīng)用時(shí)的分析依據(jù)運(yùn)算放大器線性應(yīng)用時(shí)的分析依據(jù)00uoAuuu uu稱為稱為“虛短虛短”3 3、如果信號(hào)從反向端輸入，同相端接地，則反相端、如果信號(hào)從反向端輸入，同相端接地，則反相端近于近于“地地”電位。電位。 0uu返回返回1 1、輸入電阻、輸入電阻r ri i趨于趨于

12、，則可認(rèn)為兩個(gè)輸入端的輸，則可認(rèn)為兩個(gè)輸入端的輸入電流為零。入電流為零。即：即：0ii稱為稱為“虛斷虛斷”2 2、開環(huán)電壓放大倍數(shù)、開環(huán)電壓放大倍數(shù)A Auouo趨于趨于，而輸出電壓是一，而輸出電壓是一個(gè)有限值，則由：個(gè)有限值，則由：)(uuAuuoo得：得：即：即：即：即：稱為稱為“虛地虛地”uu當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)，注意：注意：此時(shí)輸入端的輸入電流也等于零此時(shí)輸入端的輸入電流也等于零返回返回(2)(2)工作在飽和區(qū)：工作在飽和區(qū)：)(00satUuuu當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)，)(0satUuO工作于工作于正正飽和區(qū)飽和區(qū)工作于工作于負(fù)負(fù)飽和區(qū)飽和區(qū)即：即：即：即：例例1 1：F007F007運(yùn)算放大器的正、負(fù)電

13、源電壓為運(yùn)算放大器的正、負(fù)電源電壓為1515V V，開開環(huán)電壓放大倍數(shù)環(huán)電壓放大倍數(shù)A AU0U0= =2 2 10105 5, ,輸出最大電壓（即輸出最大電壓（即U Uo o(sat)(sat) )為為1313V V。在下圖電路中分別加如下電壓，求輸出電在下圖電路中分別加如下電壓，求輸出電壓及其極性：壓及其極性：V;10V,15) 1 (uuV;10V,5)2(uumV;50V,)3(uuV;0mV,5)4(uu u u+ uo 返回返回V651021350uoAuuu解：解： 只要兩個(gè)輸入端之間的電壓絕對(duì)值超過(guò)只要兩個(gè)輸入端之間的電壓絕對(duì)值超過(guò)6565V V，輸出電壓就達(dá)到正或負(fù)的飽和值。

14、輸出電壓就達(dá)到正或負(fù)的飽和值。5VV10)1015(10265ou輸出電壓：輸出電壓：3VV10)105(10265ou輸出電壓：輸出電壓：3V1ou輸出電壓：輸出電壓：3V1ouV0mV,5)4(uu輸出電壓：輸出電壓：返回返回V10V,15) 1 (uuV10V,5)2(uumV50V,) 3(uu放大電路放大電路Ao反饋電路反饋電路F輸入信號(hào)輸入信號(hào)xi凈輸入凈輸入 信號(hào)信號(hào)xd輸出信號(hào)輸出信號(hào)xo xf反饋信號(hào)反饋信號(hào)比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié) 反饋示意圖反饋示意圖開環(huán)放大倍數(shù)：開環(huán)放大倍數(shù)： Ao =xoxd 閉環(huán)放大倍數(shù)：閉環(huán)放大倍數(shù)： Af =xoxi 反饋系數(shù)：反饋系數(shù)：F =xfxo

15、1 10 0. .2 2 反饋的基本概念反饋的基本概念返回返回 將放大電路輸出端的信號(hào)的一部分或全部通過(guò)將放大電路輸出端的信號(hào)的一部分或全部通過(guò)某種電路引回到輸入端，就稱為某種電路引回到輸入端，就稱為反饋反饋。一、反饋的分類一、反饋的分類(1) (1) 正反饋和負(fù)反饋正反饋和負(fù)反饋 正反饋：正反饋：xf 與與xi 作用相同，使作用相同，使xd 增加增加 負(fù)反饋：負(fù)反饋：xf 與與xi 作用相反，使作用相反，使xd 減小減小(2) (2) 電壓反饋和電流反饋電壓反饋和電流反饋 電壓反饋：電壓反饋：xf uo(xo)，即反饋信號(hào)取自輸出電壓即反饋信號(hào)取自輸出電壓 電流反饋：電流反饋：xf io (

