第二輪系統(tǒng)復(fù)習(xí)第四章集成運(yùn)算放大器

1、了解：用集成運(yùn)算放大器組成的反相器和電壓跟隨器。了解：集成運(yùn)算放大器的使用常識(shí)。理解：理解工作在線性區(qū)的理想集成運(yùn)算放大器的幾個(gè)重要特性。熟練掌握：熟練掌握比例運(yùn)算電路（反相輸入、同相輸入）、加法運(yùn)算電路和減法運(yùn)算電路的分析方法、并且會(huì)定量分析。第四章 集成運(yùn)算放大器考綱要求4.1、集成運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)與特性了解集成電路的組成、分類、特點(diǎn)理解集成運(yùn)放的理想化特性，以及虛短、虛斷的含義了解集成運(yùn)放的主要參數(shù)及其含義復(fù)習(xí)目標(biāo)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。優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、功耗低，工作的可靠性高，價(jià)格便宜特點(diǎn)：元器件參數(shù)的一

2、致性和對(duì)稱性好電阻的阻值受到限制，大電阻常用晶體管恒流源代替，電位器需要外接電感、電容不易集成，常采用外接方式二極管多用晶體管的發(fā)射結(jié)代替分類按集成度分：小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模和超大規(guī)模（SSI、MSI、LSI和VLSI）按導(dǎo)電類型分：雙極型（NPN管和PNP管）、單極型（場(chǎng)效應(yīng)管）和兩者兼容型按功能分：數(shù)字集成電路和模擬集成電路一、 集成運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)介二、 集成運(yùn)放電路的組成1、幾個(gè)相關(guān)的概念（1）直接耦合直接耦合放大器的優(yōu)點(diǎn)：既可以交流信號(hào)，也可以放大直流信號(hào)缺點(diǎn)：要考慮各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)的相互影響；存在著零點(diǎn)漂移問題（2）零點(diǎn)漂移理想的直接耦合放大器，當(dāng)輸入信號(hào)為0時(shí)，其輸出電壓應(yīng)保持不變

3、（不一定為0）。而實(shí)際上當(dāng)輸入端短接（vi=0），其輸出端而在緩慢地、無規(guī)則地變化著。這種現(xiàn)象我們稱之為零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。（3）共模信號(hào)大小相等、極性相同的兩個(gè)信號(hào)（4）差模信號(hào)大小相等、極性相反的兩個(gè)信號(hào)（5）共模抑制比共模抑制比是將差模放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比。2、電路組成一般由輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路四個(gè)部分組成。（1）輸入級(jí)采用具有高輸入電阻和低零漂的差分放大器。兩個(gè)輸入端分別稱之為同相輸入端和反相輸入端。（2）中間級(jí)中間級(jí)的作用是提高電壓放大倍數(shù)（3）輸出級(jí)一般由功率放大電路或射極輸出器構(gòu)成，具有低輸出電阻和較強(qiáng)的帶負(fù)載能力（4）偏置電路為各級(jí)電路提供穩(wěn)定合適的偏置電流，決定各

4、級(jí)電路靜態(tài)工作點(diǎn)。運(yùn)放的圖形符號(hào)vovid+VCCVEE8v+ 同相端輸入電壓v- 反相端輸入電壓vid 差模輸入電壓vid = v v+“” 表示運(yùn)放的開環(huán)增益極高表示運(yùn)算放大器：1) 開環(huán)電壓增益 Avd100 140 dB2) 差模輸入電阻 R id3) 輸出電阻 Ro幾十千歐 幾兆歐幾十歐 幾百歐4) 共模抑制比 KCMR 80 dB3、主要參數(shù)： 5) 輸入失調(diào)電壓 V IO使 VO = 0，輸入端施加的補(bǔ)償電壓6) 最大輸出電壓幅度 VOPP指運(yùn)放在空載情況下，最大不失真輸出電壓的峰-峰值一般比電源電壓小一個(gè) VCE(sat)如電源電壓 15 V，V OPP 為 13 14 V7)

5、 最大差模輸入電壓VIDM、最大共模輸入電壓VICM三、 理想運(yùn)算放大器及其特性理想的運(yùn)算放大器具有以下特性：1)開環(huán)電壓放大倍數(shù) Avd 6)輸入失調(diào)電壓 VIO 0理想運(yùn)放4) 共模抑制比KCMR 5)通頻帶fBW 0 2)差模輸入電阻 Rid 3)開環(huán)輸出電阻Ro 0理想的運(yùn)算放大器圖形符號(hào)vov-8v+v+-表示同相輸入端，即輸出與該端輸入的電位相位相同v- 表示反相輸入端，即輸出與該端輸入的電位相位相反傳輸特性：輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系的特性曲線分為：線性區(qū)和非線性區(qū)v+-v-vo理想特性實(shí)際特性工作在線性區(qū)的條件：運(yùn)算放大器要工作在閉環(huán)狀態(tài)，即引入深度負(fù)反饋。工作非線性區(qū)的條件

