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。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，價格便宜特點(diǎn)：元器件參數(shù)的一

2、致性和對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)算放大器的簡介二、 集成運(yùn)放電路的組成1、幾個相關(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，也可以放大直流信號缺點(diǎn)：要考慮各級靜態(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)輸入信號為0時，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）共模信號大小相等、極性相同的兩個信號（4）差模信號大小相等、極性相反的兩個信號（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、中間級、輸出級和偏置電路四個部分組成。（1）輸入級采用具有高輸入電阻和低零漂的差分放大器。兩個輸入端分別稱之為同相輸入端和反相輸入端。（2）中間級中間級的作用是提高電壓放大倍數(shù)（3）輸出級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）偏置電路為各級電路提供穩(wěn)定合適的偏置電流，決定各

4、級電路靜態(tài)工作點(diǎn)。運(yùn)放的圖形符號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 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)的兩個特點(diǎn)1)v+ v時， vo = Vomax v+ v 時, Vo= VOmax2)i+ i 0 (虛斷)1. 理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的兩個特點(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的亮暗時長為多少？+-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；并會定量計算。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：信號從運(yùn)放的反相端輸入，同時在反相端引入了深度負(fù)反饋。因要求靜態(tài)時v+、 v 對地電阻相同，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和反饋信號加在同一輸入端并聯(lián)反饋反

9、饋信號使凈輸入信號減小負(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， 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斷開和閉合時分別計算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v+、v對地電阻相同， 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)反饋輸入信號和反饋信號分別加兩個輸入端串聯(lián)反饋反饋電路直接從輸出端引出電壓反饋反饋信號使凈輸入信號減小負(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）輸入信號加在反相端，同相端通過一個電阻接地，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）輸入信號加在同相端，反相端通過一個電阻接地，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，同理，vi2單獨(dú)作用時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）輸入信號同時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輸出與兩個輸入信號的差值成正比。即完成兩個信號的減法運(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，電壓表V的讀數(shù)為1V，則當(dāng)開關(guān)閉合時，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