16、xo)，即反饋信號(hào)取自輸出電流，即反饋信號(hào)取自輸出電流(3) (3) 串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋 串聯(lián)反饋：串聯(lián)反饋：xf 與與xi 以串聯(lián)的形式作用于凈輸入端以串聯(lián)的形式作用于凈輸入端 并聯(lián)反饋：并聯(lián)反饋：xf 與與xi 以并聯(lián)的形式作用于凈輸入端以并聯(lián)的形式作用于凈輸入端AoFxi xd xf xo返回返回(4) (4) 直流反饋和交流反饋直流反饋和交流反饋返回返回直流反饋：直流反饋：xf 是靜態(tài)直流分量；是靜態(tài)直流分量；交流反饋：交流反饋：xf 是動(dòng)態(tài)交流分量。是動(dòng)態(tài)交流分量。二、反饋的判斷二、反饋的判斷(1)(1)判斷是否存在反饋？哪些是反饋元件？判斷是否存在反饋？哪些是反饋

17、元件？ 無(wú)反饋：放大電路輸出端信號(hào)沒有引回到輸入端無(wú)反饋：放大電路輸出端信號(hào)沒有引回到輸入端 有反饋：放大電路輸出端信號(hào)部分或全部通過(guò)某種電有反饋：放大電路輸出端信號(hào)部分或全部通過(guò)某種電路引回到輸入端路引回到輸入端(2)(2)判斷是電壓反饋還是電流反饋？判斷是電壓反饋還是電流反饋？ 電壓反饋：反饋電路直接從輸出端引出；電壓反饋：反饋電路直接從輸出端引出； 電流反饋：反饋電路從輸出端的負(fù)載靠電流反饋：反饋電路從輸出端的負(fù)載靠“地地”端引出端引出。(3)(3)判斷是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋？判斷是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋？ 串聯(lián)反饋：串聯(lián)反饋：xf 與與xi 分別接在兩個(gè)輸入端上；分別接在兩個(gè)輸入端上；

18、并聯(lián)反饋：并聯(lián)反饋：xf 與與xi 都接在同一個(gè)輸入端上。都接在同一個(gè)輸入端上。(4)(4)判斷是正反饋還是負(fù)反饋？判斷是正反饋還是負(fù)反饋？ 對(duì)串聯(lián)反饋：對(duì)串聯(lián)反饋： xf 與與xi 極性相同極性相同負(fù)反饋；負(fù)反饋； xf 與與xi 極性不同極性不同正反饋。正反饋。 對(duì)并聯(lián)反饋：對(duì)并聯(lián)反饋： xf 與與xi 極性相同極性相同正反饋；正反饋； xf 與與xi 極性不同極性不同負(fù)反饋。負(fù)反饋。返回返回例例2 2：判斷圖示電路的反饋類型。判斷圖示電路的反饋類型。解：解：Ao+uiuoR2 ud+R1RF uf +結(jié)論：電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。結(jié)論：電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。返回返回(1)(1)存在反饋，存

19、在反饋，R RF F為反饋電阻；為反饋電阻；(2)(2)反饋電路是直接從輸出端引反饋電路是直接從輸出端引出，出，電壓反饋電壓反饋；(3)x(3)xf f與與x xi i分別接在兩個(gè)輸入端分別接在兩個(gè)輸入端上，上，串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋；(4)(4)對(duì)串聯(lián)反饋對(duì)串聯(lián)反饋, x, xf f與與x xi i極性相極性相 同，同，負(fù)反饋負(fù)反饋。例例3 3：判斷圖示電路的反饋類型。判斷圖示電路的反饋類型。AO+uiR2R1RLRuo+RF結(jié)論：電路為電流并聯(lián)負(fù)反饋。結(jié)論：電路為電流并聯(lián)負(fù)反饋。解：解：(1)(1)存在反饋，存在反饋，R RF F為反饋電阻為反饋電阻(2)(2)反饋電路從輸出端的負(fù)載反饋電路從輸

