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电子技术 哈尔滨工业大学(威海) 信息科学与工程学院基础教学部

第16章集成运算放大器 16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用 16.3 运算放大器在信号处理方面的应用 16.4 运算放大器在波形产生方面的应用 16.5 运算放大器在信号测量方面的应用 16.6 运算放大器电路中的负反馈 16.7 使用运算放大器应注意的几个问题

集成电路:它是用一定的生产工艺把晶体管、场效应管、二极管、电阻、电容、以及它们之间的连线所组成的整个电路集成在一块半导体基片上，封装在一个管壳内，构成一个完整的、具有一定功能的器件，也称为固体器件集成电路:它是用一定的生产工艺把晶体管、场效应管、二极管、电阻、电容、以及它们之间的连线所组成的整个电路集成在一块半导体基片上，封装在一个管壳内，构成一个完整的、具有一定功能的器件，也称为固体器件优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小，实现了元件、电路和系统的三结合返回目录

集成电路中元器件的特点 1. 单个的精度不是很高,但由于是在同一硅片上、用相同工艺生产出来的，性能比较一致 • 元器件相互离得很近,温度特性较一致 3.电阻一般在几十欧至几十千欧、太高或太低都不易制造 4.电感难于制造,电容一般不超过200pF,大电容不易制造返回目录

电路方框图 输入级中间级输出级偏置电路尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR ,输入阻抗 ri尽可能大输出级主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io ，输出阻抗 ro小。中间级应有足够大的电压放大倍数 16.1 集成运算放大器的简单介绍集成运算放大器：是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻的直接耦合放大电路内部电路返回目录

金属壳封装 双列直插式塑料封装管脚数有8、10、12、14、16等种类管脚数有8、10、12等种类集成电路的封装返回目录

四个运放共用 VDD、VSS 端每两个运放共用一个偏置电阻 C14578外引线排列图返回目录

反相输入端输出端同相输入端接线图顶视图 F007（5G24）外引线图返回目录

理想运放： 运放的特点： ri  ri 高:几十k 几百k KCMMRR  KCMRR很大 ro  0 ro 小：几十 ~ 几百 Ao   A o 很大:104以上~ 107    运放符号： u－  u－ A0 u－ A0 －－－ uo ＋ uo uo ＋＋ u+ u+ ＋ u+ ＋＋运放的特点和符号返回目录

+UO(sat) -UO(sat) 饱和区线性区饱和区运算放大器的传输特性线性区很窄,所以运放在线性区工作,通常引入深度电压负反馈返回目录

1. 差模输入电阻 ,两个输入端的输入电流可认为是零，即虚断。 2. 开环电压放大倍数输出电压是一个有限值，即虚短。如果信号从反向端输入，同相端接地反相端近于“地”电位，即虚地。运算放大器线性应用时的分析依据返回目录

运算放大器在饱和区时的情况 当时，时，当注意：此时输入端的输入电流也等于零例题返回目录

16.2 运算放大器在信号运算方面的应用 1. 比例运算 (1) 反相输入返回目录

电路的输入电阻 平衡电阻平衡电阻，保证输入端对地的静态电阻相等返回目录

电位为零 R F 注意 R 1 虽然 u i u 但不能将反相输入端和同相输入端直接相联或者直接接地 o R 2 电位为零，虚地返回目录

请思考：当 例题或此电路有什么特点？ (2)同相输入返回目录

(1) 反相加法器 2. 加法运算返回目录

平衡电阻 加法运算电路与运算放大器本身的参数无关,只要电阻阻值足够精确,就可保证加法运算的精度和稳定性. 返回目录

此电路若以 为输入，则输出为：请想一想：外接的各电阻关系如何？反相求和电路与同相求电路相比有什么优点？ (2) 同相加法器

由同相输入及反相输入的结论 ，运用叠加定理 3. 减法运算图中电路的输入方式也称做差动输入返回目录

请思考：如何选择电阻，能得出如下结论 差动输入方式下的电压放大倍数例题注意：这种输入方式存在较大的共模电压，应选用KCMRR较大的运放，并应注意电阻阻值的选取。返回目录

反相输入 虚地 4. 积分运算例题返回目录

应用举例 在电路的输入端输入方波，输出是什么波形？返回目录

思考题：在图示电路中，输入电压 试求输出电压的幅值，并画出的波形图。返回目录

5. 微分电路 应用举例返回目录

按滤波电路的功能分 16.3 运算放大器在信号处理方面的应用 1. 有源滤波器滤波器就是一种选频电路, 它能选出有用的信号,而抑制无用的信号,使一定频率范围内的信号能顺利通过,衰减很小,而在此频率范围以外的信号不易通过,衰减很大。低通滤波器LPF 高通滤波器HPF 带通滤波器BPF 带阻滤波器BEF 返回目录

滤波器 传递函数：幅频特性相频特性返回目录

为截止频率 （1）有源低通滤波器设输入为正弦波，可以用相量表示返回目录

幅角为 为变量，则该电路的传递函数若频率返回目录

幅频特性 返回目录

要想使滤波效果更好，即 时的信号衰减得快些，常常构成二阶有源低通滤波器一阶二阶返回目录

为截止频率 （2）有源高通滤波器返回目录

幅角为 为变量，则该电路的传递函数若频率返回目录

幅频特性 返回目录

思考题： 如何组成带通滤波器？返回目录

BPF的一般构成方法 将HPF及LPF相串联，其条件为LPF的通带截止频率高于HPF的通带截止频率。返回目录

2. 采样保持电路 在两次采样之间保持上一次采样结束时的状态采样采样采样控制信号保持保持保持控制信号返回目录

3. 电压比较器 运算放大器工作于开环状态输入差模信号很小,也会使输入电压饱和. 参考电压返回目录

当UR=0时,输入电压和零电平比较, 称为过零比较器. 返回目录

在输出端加一个双向稳压管 作双向限幅用返回目录

ui t u0 UZ t -UZ 应用举例限幅器返回目录

思考题：图示电路电路中的运放处于线性状态，但外围电路有非线性元件（二极管、三极管），讨论输入与输出的关系。思考题：图示电路电路中的运放处于线性状态，但外围电路有非线性元件（二极管、三极管），讨论输入与输出的关系。 ui>0时： ui<0时：返回目录

时当输出电压信号加到反相输入端时当输出电压当时，引回正反馈当时，滞回比较器返回目录

称为回差 uo 下门限电压 0 ui 上门限电压滞回比较器的传输特性小于回差的干扰不会引起跳转思考题返回目录

起限流的作用 R1和R2构成正反馈电路 RF和C构成负反馈电路反相输入端的电压双向稳压管,起输出限幅作用通过比较的大小可得出输出电压 16.4 运算放大器在波形产生方面的应用 • 矩形波发生电路电容两端电压的变化是电容通过电阻RF的充放电实现的返回目录

矩形发生器的波形 思考题：如何改变矩形波的周期T？返回目录

组成比较器 组成积分电路 2. 三角波发生器返回目录

电路工作稳定后, 当当从返回目录

三角波发生器的波形 如何计算周期? 返回目录

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