第8章-集成運算放大器

電工電子技術基礎第8章集成運算放大器在日常生活、工作中，我們可能會遇到運算放大器或其所屬電路發(fā)生故障的情況。運算放大器是一種可能發(fā)生很多內部故障的復雜集成電路。然而，我們無法對運算放大器內部進行故障檢修。你作為一個電氣專業(yè)的學生，試從專業(yè)角度進行分析。那么運算放大器在電路中有什么作用呢？學完本章課的內容你就會明白了。下面來討論這些問題并解決這些疑惑。學習目標：1.了解集成運算放大器的組成及各部分的功能；2.掌握集成運放的電路結構組成和電路符號；3.掌握集成運放的主要參數(shù)和理想化條件；4.熟悉差動放大器的基本電路和工作原理；5.掌握反相比例、同相比例、比較輸入、積分和微分等幾種基本運算電路；6.掌握放大電路中四種負反饋類型；7.能夠使用儀器儀表對集成電路進行檢測；8.熟悉常用的幾種集成電路的外形結構；9.能夠根據電路故障選用合適的集成運放。第8章集成運算放大器第8章集成運算放大器8.1集成運算放大器簡介8.1.1集成運算放大器的概述集成電路是20世紀60年代初發(fā)展起來的一種新型半導體器件。采用半導體制造工藝將管子、電阻等元器件以及電路的連線都集中制作在一塊半導體硅基片上的器件，稱為集成電路。集成電路可分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩大類，集成運算放大電路屬于模擬集成電路的一種。按每塊芯片上制作的元件數(shù)量多少集成電路可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。模擬集成電路種類繁多，有運算放大器、寬帶放大器、功率放大器、模擬乘法器、模擬鎖相器、模／數(shù)和數(shù)／模轉換器及穩(wěn)壓電源等。運算放大器是由直接耦合多級放大電路集成制造的高增益放大器，集成運算放大器(簡稱集成運放)是模擬集成電路最重要的品種，廣泛應用于各種電子電路之中。集成電路特點：體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、價格低。第8章集成運算放大器1.集成運放的結構組成集成運算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級直接耦合放大電路，一般由輸入級、中間級、輸出級和偏置電路四部分組成。如圖8-1所示。8.1集成運算放大器簡介8.1.2集成運放的電路結構組成和電路符號輸入級：一般是差動放大器，利用其對稱特性可以提高整個電路的共模抑制比和電路性能，輸入級有反相輸入端“-”、同相輸入端“+”兩個輸入端；中間級：主要作用是提高電壓增益，一般由多級放大電路組成；第8章集成運算放大器8.1集成運算放大器簡介輸出級：一般由電壓跟隨器或互補電壓跟隨器所組成，以降低輸出電阻，提高帶負載能力。并盡可能擴大動態(tài)范圍，增大輸出電壓幅度，提高輸出功率。偏置電路：為各級提供合適的工作電流。一般由各種類型的電流源電路組成。此外還有一些過載保護電路及高頻補償環(huán)節(jié)等輔助環(huán)節(jié)。2.集成運放的結構特點（1）元器件參數(shù)的精度較差，但誤差的一致性好，宜于制成對稱性好的電路，如差動放大電路。（2）制作電容困難，所以級間采用直接耦合方式。（3）制作三極管比制作電阻更方便，所以常用由三極管或場效應管組成的恒流源為各級提供偏置電流，或者用做有源負載。（4）采用一些特殊結構，如橫向PNP管（β低、耐壓高、fT小）、雙集電極晶體管等。