20、出端的負(fù)載靠地端引出，靠地端引出，電流反饋電流反饋；(3)x(3)xf f與與x xi i接在同一個(gè)輸入端接在同一個(gè)輸入端上，上，并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋；(4)(4)對(duì)并聯(lián)反饋對(duì)并聯(lián)反饋, x, xf f與與x xi i極性極性不同，不同，負(fù)反饋負(fù)反饋。返回返回例例4 4：試判斷圖示電路試判斷圖示電路R RF F所形成的反饋類型。所形成的反饋類型。 uo1+R11Rf1R12ui+R21Rf2R22uoRf解：解：結(jié)論：結(jié)論：RF形成電路的電壓串聯(lián)正反饋。形成電路的電壓串聯(lián)正反饋。返回返回(1)(1)存在反饋，存在反饋，R RF F為反饋電阻；為反饋電阻；(2)(2)反饋電路直接從輸出端引出，反饋電

21、路直接從輸出端引出，電壓反饋電壓反饋；(3)x(3)xf f與與x xi i分別接在兩個(gè)輸入端上，分別接在兩個(gè)輸入端上，串聯(lián)反饋串聯(lián)反饋；(4)(4)對(duì)串聯(lián)反饋對(duì)串聯(lián)反饋, x, xf f與與x xi i極性不同，極性不同，正反饋正反饋。三、負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善三、負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善AoFxi xd xf xo 因?yàn)殚_環(huán)放大倍數(shù)很大，線性區(qū)很窄，為了使因?yàn)殚_環(huán)放大倍數(shù)很大，線性區(qū)很窄，為了使輸出信號(hào)都保持在運(yùn)放的線性區(qū)輸出信號(hào)都保持在運(yùn)放的線性區(qū)( (即運(yùn)放工作在線即運(yùn)放工作在線性區(qū)性區(qū)),),所以所以, ,通常引入深度電壓通常引入深度電壓負(fù)反饋負(fù)反饋。dooxxA 開環(huán)放大倍數(shù)

22、：開環(huán)放大倍數(shù)：閉環(huán)放大倍數(shù)：閉環(huán)放大倍數(shù)：fdoiofxxxxxA凈輸入信號(hào)：凈輸入信號(hào)：fidxxx返回返回反饋深度反饋深度即：即：如果：如果： |F | |Ao |1 深度負(fù)反饋。深度負(fù)反饋。fdoiofxxxxxAdfdoxxxx1doofdoxxxxxx1oofAFAA1AoFxi xd xf xo返回返回FAf1則：則：閉環(huán)放大倍數(shù)只與反饋電阻值閉環(huán)放大倍數(shù)只與反饋電阻值有關(guān)，與開環(huán)放大倍數(shù)無(wú)關(guān)。有關(guān)，與開環(huán)放大倍數(shù)無(wú)關(guān)。(1)(1)提高了放大電路的穩(wěn)定性提高了放大電路的穩(wěn)定性負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善返回返回(2)(2)加寬了通頻帶加寬了通頻帶0|A|f

23、0.707 |Ao|Ao|B0|Af|0.707 |Af| Bf(3) (3) 改善了非線性失真改善了非線性失真AouiuoudAoFuiufuouo返回返回 利用失真了的波形來(lái)改善波形的失真，利用失真了的波形來(lái)改善波形的失真，因此只能減小失真，不能完全消除失真。因此只能減小失真，不能完全消除失真。(4) (4) 穩(wěn)定了輸出電壓或電流穩(wěn)定了輸出電壓或電流 電壓負(fù)反饋：穩(wěn)定電壓負(fù)反饋：穩(wěn)定 uo 電流負(fù)反饋：穩(wěn)定電流負(fù)反饋：穩(wěn)定 io(5) (5) 改變了輸入電阻或輸出電阻改變了輸入電阻或輸出電阻 串聯(lián)反饋：串聯(lián)反饋：ri 并聯(lián)反饋：并聯(lián)反饋：ri 電壓負(fù)反饋：電壓負(fù)反饋：ro 電流負(fù)反饋：電流