6、：運(yùn)算放大器要工作在開環(huán)狀態(tài)，或引入正反饋。2. 理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的兩個(gè)特點(diǎn)1)v+ v時(shí)， vo = Vomax v+ v 時(shí), Vo= VOmax2)i+ i 0 (虛斷)1. 理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的兩個(gè)特點(diǎn)1) v+ v(虛短)證：vo = Avd (v+ v) = Avd vidv+ v = vo/Avd 02) i+ i 0 (虛斷)證：i+ = vid / Rid 0同理 i 0uovidvi+v+voRidAvd vidRoi例題4-1 如圖所示為理想運(yùn)放組成的電路，求輸出電壓VO。+-R6R5R1R2R3R4IsVo2A212211例題4-2 如圖所示為理想運(yùn)放組成的電路

7、，已知R1=3k，R2=2k，R3=1k，R4=2k，Vs=3V，求輸出電壓VO。+-VSR1R2R3R4Vo1+-例題4-3 如下圖（a）所示的電路中，輸入ui的波形如圖（b）。則指示燈HL的亮暗時(shí)長(zhǎng)為多少？+-ui2V+VCCVTR3R1R21 2 3 4Ui/Vt/s例題4-4 如下圖所示的電路中，試分析輸出vo與輸入vi的關(guān)系。-+vovi1vi2R1R2R1R2R2例題4-5 如下圖所示的電路中，Rp的總阻值為10k，試分析該電路的電壓放大倍數(shù)是多少？-+vovi15kRp10k10k4.2、運(yùn)算放大器在信號(hào)運(yùn)算方面的應(yīng)用熟練掌握比例遠(yuǎn)算電路（反相輸入、同相輸入）、加法運(yùn)算電路和減法

8、運(yùn)算電路的分析方法；并會(huì)定量計(jì)算。了解用集成運(yùn)算放大器組成的反相器和電壓跟隨器。了解集成運(yùn)放的使用常識(shí)復(fù)習(xí)目標(biāo) 集成運(yùn)放常用來構(gòu)成各種運(yùn)算電路，實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算， 如比例運(yùn)算、加法運(yùn)算等，這就是運(yùn)放工作在線性區(qū)的典型應(yīng)用。我們分析時(shí)就要運(yùn)用工作在線性區(qū)的特點(diǎn)：虛短、虛斷的概念。一、 比例運(yùn)算1、反相輸入ifi1ii+RfvoviR2R1+電路組成分析：信號(hào)從運(yùn)放的反相端輸入，同時(shí)在反相端引入了深度負(fù)反饋。因要求靜態(tài)時(shí)v+、 v 對(duì)地電阻相同，所以平衡電阻 R2 = R1 / Rf（2）分析電路的反饋情況uoRfuiR2R1+反饋電路直接從輸出端引出電壓反饋輸入信號(hào)和反饋信號(hào)加在同一輸入端并聯(lián)反饋反

9、饋信號(hào)使凈輸入信號(hào)減小負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋輸入電阻低，共模電壓 0（3）輸入、輸出關(guān)系分析因虛短, 所以v=v+= 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 ， 所以 ii if ifiiii+RfvoviR2R1+ 電壓并聯(lián)負(fù)反饋，輸入、輸出電阻低， ri = R1。共模輸入電壓低。 結(jié)論： Avf為負(fù)值，即 vo與 vi 極性相反。因?yàn)?vi 加 在反相輸入端。 Avf 只與外部電阻 R1、Rf有關(guān)，與運(yùn)放本 身參數(shù)無關(guān)。 | Avf | 可大于 1，也可等于 1 或小于 1 。 因v= v+= 0 ， 所以反相輸入端“虛地”。 當(dāng)R1=Rf 時(shí)， vo= -