第8章集成運算放大器8.1集成運算放大器簡介3.集成運放的電路符號與外形集成運放的圖形符號如圖8-2所示，是國際標準符號。三角形表示放大器，三角形所指方向為信號傳輸方向，Ao為“∞”時表示開環(huán)增益極高。它有兩個輸入端和一個輸出端。同相輸入端標“+”（或P），表示輸出端信號與該端輸入信號同相；反相輸入端“-”（或N），表示輸出端信號與該端輸入信號反相。輸出端的“+”表示輸出電壓為正。第8章集成運算放大器8.1集成運算放大器簡介圖中只畫出了兩個輸入端和一個輸出端。同相輸入端：當輸入電壓從同相端輸入，即從“+”端與地之間輸入時，輸出電壓與輸入電壓同相。反相輸入端：當輸入電壓從反相端輸入，即從“-”端與地之間輸入時，輸出電壓與輸入電壓反相。圖中分別用u+，u-和uo表示集成運放的同相輸入端、反相輸入端和輸出端對地的電壓。實際集成運放有圓殼式封裝、扁平式封裝和雙列直插式封裝等，如圖8-3所示。目前前面兩種已不再使用。集成運放的引腳除輸入/輸出三個端外，還有電源端、公共端（地端）、調零端、相位補償端、外接偏置電阻端等。這些引腳雖未在電路符號上標出，但在實際使用時必須了解各引腳的功能及外接線的方式。第8章集成運算放大器8.1集成運算放大器簡介1.集成運放的主要參數(shù)（1）開環(huán)電壓放大倍數(shù)Ao：輸出和輸入之間無任何反饋元件時的差模電壓放大倍數(shù)8.1.3集成運放的主要參數(shù)和理想化條件Ao一般為104~107。（2）最大輸出電壓UOpp：集成運放在線性區(qū)的最大不失真輸出電壓。（3）輸入失調電壓UIO：由于電路元件的不對稱性，當輸入電壓為零時，為使輸出電壓為零而需在輸入端所加的補償電壓。實際上常表示為輸入電壓為零時，輸出電壓UO折合到輸入端的電壓的值UIO一般為幾毫伏，其值越小越好。第8章集成運算放大器8.1集成運算放大器簡介（4）輸入失調電流IIO：當輸入電壓為零時，兩個輸入端的靜態(tài)電流之差的絕對值，即IIO=IB1-IB2，IIO一般為10-2μA級別，其值越小越好。（5）輸入偏置電流IB：輸入電壓為零時，兩個輸入端靜態(tài)電流的平均值，即IB一般為10-1μA級別，其值越小越好。（6）最大差模輸入電壓UidM：集成運放兩個輸入端之間所能承受的最大差值電壓。（7）最大共模輸入電壓UicM：集成運放兩個輸入端之間所能承受的最大共模輸入電壓。集成運放還有輸入電阻、輸出電阻和共模抑制比等參數(shù)。第8章集成運算放大器8.1集成運算放大器簡介2.集成運放的電壓傳輸特性如圖8-4所示為表示輸出與輸入電壓關系的特性曲線，稱為電壓傳輸特性。第8章集成運算放大器8.1集成運算放大器簡介

3.理想運算放大器的條件在分析集成運放的應用電路時，為了簡化電路分析，常將集成運放理想化。理想化的條件是：第8章集成運算放大器8.1集成運算放大器簡介實際運算放大器的上述指標接近理想化的條件，因此借助理想運放進行分析所引起的誤差很小，工程上是允許的，而分析過程簡化很多。如圖8-5所示為理想運放的電路符號。4.理想運算放大器的特點當集成運放工作在線性區(qū)時有第8章集成運算放大器8.1集成運算放大器簡介兩個輸入端電位相等，好像短接在一起一樣，但并非真的短路，所以稱為虛短路，簡稱“虛短”。由理想運放電路可知兩個輸入端之間輸入電阻無窮大，好像斷路一樣，但并非真的斷路，所以稱為虛斷路，簡稱“虛斷”。當集成運放工作在非線性區(qū)時，由集成運放的電壓傳輸特性可知第8章集成運算放大器8.2差動放大電路1.