24、負(fù)反饋：ro返回返回 思考題思考題1 1見書見書p281p281：(2)(2)返回返回uo+10.3 10.3 基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路( (一一) ) 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路(1) (1) 反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路R1uiRfR2uu+虛地虛地i1if閉環(huán)電壓放大倍數(shù)閉環(huán)電壓放大倍數(shù)A Au uf f虛斷虛斷返回返回輸入信號(hào)從反相輸入端引入輸入信號(hào)從反相輸入端引入1fiofRRuuAu虛短虛短0uu0ii1iiffoiRuRu1ifuRRu10平衡電阻平衡電阻當(dāng)當(dāng) Rf =R1時(shí)：時(shí)： uo = ui反相器反相器平衡電阻平衡電阻: R2 = R1 / Rfuo+R1uiRfR2uu

25、+i1if返回返回1fiofRRuuAu只取決于相關(guān)電阻阻只取決于相關(guān)電阻阻值，而與運(yùn)算放大器本身值，而與運(yùn)算放大器本身參數(shù)無(wú)關(guān)。參數(shù)無(wú)關(guān)。閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：iuuu0iifii 1虛短虛短虛斷虛斷1RuRuufoiffouRRuRRu)1 ()1 (11(2) (2) 同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路輸入信號(hào)從同相輸入端引入輸入信號(hào)從同相輸入端引入uo+R1R2uiRfuu+i1if所以：所以：閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：11RRAfuf返回返回 只取決于相關(guān)電只取決于相關(guān)電阻阻值，而與運(yùn)算放阻阻值，而與運(yùn)算放大器本身參數(shù)無(wú)關(guān)。大器本身參數(shù)無(wú)關(guān)。uo+R1R2uiR

26、fuu+i1if 平衡電阻平衡電阻: R2 = R1 / Rfuo= ui 條件條件 ？uo+ui 電壓跟隨器電壓跟隨器當(dāng)當(dāng)R R1 1=(=(斷開斷開) )或或R Rf f=0=0時(shí)時(shí)返回返回uo= ui例例5 5：測(cè)量電阻的電路如圖所示。測(cè)量電阻的電路如圖所示。已知：已知：ui = U =10V，輸出端接有滿量程為，輸出端接有滿量程為5V5V的電壓表，的電壓表，被測(cè)電阻為被測(cè)電阻為Rx 。(1)(1)試找出試找出Rx與電壓表讀數(shù)的關(guān)系；與電壓表讀數(shù)的關(guān)系； (2)(2)若所用運(yùn)放為若所用運(yùn)放為F007F007型，為了擴(kuò)大測(cè)量電阻的范圍，型，為了擴(kuò)大測(cè)量電阻的范圍，將電壓表的量程選為將電壓表

27、的量程選為50V50V是否有意義？是否有意義？uo+R11MuiRx +U V + 05V解：解：圖為一反相比例運(yùn)算電路圖為一反相比例運(yùn)算電路uo =x1uix=1uiuo=105uo uo /Vx/1 2 3 4 51052105310541055105返回返回(1)(1)因?yàn)橐驗(yàn)镕007F007型的最大輸出電壓為型的最大輸出電壓為13V13V，所以，選用超過(guò)所以，選用超過(guò)13V13V量程為量程為50V50V的電壓表無(wú)意義。的電壓表無(wú)意義。(2)(2)若所用運(yùn)放為若所用運(yùn)放為F007F007型型返回返回例例6 6：圖中同相比例運(yùn)算電路，圖中同相比例運(yùn)算電路，,k10FR,k21R,k22R,