10、vi ，這就是反相器。例4-4：電路如下圖所示，已知 R1= 1 k ，Rf = 10 k 。當(dāng)開關(guān)S斷開和閉合時(shí)分別計(jì)算Avf 、R2 。解：(1)S斷開 Avf = Rf (R1+ R1) = 10 2 = 5R2 = 2R1 Rf =2 10 (2+10) 1.7k(2)S閉合 利用虛短的概念，A點(diǎn)是“虛地”，反相輸入端的等效電阻R=1+(1/1)K=1.5 k Avf = Rf / R = 10 1.5 6.7 R2 = R / Rf =1.5/10 1. 3 kvoRfviR2R1+SR1R1A2. 同相輸入（1）電路組成voRfviR2R1+ 輸入信號(hào)加到同相輸入端； 反相輸入端引

11、入負(fù)反饋； 因要求靜態(tài)時(shí)v+、v對(duì)地電阻相同， 所以平 衡電阻R2=R1/Rfv+v(2) 分析電路的反饋情況輸入電阻高共模電壓 = vi電壓串聯(lián)負(fù)反饋輸入信號(hào)和反饋信號(hào)分別加兩個(gè)輸入端串聯(lián)反饋反饋電路直接從輸出端引出電壓反饋反饋信號(hào)使凈輸入信號(hào)減小負(fù)反饋voRfviR2R1+因虛斷，所以v+ = vi （2）輸入、輸出關(guān)系（電壓放大倍數(shù)）因虛短，所以 v = vi ，反相輸入端不存在“虛地” voRfviR2R1+v+vR2=R1/Rf 電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻高、輸出電阻低， 共模輸入電壓可能較高。 結(jié)論： Avf 為正值，即 vo與 vi 極性相同。因?yàn)?vi 加 在同相輸入端。 Avf

12、只與外部電阻 R1、Rf 有關(guān)，與運(yùn)放本 身參數(shù)無關(guān)。 Avf 1 ，不能小于 1 。 v = v+ 0 ，反相輸入端不存在“虛地”現(xiàn)象。例4-5：畫出輸出電壓vo與輸入電壓vi符合vo=10vi關(guān)系的運(yùn)放電路圖，反饋電阻Rf取30K。二、 加法運(yùn)算1、反相輸入的加法運(yùn)算電路介紹ii2ii1ifvi2voRFvi1Ri2Ri1+R2+Ri3vi3ii3 2） 平衡電阻： R2= Ri1 / Ri2/Ri3 / RF1）輸入信號(hào)加在反相端，同相端通過一個(gè)電阻接地，負(fù)反饋加在反相輸入端。因虛短, v= v+= 0因虛斷，i = 0 所以 ii1+ ii2+ ii3 = if ii2ii1ifvi2

13、voRFvi1Ri2Ri1+R2+Ri3vi3ii3i-i+v+v-2、同相輸入的加法運(yùn)算電路介紹vi2voRFvi1Ri2Ri1+R1+ 2） 平衡電阻： R2= Ri1 / Ri2/Ri3 / RF1）輸入信號(hào)加在同相端，反相端通過一個(gè)電阻接地，負(fù)反饋加在反相輸入端。方法: 利用疊加原理來推導(dǎo) vi1單獨(dú)作用(vi20)時(shí)，同理，vi2單獨(dú)作用時(shí)vi2voRFvi1Ri2Ri1+R1+ 輸入端電阻平衡要求： R1 / RF = Ri1 / Ri2由虛斷可得：由虛短可得：v-=v+分析方法1：vi2voRfvi1R3R2+R1+三、 減法運(yùn)算1）輸入信號(hào)同時(shí)加在同相端和反相端，負(fù)反饋加在反相

14、輸入端。V+V- 2） 平衡電阻： R2/R3 =R1/Rf 如果取 R1 = R2 ，R3 = Rf 如 R1 = R2 = R3 = Rf R2 / R3 = R1 / Rf輸出與兩個(gè)輸入信號(hào)的差值成正比。即完成兩個(gè)信號(hào)的減法運(yùn)算四、 反相器和電壓跟隨器1、反相器vovi+2、電壓跟隨器vovi+1、下圖所示的電路中，開關(guān)斷開時(shí)，電壓表V的讀數(shù)為1V，則當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電壓表的讀數(shù)為多少？voRf 20kviR2 5kR15k+SV2、下 圖所示電路，試用疊加定理求出輸入和輸出之間的關(guān)系。2、下圖所示電路中，已知穩(wěn)壓管VZ的穩(wěn)壓值為8V，則輸出端電位VO 為多少？（2012年考試的填空題3分）3、下圖所示電路中，電壓表讀數(shù)為6V。試求Rf的值。（2013年單招考試試題 10分）4、下圖所示電路，若vi1 = 2 V，vi2 = 1 V，vi3 = 1 V，R11 = 10 K，R12 = 20 k