多級放大電路的耦合方式為了獲得足夠高的增益或滿足對輸入電阻、輸出電阻的特殊要求，實用的放大電路通常由幾級基本放大單元級聯(lián)而成，構成多級放大電路。各級之間的連接方式稱為耦合方式。常用的耦合方式有阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合三種。8.2.1直接耦合放大電路的零點漂移直接耦合又稱直流耦合。優(yōu)點：（1）信號傳輸通路沒有電抗元件，可以放大直流及緩慢變化的信號；（2）體積小，便于集成。缺點：（1）各級之間靜態(tài)工作點相互影響；（2）存在較嚴重的零點漂移問題。2.直接耦合多級放大電路的特點如果將直接耦合放大電路的輸入端短路，其輸出端應有一固定的直流電壓，即靜態(tài)輸出電壓。但實際上輸出電壓將隨著時間的推移，偏離初始值而緩慢地隨機波動，這種現(xiàn)象稱為零點漂移，簡稱零漂。零漂實際上就是靜態(tài)工作點的漂移。3.零點漂移第8章集成運算放大器8.2差動放大電路4.產生零點漂移的原因產生零點漂移的原因很多，如電源電壓的波動，電路元件參數(shù)的變化以及溫度對三極管參數(shù)的影響，都會使放大電路的靜態(tài)工作點發(fā)生變動。即使這種變動很微小，也會被傳送到下一級進行放大，這樣逐級放大下去就產生了零點漂移現(xiàn)象。這些原因中以溫度的影響最為嚴重(所以零點漂移也常叫溫漂)；而在多組直接耦合放大電路的各級漂移中，又以第一級的漂移影響最大，因為第一級的漂移會被送到后面各級逐級放大。最終在輸出端產生較大的電壓漂移，這種漂移電壓大到一定程度時，就無法與正常放大的信號區(qū)分，使得放大器不能正常工作。因此，抑制零漂要著重于第一級。采用高性能的差動放大電路是克服零點漂移問題的有效方法。8.2.2差動放大器的基本電路和工作原理從電路結構上說，差動放大電路由兩個完全對稱的單管放大電路組成。由于該電路具有許多突出優(yōu)點，因而成為集成運算放大器的基本組成單元。第8章集成運算放大器8.2差動放大電路1.差動放大電路的工作原理最簡單的差動放大電路如圖8-6所示，它由兩個完全對稱的單管放大電路組成。在該電路中，晶體管VT1、VT2型號一樣、特性相同，RB1為輸入回路限流電阻，RB2為基極偏流電阻，RC為集電極負載電阻。輸入信號電壓由兩管的基極輸入，輸出電壓從兩管的集電極之間提取(也稱雙端輸出)，由于電路的對稱性，在理想情況下，它們的靜態(tài)工作點必然一一對應相等。第8章集成運算放大器8.2差動放大電路2.抑制零點漂移在輸入電壓為零，即ui1=ui2=0的情況下，由于電路對稱，存在IC1=IC2，所以兩管的集電極電位相等，即UC1=UC2，故uo=UC1-UC2=0。當溫度升高引起三極管集電極電流增加時，由于電路對稱，存在ΔIC1=ΔIC2，導致兩管集電極電位的下降量必然相等，即ΔUC1=ΔUC2所以輸出電壓仍為零，即uo=ΔUC1-ΔUC2=0。由以上分析可知，在理想情況下，由于電路的對稱性，輸出信號電壓采用從兩管集電極間提取的雙端輸出方式，對于無論什么原因引起的零點漂移，均能有效地抑制。抑制零點漂移是差動放大電路最突出的優(yōu)點。但必須注意，在這種最簡單的差動放大電路中，每個管子的漂移仍然存在。3.動態(tài)分析差動放大電路的信號輸入有共模輸入、差模輸入和比較輸入三種類型，輸出方式有單端輸出、雙端輸出兩種。第8章集成運算放大器8.2差動放大電路（1）共模輸入。在電路的兩個輸入端輸入大小相等、極性相同的信號電壓，這種輸入方式稱為共模輸入。大小相等、極性相同的信號為共模信號。