28、k183RV,1iu求：求：ouR R2 2R R1 1R RF Fu uo ou ui iR R3 3返回返回解：解：10RuRuuFuRRuRRuFFo111132RuRuui由反相輸入端由反相輸入端由同相輸入端由同相輸入端iuRRRu323iFFouRRRRRuRRu3231111得：得：得：得：所以：所以：V4 . 5( (二二) ) 加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路(1) (1) 反相加法運(yùn)算電路反相加法運(yùn)算電路R R2 2R RF Fu uo oR RF Fu uo ou ui i1 1u ui i2 2u ui i3 3R R1 12 2R R1 11 1R R1 13 311i12i1

29、3i在反相輸入端增加若干輸入電路在反相輸入端增加若干輸入電路u= u +=0虛地虛地虛斷虛斷i= i +=0虛短虛短11i111Rui12i212Rui13i313Rui所以：所以：131211FofiiiRuiifi313Fi212Fi111FouRRuRRuRRuFfoRiu返回返回R R2 2R RF Fu uo oR RF Fu uo ou ui i1 1u ui i2 2u ui i3 3R R1 12 2R R1 11 1R R1 13 311i12i13iifi3i2i11ouuuRRuFi3i2i1ouuuu當(dāng)當(dāng)R R1111=R=R1212=R=R1313=R=R1 1時(shí)：時(shí)

30、：當(dāng)當(dāng)R R1 1=R=RF F時(shí)：時(shí)：F1312112/RRRRR 平衡電阻平衡電阻返回返回i313Fi212Fi111FouRRuRRuRRu 加法運(yùn)算電路與運(yùn)算加法運(yùn)算電路與運(yùn)算放大器本身的參數(shù)無(wú)關(guān)放大器本身的參數(shù)無(wú)關(guān), ,只要電阻阻值足夠精確只要電阻阻值足夠精確, ,就可保證加法運(yùn)算的精度就可保證加法運(yùn)算的精度和穩(wěn)定性和穩(wěn)定性. .(2) (2) 同相加法運(yùn)算電路同相加法運(yùn)算電路R R2 2R R1 1R RF Fu ui iu uo oR R2 2R R1 1R RF Fu uo ou ui iR R3 3R R2 2R RF Fu uo oR RF Fu uo ou ui i1 1

31、u ui i2 2u ui i3 3R R1 12 2R R1 11 1R R1 13 3R R1 1R RF Fu uo ou ui i1 1u ui i2 2R R2 21 1R R2 22 2在同相輸入端增加若在同相輸入端增加若干輸入電路干輸入電路1RuRuufouRRuRRuffo)1 ()1 (110222211RuuRuuii021iiiiiii2222121i1222122uRRRuRRRuii1ii2i2222121i12221221Fo1uRRRuRRRRRu返回返回反相端：反相端：得：得：同相端：同相端：得：得：所以：所以：( (三三) ) 減法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路R3uo

32、+R1RfR2ui1ui2+R3uo+R1RfR2ui1R3uo+R1RfR2ui2uu+ 兩個(gè)輸入端都有信號(hào)兩個(gè)輸入端都有信號(hào)輸入，也叫做差分輸入。輸入，也叫做差分輸入。返回返回R3uo+R1RfR2ui1R3uo+R1RfR2ui2 當(dāng)當(dāng)ui2單獨(dú)作用時(shí)單獨(dú)作用時(shí):當(dāng)當(dāng)ui1單獨(dú)作用時(shí)單獨(dú)作用時(shí):u+ =R3R2+R3ui2返回返回110ifuRRuuRRufo11uRRf11232311ifuRRRRRR3uo+R1RfR2ui1ui2則：則：平衡電阻平衡電阻: :返回返回當(dāng)當(dāng)R1=Rf時(shí)：時(shí)：當(dāng)當(dāng)R R1 1=R=R2 2和和R RF F=R=R3 3時(shí)：時(shí)：oouuu01123231

