第7章集成運算放大器

7.1集成運算放大器基礎知識7.2理想集成運算放大器7.3運算放大器的線性應用7.4運算放大器的非線性應用第7

章集成運算放大器7.1

集成運放簡介7.1.1集成運算放大器概述7.1.2

集成運算放大器的主要參數(shù)7.1.3集成運算放大器的保護

集成電路:

把整個電路的各個元件以及相互之間的聯(lián)接同時制造在一塊半導體芯片上，組成一個不可分的整體。

集成電路特點：體積小、外部接線少、功耗低、可靠性高、靈活性高、價格低。

集成運算放大器：具有很高開環(huán)電壓放大倍數(shù)的直接耦合放大器。用于模擬運算、信號處理、測量技術、自動控制等領域。引言7.1.1集成運放的概述輸入級：差動放大器，減少零點漂移、提高輸入阻抗。輸出級：射極輸出器或互補對稱功率放大器，提高帶載能力。偏置電路：為各級提供穩(wěn)定、合適的靜態(tài)工作點。輸出端偏置電路輸入級中間級輸出級輸入端中間級：電壓放大。

集成運放的外形有雙列直插式、扁平式和圓殼式3種，如圖所示。

常見集成運算放大器的外形7.1.2集成運算放大器的主要參數(shù)2.

輸入失調電壓UIO及其溫漂dUIO/dT3.

輸入失調電流

IIO及其溫漂dI

IO/dT1.

開環(huán)差模電壓增益Aud4.差模輸入電阻rid5.共模抑制比

KCMR6.

最大差模輸入電壓UIdm7.最大共模輸入電壓UICm7.1.3集成運算放大器的保護1.輸入保護

b）同相輸入保護圖7-4輸入保護－

∞＋＋－

∞＋＋a）反相輸入保護2.電源極性保護3.輸出保護7.2

理想集成運算放大器7.2.1理想集成運算放大器的技術指標7.2.2集成運算放大器的工作區(qū)理想化的主要條件：

開環(huán)差模電壓增益

開環(huán)差模輸入電阻開環(huán)輸出電阻共模抑制比

在分析運算放大器的電路時，一般把運算放大器看成理想元件。7.2.1理想運算放大器的技術指標+–++–+u+u–uo

輸入失調電壓、失調電流以及它們的溫漂均為零帶寬工作在線性區(qū)的理想運放

相當于兩輸入端之間短路,但又未真正短路，故稱“虛短”。

相當于兩輸入端之間斷路，但又未真正斷路，故稱“虛斷”。2.i+=i–

=01.u+=u–,而uo是有限值,運放開環(huán)輸入電阻

由于故從式,可知+–++–+u+u–uo（虛短）（虛斷）i–i+7.2.2運算放大器的工作區(qū)

理想運放工作在非線性區(qū)的特點

（1）理想運放的輸出電壓的值

當＞

時，

當＜

時，

在非線性區(qū)，“虛短”現(xiàn)象不復存在。

（2）理想運放的輸入電流等于零在非線性區(qū)，雖然運放兩個輸入端的電壓不等，即

，但因為理想運放的=∞，故仍認為此時的輸入電流等于零，即

可見，“虛斷”在非線性區(qū)仍然成立。圖7-8集成運放的傳輸特性7.3

集成運算放大器的線性應用7.3.1比例運算電路7.3.2加法運算電路7.3.3減法運算電路7.3.4積分微分電路7.3.1比例運算電路（1）反相比例運算電路虛斷虛地平衡電阻若則iFR1Rfi1uIR+–+–++–+uou+u-（2）同相比例運算電路

可見同相比例運算電路的電壓放大倍數(shù)必定大于1，而且僅由外接電阻的數(shù)值來決定，與運放本身的參數(shù)無關。R1iFRfi1uIR2+–++–+uou+u-R1iFRfi1uIR2+–++–+uou+u-上式表明：輸出電壓與輸入電壓之間也存在著比例運算關系，且輸出電壓與輸入電壓相位相同。電壓跟隨器當R1=，Rf=0時uI+–++–+uo

在集成運放的反相輸入端增加若干個輸入信號組成的電路，就構成了反相加法運算電路，如圖所示。iFR1Rfi1uI1RuI2+–+–++–+uou+u-i2若Rf=R1=R2

則uO=

(uI1+uI2)R'

=R1//R2//Rf平衡電阻7.3.2加法運算電路R2

在集成運放的兩個輸入端都加上輸入信號，就構成了減法運算電路，如圖所示。iFR1R2Rfi1uI1R3uI2+–+–++–+uou+u-整理可得當時，和

輸出電壓與輸入電壓的差值成正比例，從而能進行減法運算。7.3.3減法運算電路1積分電路

iCRCiRuIR+–+–++–+uou+u-7.3.4

積分和微分電路如果在開始積分之前，電容兩端已經(jīng)存在一個初始電壓，則積分電路將有一個初始的輸出電壓

，此時

例:利用積分電路將方波變成三角波。10k10nF

時間常數(shù)

=

R1Cf=0.1ms設uC(0)=0=5VuI/Vt/ms0.10.30.555uO/vt/ms=5V5

5R1CfuIR+–+–++–+uo2微分運算電路

iCRCiRuIR+–+–++–+uou+u-–+uI0uo0t當uI為階躍電壓時，uo為尖脈沖電壓。7.4

集成運算放大器的非線性應用7.4.1單限電壓比較器7.4.2滯回比較器7.4.1單限電壓比較器

當運放工作于開環(huán)或正反饋的工作狀態(tài)時，運放工作在非線性區(qū)。

運放的非線性特性在自動控制系統(tǒng)和數(shù)字技術中有廣泛應用。

電壓比較器的功能是將輸入的模擬信號與一個參考電壓進行比較，并用輸出電壓不同的兩種狀態(tài)來表示比較結果。R1R2ui+–+–++–+uo+–UREF+–ui:輸入電壓UREF:參考電壓當ui>UREF時，uO=–UOMui

UREF時，uo=+UOMui

=UREF時，uO

發(fā)生躍變uooUOM–UOMUREF電壓傳輸特性當參考電壓UREF=0時，稱為過零比較器。若ui為正弦波，畫出uo的波形。uootUOM–UOMotUREF=0UREF=1Vot1VuootUOM–UOM

在輸出端與反相輸入端接一個雙向穩(wěn)壓管，即可把輸出電壓限制在某一特定值。限幅電壓比較器UZ–UZuooR1R2ui+–+–++–+uo+–DZ電壓傳輸特性當ui>0時，uO=–UZui

0時，uO=+UZ7.4.2滯回比較器

滯回比較器是一種能判斷出兩種狀態(tài)的開關電路，廣泛應用于自動控制電路中。（a）電路圖（b）傳輸特性圖7-12滯回比較器若uo＝＋UZ，當uI逐漸增大使uo從＋UZ跳變?yōu)椋璘Z所需的上門限電平用UT+表示，則若uo＝-UZ，當uI逐漸減小使uo從－UZ跳變?yōu)椋玌Z所需的下門限電平用UT-表示，則上述兩個門限電平之差稱為門限寬度或回差，用符號△UT表示，由以上兩式可求得

滯回電壓比較