很顯然，由于電路的對稱性，在共模輸入信號的作用下，兩管集電極電位的大小、方向變化相同，輸出電壓為零(雙端輸出)。說明差動放大電路對共模信號無放大作用。共模信號的電壓放大倍數(shù)為零。（2）差模輸入。在電路的兩個輸入端輸入大小相等、極性相反的信號電壓，即ui1=-ui2，這種輸入方式稱為差模輸入。大小相等、極性相反的信號，為差模信號。在如圖8-6所示電路中，設ui1>0，ui2<0，則在ui1的作用下，VT1管的集電極電流增大，導致集電極電位下降ΔUC1(為負值)；同理，在Ui2的作用下，VT2管的集電極電流減小ΔIC2，導致集電極電位升高ΔUC2(為正值)，由于ΔIC1=ΔIC2，很顯然，ΔUC1和ΔUC2大小相等、一正一負，輸出電壓為uo=ΔUC1-ΔUC2。若ΔUC1=2V，ΔUC2=2V，則uo=(-2-2)V=-4V可見，差動放大電路對差模信號具有較好的放大作用，這也是其電路名稱的由來。第8章集成運算放大器8.2差動放大電路（3）比較輸入。兩個輸入信號電壓大小和相對極性是任意的，既非差模，又非共模。在自動控制系統(tǒng)中，經常運用這種比較輸入的方式。例如，我們要將某一爐溫控制在1000℃，利用溫度傳感器將爐溫轉變成電壓信號作為ui2加在VT2的輸入端。而ui1是一個基準電壓，其大小等于1000℃時溫度傳感器的輸出電壓。如果爐溫高于或低于1000℃，ui2會隨之發(fā)生變化，使ui2與基準電壓ui1之間出現(xiàn)差值。差動放大電路將其差值進行放大，其輸出電壓為uo=

(ui1-ui2)。ui1-ui2的差值為正，說明爐溫低于1000℃，此時uo為負值；反之，uo為正值。我們就可利用輸出電壓的正負去控制給爐子降溫或升溫。差動放大電路是依靠電路的對稱性和采用雙端輸出方式，用雙倍的元件換取有效抑制零漂的能力。每個管子的零漂并未受到抑制。再者，電路完全對稱是不可能的。如果采用單端輸出(從一個管子的集電極與地之間取輸出電壓)零點漂移就根本得不到抑制。為此，必須采用有效措施抑制每個管子的零點漂移。第8章集成運算放大器8.2差動放大電路4.典型差動放大電路典型差動放大電路如圖8-7所示，與最簡單的差動放大電路相比，該電路增加了調零電位器RP、發(fā)射極公共電阻RE和負電源EE。下面分析電路抑制零點漂移的原理、發(fā)射極公共電阻RE(可以認為調零電位器RP是RE的一部分)和負電源EE的作用。第8章集成運算放大器8.2差動放大電路由于電路的對稱性，無論是溫度的變化還是電源電壓的波動，都會引起兩個三極管集電極電流和電壓的相同變化，即ΔUC1=ΔUC2，或ΔUO1=ΔUO2，因此，其中相同的變化量互相抵消，使輸出電壓不變，從而抑制了零點漂移。當然，實際情況是：為了克服電路不完全對稱引起的零點漂移及減小每個三極管集電極對地的漂移電壓，電路中增加了發(fā)射極公共電阻RE，它具有電流負反饋作用，可以穩(wěn)定靜態(tài)工作點。例如溫度升高時，VT1和VT2的集電極電流IC1和IC2都要增大，它們的發(fā)射極電流IE2和IE2會增大，流過發(fā)射極公共電阻的電流IE=IE2+IE2也會增大，RE上的電壓增大，VT1和VT2的發(fā)射極電位升高，使UBE2和UBE2減小，則IB1和IB2減小，從而抑制了IC1和IC2的增加。這樣，由于溫度變化引起的每個管子的漂移，通過RE的作用得到了一定程度的抑制。抑制零點漂移的過程，如圖8-8所示。由溫度變化造成每個三極管輸出電壓的漂移都得到一定程度的抑制，且RE的阻值越大，抑制零漂的作用就會越強。