33、1ififuRRuRRRRR121iifouuRRu12iiouuufRRRR/132例例7 7：圖示是集成電路的串級(jí)應(yīng)用，試求輸出電壓圖示是集成電路的串級(jí)應(yīng)用，試求輸出電壓u uo oR R2 2R R1 1R RF Fu uo ou ui i2 2u ui i1 1R R2 2R R1 1R RF Fu uo oA A1 1A A2 2返回返回A A1 1是電壓跟隨器，則是電壓跟隨器，則A A2 2是減法運(yùn)算電路，則是減法運(yùn)算電路，則o11Fi21Fo1uRRuRRu解：解：uo1i1o1uuu+u-2iuu FooRuuRuu11i11Fi21F1uRRuRR所以：所以：例例8 8：兩級(jí)

34、運(yùn)算電路如圖所示。兩級(jí)運(yùn)算電路如圖所示。(1) (1) 試推導(dǎo)試推導(dǎo)u uo o與與u ui1i1、u ui2i2、u ui3 i3 的運(yùn)算關(guān)系；的運(yùn)算關(guān)系；(2) (2) 若若: :R R1 1= =R R2 2= =R Rf1f1=30k=30k，R R3 3= =R R4 4= =R R5 5 = = R R6 6= =R Rf2f2=10k=10k u ui1i1= 0.1V= 0.1V，u ui2i2= 0.2V= 0.2V，u ui3i3= 0.3V= 0.3V，求，求u uo o的值。的值。uo+R2Rf1R3R1ui1ui2R6+R4Rf2R5ui3 + uo 解：解：(1)(

35、1)第一級(jí)運(yùn)算為加法運(yùn)算電路第一級(jí)運(yùn)算為加法運(yùn)算電路返回返回221111ififouRRuRRu21iiouuu+R2Rf1R3R1ui1ui2R6+R4Rf2R5ui3 + uo uo返回返回第二級(jí)運(yùn)算為減法運(yùn)算電路第二級(jí)運(yùn)算為減法運(yùn)算電路ofouRRu421uRRuRRuffo42422113656iuRRRuoouu136564221ifouRRRRRu332212iiouuu321321iiioiooouuuuuuuu由：由：由：由：和和所以：所以：V6 . 0( (四四) ) 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路uo+CuiR1uu+R2i1if+ uC積分時(shí)間常數(shù)積分時(shí)間常數(shù)平衡電阻平衡電阻:

36、 :R2 = R1與反相比例運(yùn)算電路比較，用電容與反相比例運(yùn)算電路比較，用電容C CF F代替代替R RF F作作為反饋元件，就稱為積分運(yùn)算電路。為反饋元件，就稱為積分運(yùn)算電路。虛地虛地虛斷虛斷虛短虛短由：由：和和0uu0iioocuuuu1iif11RuiidtduCdduCiotcf得：得：CRudtduio1dtuCRuio11返回返回微分時(shí)間常數(shù)微分時(shí)間常數(shù)( (五五) ) 微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路uo+CuiRfuu+R2i1if+ uC微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的逆運(yùn)算，只需將反相輸微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的逆運(yùn)算，只需將反相輸入端的電阻和反饋電容調(diào)換位置，就成為微分運(yùn)算入端的電阻和反饋電容調(diào)換

37、位置，就成為微分運(yùn)算電路。電路。虛地虛地虛斷虛斷虛短虛短0uu0iiiicuuuu1iif由：由：和和fofRuidtduCdduCiitc1得：得：foiRudtduCdtduCRuifo平衡電阻平衡電阻: :R2 = Rf返回返回 思考題思考題2 2見書見書p289:p289:(1)(1)、(2)(2)1 10.4 0.4 運(yùn)算放大器在信號(hào)處理方面的應(yīng)用運(yùn)算放大器在信號(hào)處理方面的應(yīng)用一、濾波器一、濾波器 濾波器就是一種選頻電路濾波器就是一種選頻電路, , 它能選出有用的信它能選出有用的信號(hào)號(hào), ,而抑制無(wú)用的信號(hào)而抑制無(wú)用的信號(hào), ,使一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)能使一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)能順利通過(guò)

