第16章教案电工学电子技术(第七版)秦曾煌 .pdf

第16章教案电⼯学电⼦技术（第七版）秦曾煌

第16章集成运算放⼤器

本章要求

1.了解集成运放的基本组成及主要参数的意义。

2.理解运算放⼤器的电压传输特性，掌握其基本分析⽅法。

3.理解⽤集成运放组成的⽐例、加减、微分和积分运算电路的⼯作原理，了解有源滤波器的⼯作原理。

4.理解电压⽐较器的⼯作原理和应⽤。

本章重点

理想运放的传输特性、运放电路的分析⽅法。

本章难点

运放电路的分析⽅法。

教学⽅法

讲授法、演⽰法、练习法

教学⼿段

多媒体教学

教学时数

6学时

学时分配

16.1集成运算放⼤器的简单介绍

前⾯讲述的是分⽴元件以及⽤分⽴元件组成的电路。本章讲述⼀种发展最早的集成电路－－集成运算放⼤器。

集成电路的问世标志了电⼦技术进⼊微电⼦学时代。按功能划分，可分为数字集成电路和模拟集成电路；按集成度划分，可分

为⼩规模、中规模、⼤规模和超⼤规模集成电路。

集成运算放⼤器是⼀种具有很⾼放⼤倍数的多级直接耦合放⼤电路。是发展最早、应⽤最⼴泛的⼀种模拟集成电路。

16.1.1集成运算放⼤器的特点

特点：⾼增益、⾼可靠性、低成本、⼩尺⼨Auo⾼:80dB~140dB集成运放的符号：rid⾼:105~1011Ωro低:⼏⼗Ω~⼏

百ΩKCMR⾼:70dB~130dB

16.1.2电路的简单说明

外形及管脚的作⽤2—反相输⼊端3--同相输⼊端6--输出端4--正电源端7--负电源端1、5--接调零电位器8--闲置端（NC）

输⼊级：输⼊电阻⾼，能减⼩零点漂移和抑制⼲扰信号，都采⽤带恒流源的差放。中间级：要求电压放⼤倍数⾼。常采⽤带

恒流源的共发射极放⼤电路构成。

输出级：与负载相接，要求输出电阻低，带负载能⼒强，⼀般由互补对称电路或射极输出器构成。

16.1.3主要参数

1.最⼤输出电压UOPP

能使输出和输⼊保持不失真关系的最⼤输出电压。

2.开环差模电压增益Auo

运放没有接反馈电路时的差模电压放⼤倍数。Auo愈⾼，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越⾼。

3.输⼊失调电压UIO

4.输⼊失调电流IIO。愈⼩愈好

5.输⼊偏置电流IIB

6.共模输⼊电压范围UICM

运放所能承受的共模输⼊电压最⼤值。超出此值，运放的共模抑制性能下降，甚⾄造成器件损坏。

16.1.4理想运算放⼤器及其分析依据

uo

u+

u–

1.理想运算放⼤器

Auo→∞，rid→∞，ro→0，KCMR→∞

2.电压传输特性uo=f(ui)

线性区：uo=Auo(u+–u–)

⾮线性区：u+u–时，uo=+Uo(sat)

u+u–时，uo=–Uo(sat)

3.理想运放⼯作在线性区的特点

因为uo=Auo(u+–u–)

(1)差模输⼊电压约等于0即u+≈u–,称虚短“”若同相端接地，反向端有输⼊时，u–≈0，称虚地“”

(2)输⼊电流约等于0即i+=i–≈0,称虚断“”

4.理想运放⼯作在饱和区的特点

电压传输特性

(1)输出只有两种可能,+Uo(sat)或–Uo(sat)当u+u–时，uo=+Uo(sat)

u+u–时，uo=–Uo(sat)不存在“虚短”现象

(2)i+=i–≈0,仍存在虚断“”现象

16.2运算放⼤器在信号运算⽅⾯的运⽤

集成运算放⼤器与外部电阻、电容、半导体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进⾏⽐

例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、乘法和除法等运算。

运算放⼤器⼯作在线性区时，通常要引⼊深度负反馈。所以，它的输出电压和输⼊电压的关系基本决定于反馈电路和输⼊电路

的结构和参数，⽽与运算放⼤器本⾝的参数关系不⼤。改变输⼊电路和反馈电路的结构形式，就可以实现不同的运算。

16.2.1⽐例运算

1.反相⽐例运算

以后如不加说明，输⼊、输出的另⼀端均为地(⊥)。因虚断，i+=i–=0，所以i1≈if

1

i1Ruui-

-=

F

ofRuui-=-

因虚短,所以u–=u+=0，

if

RF

u+

iF

uRRu1

0-

=1

RRuuAFiouf-==

结论：

①Auf为负值，即uo与ui极性相反。因为ui加