第8章集成運算放大器8.2差動放大電路由于差模信號使兩個三極管的集電極電流一增一減，只要電路的對稱性足夠好，其變化量的大小相等，流過RE的電流就等于靜態(tài)值不變，因此RE對差模信號的放大基本上不產生影響。既然RE不影響差模信號的放大，為了使RE抑制零漂的作用顯著一些，其阻值可以取得大一些。但是，在UCC一定的情況下，過大的RE會使管壓降UCE變小，靜態(tài)工作點下移，集電極電流減小，電壓放大倍數(shù)下降。為此，接入負電源EE來補償RE上的靜態(tài)壓降(一般使EE=URC)，從而保證兩個三極管合適的靜態(tài)工作點。在輸入信號電壓為零時，因電路不會完全對稱，會使輸出電壓不等于零。這時可調節(jié)電位器RP使輸出電壓為零，所以RP稱為調零電位器。但因RP會使電壓放大倍數(shù)降低，所以其阻值不宜過大，一般為幾十歐到幾百歐。由以上分析可知，典型差動放大電路既可利用電路的對稱性、采用雙端輸出的方式抑制零點漂移；又可利用發(fā)射極公共電阻RE的作用抑制每個三極管的零點漂移、穩(wěn)定靜態(tài)工作點。因此，這種典型差動放大電路即使是采用單端輸出，其零點漂移也能得到有效地抑制。所以這種電路得到了廣泛的應用。第8章集成運算放大器8.2差動放大電路差動放大電路有兩個輸入端和兩個輸出端，所以信號輸入、輸出方式有如下四種情況。8.2.3輸入—輸出方式雙端輸入、雙端輸出的情況如圖8-9a所示，根據前面分析的差模電壓放大倍數(shù)為1.雙端輸入、雙端輸出差動輸入電阻rid和輸出電阻rod分別為第8章集成運算放大器8.2差動放大電路雙端輸入、單端輸出的情況如圖8-9b所示，由于輸出只從VT1的集電極輸出，所以輸出電壓只有雙端輸出的一半，即差模電壓放大倍數(shù)為2.雙端輸入、單端輸出如果從VT2管輸出，只是Uo的相位與前者相反輸入電阻和輸出電阻分別為第8章集成運算放大器8.2差動放大電路第8章集成運算放大器8.2差動放大電路共模電壓放大倍數(shù)為共模抑制比單端輸入、雙端輸出的情況如圖8-9c所示，Ui僅加在VT1管輸入端，VT2管的輸入端接地；或者Ui僅加在VT2管輸入端，VT1管的輸入端接地：這種輸入方式稱為單端輸入，是實際電路中最常見的一種。若忽略電路對共模信號的放大作用，則單端輸入就等效為雙端輸入情況，故雙端輸入、雙端輸出的結論均適用單端輸入、雙端輸出。這種接法的特點是把單端輸入的信號轉換成雙端輸出，作為下一級的差動輸入，適用于負載兩端任何一端不接地，而且輸出正負對稱性好的情況。而實際上常常需要對地輸出，所以單端輸入、雙端輸出接法就不適用。3.單端輸入、雙端輸出第8章集成運算放大器8.2差動放大電路單端輸入、單端輸出的情況如圖8-9d所示，它與雙端輸入、單端輸出等效。這種接法的特點是具有很強的抑制零漂的能力，而且可以根據不同的輸出端，得到同相和反相關系。綜上所述，差動放大電路的電壓放大倍數(shù)僅與輸出形式有關，只要是雙端輸出，它的差模電壓放大倍數(shù)與單管基本放大電路相同；如為單端輸出，它的差模電壓放大倍數(shù)是單管基本放大電路電壓放大倍數(shù)的一半。輸入電阻是相同的。4.單端輸入、單端輸出第8章集成運算放大器8.3基本運算電路如圖8-10所示為反相比例運算電路，輸入電壓ui通過電阻R1加到集成運放的反相端，所以輸出電壓uo與ui反相。反饋電阻RF跨接在集成運放的輸出端和反相輸入端，引入的是電壓并聯(lián)負反饋。同相輸入端經電阻R2接地。R2稱為直流平衡電阻，其作用是使集成運放兩輸入端的對地直流電阻相等，故R2=R1//RF。