38、順利通過(guò), ,衰減很小衰減很小, ,而在此頻率范圍以外的信號(hào)不而在此頻率范圍以外的信號(hào)不易通過(guò)易通過(guò), ,衰減很大。衰減很大。返回返回 按濾波器所含元器件的不同，可分為：按濾波器所含元器件的不同，可分為：無(wú)源無(wú)源濾波器濾波器和和有源濾波器有源濾波器。無(wú)源濾波器無(wú)源濾波器有源濾波器有源濾波器由無(wú)源元件由無(wú)源元件R R、C C和和L L組成；組成；由無(wú)源元件由無(wú)源元件R R、C C組成的無(wú)源濾波器加組成的無(wú)源濾波器加上有源元件集成運(yùn)算放大器組成。上有源元件集成運(yùn)算放大器組成。按濾波電路的功能分按濾波電路的功能分低通濾波器低通濾波器LPFLPF帶阻濾波器帶阻濾波器BEFBEF高通濾波器高通濾波器HP

39、FHPF帶通濾波器帶通濾波器BPFBPF返回返回)(jUi)(jUo傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：ioioioUUjUjUjT)()()(ioUUjT)(幅頻特性幅頻特性io)(相頻特性相頻特性濾波器濾波器返回返回(1) (1) 有源低通濾波器有源低通濾波器R RR R1 1R RF Fu uo ou ui iu uc c設(shè)輸入為正弦波，可以用相量表示設(shè)輸入為正弦波，可以用相量表示RC10為截止頻率為截止頻率返回返回01F1Fij11j11RRRCRRUUo其中：其中：URRUo1F1RCUUCRCUUCj1j1j1ii則：則：若頻率若頻率為變量，則該電路的傳遞函數(shù)：為變量，則該電路的傳遞函數(shù)：0arc

40、tan)(幅角：幅角：返回返回0f001Fij1j11)j ()j (juoARRUUT20f01|j|uAT模：模：20f01|j|uAT0|j|ufAT2|j|f0uAT當(dāng)當(dāng)=0=0時(shí)：時(shí)：當(dāng)當(dāng)=0 0時(shí)：時(shí)：當(dāng)當(dāng)=時(shí)：時(shí)：0|j|T返回返回| )j (|TO幅頻特性幅頻特性|21f0uA|f0uA0結(jié)論：結(jié)論：低通濾波器具有使低頻信號(hào)較易通過(guò)而抑制較低通濾波器具有使低頻信號(hào)較易通過(guò)而抑制較高頻率信號(hào)的作用。高頻率信號(hào)的作用。 要想使濾波效果更好，即要想使濾波效果更好，即0 0時(shí)的信號(hào)衰減時(shí)的信號(hào)衰減得快些，常常構(gòu)成二階有源低通濾波器。得快些，常常構(gòu)成二階有源低通濾波器。R RR R1 1

41、R RF Fu uo ou ui i0| )j (|T一階一階二階二階返回返回（2 2）有源高通濾波器）有源高通濾波器R RR R1 1R RF Fu uo ou ui iC CRCUUCRRUj11j1iiURRUo1F1RC10為截止頻率為截止頻率返回返回則：則：01F1Fij11111RRRCjRRUUo其中：其中：若頻率若頻率為變量，則該電路的傳遞函數(shù)為變量，則該電路的傳遞函數(shù)返回返回0f001Fij1j11)j ()j (juoARRUUT幅角：幅角：模：模：20f01|j|uAT0arctan)(20f01|j|uAT0|j|ufAT2|j|f0uAT當(dāng)當(dāng)=0=0時(shí)：時(shí)：當(dāng)當(dāng)=0 0時(shí)：時(shí)：當(dāng)當(dāng)=時(shí)：時(shí)：0|j|T幅頻特性幅頻特性| )j (|TO|21f0uA|f0uA0結(jié)論：結(jié)論：高通濾波器具有使高頻信號(hào)較易通過(guò)而抑制較高通濾波器具有使高頻信號(hào)較易通過(guò)而抑制較低頻率信號(hào)的作用。低頻率信號(hào)的作用。返回返回（3 3）有源帶通濾波器）有源帶通濾波器R R2 2R R1 1R RF1F1u ui iC Cu uc cR R