8.3.1反相比例運算電路比例運算電路的輸出電壓和輸入電壓之間存在一定的比例關系。比例運算電路是最基本的運算電路，是各種運算電路的基礎。根據輸入信號的接法不同，比例運算電路分為反相比例運算電路和同相比例運算電路。它們是構成各種復雜運算電路的基礎，是最基本的運算放大電路。第8章集成運算放大器8.3基本運算電路根據理想運放“虛短”和“虛斷”的概念可得上式表明uo與ui是反相比例關系，且比例關系只取決于RF與R1的比值，而與集成運放本身的參數(shù)無關。若R1=RF，則有uo=-ui，該電路稱為反相電路。由反相比例運算電路可得其輸入電阻為第8章集成運算放大器8.3基本運算電路雖然理想運放的輸入電阻為無窮大，引入并聯(lián)負反饋后，反相比例運算電路的輸入電阻并不大。電路中R2=R1//RF為平衡電阻，其作用是使集成電路的兩個輸入端在靜態(tài)時對地有相同的等效電阻。反相比例運算電路主要有如下特點：（1）它是深度電壓并聯(lián)負反饋電路，可作為反相放大器，調節(jié)R1、RF比值即可調節(jié)放大倍數(shù)Auf；Auf值可大于1也可小于1；（2）輸入電阻等于R1，較?。唬?）u-=u+=0，所以運放共模輸入信號等于零，對集成運放KCMR的要求較低。這也是所有反相運算電路的特點；（4）根據反相運算電路中u-=u+=0這種情況，常將集成運放輸入端稱為“虛地”。第8章集成運算放大器8.3基本運算電路如圖8-11所示為同相比例運算電路，輸入電壓ui通過電阻R2作用于集成運放的同相輸入端，所以輸出電壓uo與ui同相。反饋電阻RF跨接在集成運放的輸出端和反相輸入端，引入的是電壓串聯(lián)負反饋。反相輸入端經電阻R1接地。平衡電阻R2=R1//RF。8.3.2同相比例運算電路第8章集成運算放大器8.3基本運算電路根據運放輸入端“虛斷”“虛短”可得虛斷上式表明uo與ui是同相比例關系，且比例關系只取決于RF與R1的阻值，而與集成運放本身的參數(shù)無關。第8章集成運算放大器8.3基本運算電路若RF=0，R1=∞，則有uo=ui，該電路稱為電壓跟隨器，如圖8-12所示。根據運算同相端“虛斷”可得，同相比例運算電路的輸入電阻為R1=∞；因此，同相比例運算電路主要有如下特點：（1）它是深度電壓串聯(lián)負反饋電路，可作為同相放大器，調節(jié)R1、RF值即可調節(jié)放大倍數(shù)AuF，電壓跟隨器是它的應用特例；（2）輸入電阻趨于無窮大。在同相放大器電路分析中不存在“虛地”概念，只能利用“虛短”和“虛斷”進行分析。第8章集成運算放大器8.3基本運算電路加法運算就是對多個輸入信號進行求和，根據輸出信號和求和信號反相還是同相分為反相加法運算和同相加法運算兩種方式。8.3.3加法運算（1）反相輸入加法運算電路。如圖8-13所示為反相輸入加法運算電路，是利用反相比例運算電路實現(xiàn)的。圖中，輸入信號ui1、ui2、ui3分別通過電阻加至運放的反相輸入端，做反相加法運算的電路。平衡電阻R2=R11//R12//R13//RF。1.加法運算電路第8章集成運算放大器8.3基本運算電路聯(lián)立以上兩式可得：

根據運放同相端“虛斷”，對ui1、ui2應用疊加原理可求取第8章集成運算放大器8.3基本運算電路根據同相輸入時輸出電壓與運放同相端電壓u+的關系式可得可見實現(xiàn)了同相加法運算。若R2=R3=R4，2R1=RF，則上式可簡化為uo=ui1+ui2。這種電路在改變某一路輸入端電阻時，會影響其他各路信號的輸出比例，因此調節(jié)不便。此外，由于不存在“虛地”，使運放的共模輸入電壓較高，因而在實際工作中，這種電路不如反相輸入方式的加法運算電路應用廣泛。第8章集成運算放大器8.3基本運算電路如圖8-15所示為單級運放減法運算電路，這種形式的電路實際就是由單級運放構成的差分放大電路。在圖中，輸入信號ui1、ui2分別加至反相輸入端和同相輸入端。對該電路同樣用“虛短”和“虛斷”來分析。8.3.4減法運算電路第8章集成運算放大器8.3基本運算電路首先，設當ui1單獨作用時，ui2=0接零，此時電路相當于一個反相比例運算電路，可得ui1產生的輸出電壓uo1為：同理，設當ui2單獨作用時，ui1=0接零，電路為同相比例運算電路，則有輸出電壓電路總的輸出電壓為應用疊加原理可求得總輸出電壓為

第8章集成運算放大器8.3基本運算電路將反相比例運算電路中的反饋電阻RF換成電容，就構成如圖8-16所示的積分運算電路。8.3.5積分運算電路第8章集成運算放大器8.3基本運算電路聯(lián)立以上兩式可得由上式可知uo與ui成積分關系，其中R1CF為時間常數(shù)，負號表示uo與ui反相。第8章集成運算放大器8.3基本運算電路例如，設ui為如圖8-17所示的階躍電壓。

第8章集成運算放大器8.3基本運算電路當輸出電壓uo達到集成運放的負向飽和值-UoM時，停止積分。如圖8-19所示，在積分運算電路的反相輸入端增加幾個輸入支路，就構成了加法—積分運算電路。利用疊加原理可得輸出電壓uo為輸入電壓ui1和ui2單獨作用時輸出電壓的代數(shù)和，所以可得：從而實現(xiàn)了ui1、ui2的積分—加法運算。第8章集成運算放大器8.3基本運算電路將積分運算電路中的R1和C對調位置，就構成了如圖8-20所示的微分運算電路。8.3.6微分運算電路第8章集成運算放大器8.3基本運算電路聯(lián)立以上兩式可得上式中uo與ui成微分關系，負號表示兩者反相。當集成運放工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)時，輸出電壓uo不是趨向于正飽和值UoH，就是趨于負飽和值UoL，輸出與輸入不再有線性關系，而是非線性關系。8.3.7比較輸入運算電路電壓比較器是用來比較兩個電壓大小的電路。如圖8-21所示為由集成運放構成的同相電壓比較器。1.電壓比較器第8章集成運算放大器8.3基本運算電路集成運放的反向輸入端接參考電壓uR，同相輸入端接輸入被比較電壓ui。當ui與uR比較導致u+>u-時，集成運放輸出正飽和值UoH，當ui與uR比較導致u+<u-時，集成運放輸出負飽和值UoL。如圖8-22所示為基本電壓比較器的電壓傳輸特性圖。第8章集成運算放大器8.3基本運算電路當參考電壓uR=0時，則反相輸入端接地，ui與零電壓比較，電路稱為過零比較器。利用過零比較器可將正弦波變?yōu)榉讲?。如圖8-23所示為過零比較器電路和ui是正弦波電壓時，過零比較器輸入電壓ui、輸出電壓uo的波形。圖8-23所示為過零比較器及其輸入、輸出電壓波形。第8章集成運算放大器8.3基本運算電路如圖8-24所示為存在干擾時，單限比較器的輸出、輸入波形。為解決這一問題，常常采用滯回電壓比較器。2.滯回比較器（遲滯比較器）第8章集成運算放大器8.3基本運算電路（1）電路結構與傳輸特性。反相滯回電壓比較器有兩個門限電平，故傳輸特性呈滯回狀態(tài)。電路圖及其傳輸特性如圖8-25所示。第8章集成運算放大器8.3基本運算電路滯回電壓比較器用于控制系統(tǒng)時主要優(yōu)點是抗干擾能力強。存在干擾時，滯回比較器的輸入、輸出波形如圖8-26所示。第8章集成運算放大器8.3基本運算電路半導體集成電路識別與檢測知識拓展一、集成電路外引線的識別使用集成電路前，必須認真查對和識別集成電路的引腳，確認電源、接地、輸入、輸出及控制等相應的引腳號，以免因錯接而損壞器件。引腳排列的一般規(guī)律如下。①圓型集成電路：識別時，面向引腳正視。從定位銷順時針方向依次為1，2，3，4……。②扁平和雙列直插型集成電路：識別時，將文字符號標記正放（一般集成電路上有一缺口，將缺口或圓點置于左方），由頂部俯視，從左下腳起，按逆時針方向數(shù)，依次為1，2，3，4……。二、集成電路的檢測1.在線檢測與脫機檢測①在線檢測：測量集成電路各腳的直流電壓，與標準值比較，判斷集成電路的好壞。②脫機檢測：測量集成電路各腳間的直流電阻，與標準值比較，判斷集成電路的好壞。測得的數(shù)據與集成電路資料上數(shù)據相符，則可判定集成電路是好的。圓型多用于模擬集成電路，扁平型多用于數(shù)字集成電路，雙列直插型廣泛應用于模擬和數(shù)字集成電路。第8章集成運算放大器8.3基本運算電路2.在線檢測的技巧在線檢測集成電路各引腳的直流電壓時，為防止表筆在集成電路各引腳間滑動造成短路，可將萬用表的黑表筆與直流電源的“地”端固定連接，方法是在“地”端焊接一段帶有絕緣層的銅導線，將銅導線的裸露部分纏繞在黑表筆上，放在電路板的外邊，防止與板上的其他地方連接。這樣用一只手握住紅表筆，找準欲測量集成電路的引腳，另一只手可扶住電路板，保證測量時表筆不會滑動。3.集成電路的替換檢測當集成電路整機線路出現(xiàn)故障時，檢測者往往用替換法來進行集成電路的檢測。用同型號的集成塊進行替換試驗，是見效最快的一種檢測方法。但是要注意，替換試驗的前提是必須保證負載不短路。第8章集成運算放大器本章實訓差動放大器實訓目的1.理解差動放大器性能及特點；2.學習差動放大器主要性能指標的測試方法。實訓器材1.±12V直流電源；2.函數(shù)信號發(fā)生器；3.雙蹤示波器；4.交流毫伏表；5.直流電壓表；6.模電實驗箱。實訓原理如圖8-27所示是差動放大器的基本結構。它由兩個元件參數(shù)相同的基本共射極放大電路組成。當開關S撥向左邊時，構成典型的差動放大器。調零電位器RP用來調節(jié)VT1、VT2管的靜態(tài)工作點，使得輸入信號Ui＝0時，雙端輸出電壓Uo＝0。RE為兩管共用的發(fā)射極電阻，它對差模信號無負反饋作用，因而不影響差模電壓放大倍數(shù)，但對共模信號有較強的負反饋作用，故可以有效地抑制零漂，穩(wěn)定靜態(tài)工作點。第8章集成運算放大器本章實訓差動放大器當開關S撥向右邊時，構成具有恒流源的差動放大器。它用晶體管恒流源代替發(fā)射極電阻RE，可以進一步提高差動放大器抑制共模信號的能力。第8章集成運算放大器本章實訓差動放大器實訓內容和步驟1.典型差動放大器性能測試按圖8-27所示連接實驗電路，開關S撥向左邊構成典型差動放大器。（1）測量靜態(tài)工作點。①調節(jié)放大器零點。信號源不接入。將放大器輸入端A、B與地短接，接通±12V直流電源，用直流電壓表測量輸出電壓Uo，調節(jié)調零電位器RP，使Uo＝0。調節(jié)要仔細，力求準確。②測量靜態(tài)工作點。零點調好以后，用直流電壓表測量VT1、VT2管各電極電位及射極電阻RE兩端電壓URE，記入表8-1。第8章集成運算放大器本章實訓差動放大器（2）測量差模電壓放大倍數(shù)。斷開直流電源，將函數(shù)信號發(fā)生器的輸出端