《模拟电子技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第七章 集成运算放大器 7.3 集成运算放大器的应用 7.4 集成运放在电压比较器中的作用

§7.3集成运算放大器的应用 休息1休息2 7.3.1集成运放等效模型及应用 7.3.2反相输入应用( Inverting) 7.3.3同相输入应用( Noninuarting) 7.3.4差分输入( Difference-Mode input) 7.5.5实用运算电路分析 返回

§7.3 集成运算放大器的应用 7 . 3. 1 集成运放等效模型及应用 7 . 3 . 2 反相输入应用（Inverting） 休息 1 休息 2 返回 7 . 3 . 3 同相输入应用(Noninuarting) 7 . 3 . 4 差分输入（Difference-Mode input） 7 . 3 .5 实用运算电路分析

7.3.1集成运放等效模型及应用 理想运放及等效模型。( deal operational and equivalent mode (1)理想运放主要特点: U(aue, oio aU Jo au 1o L, IIB, IoB aT aI OB at at aEaE E alo alEc alr) n,n90,00 (2)理想运放等效模型: “零子”:端子间电压为零,流过电流为零的二端电路元件。 “任意子”:端子间电压为任意,流过电流为任意值的二端电路元件。 理想运放等效模型: i=0 =任意值 =0 =常数 十 L 零子电路符号 任意子电路符号 返回休息体息

7 . 3. 1 集成运放等效模型及应用 1．理想运放及等效模型。(Ideal Operational and Equivalent Model) (1) 理想运放主要特点： Aud ,Ri d ,Ri c ,KCMR ,BW ,SR →                                  E OB C OB OB OB IB OB E IO C IO IO IO IO E I , E I , t I , T I ,I ,I E U , E U , t U , T U U e ,i ,R ,A 0. n n O uC → (2) 理想运放等效模型： “零子”：端子间电压为零，流过电流为零的二端电路元件。 “任意子”：端子间电压为任意，流过电流为任意值的二端电路元件。 理想运放等效模型： 常数 任意值 零子电路符号 任意子电路符号 u = i = i = 0 u = 0 uid u− u+ − I + I u0 返回休息1 休息2

7.3.1集成运放等效模型及应用 I:理想运放输出为有限值uo 由于Aaf=∞ .L;=-l= 4,→少D lt +=→称为理想运放的虚短特性 Ⅱ:由于Rin,R→ .id →)0 R id ∵Ⅰ=Ⅰ→0.运放不获取电流→→称为理想运放的虚断特性 Ⅲ:输出端为任意子,理想电压源(R0→0) 运放电路简化分析的要点: l+=u间同相端电位等于反相端电位-虚短) 1+=1=0(运放不获取电流-虚断) 输出端理想电压源 返回体息山体息

7 . 3. 1 集成运放等效模型及应用 Ⅰ：理想运放输出为有限值 u0 由于 Aud =  0. A u u u u ud 0  id = + − − = → u+ = u−  称为理想运放的"虚 短"特 性 Ⅱ：由于 Ri d , Ri c →  0 R u I I I id id  id = + − − = →  = → . 运放不获取电流称为理想运放的"虚断"特性. I+ I− 0 Ⅲ：输出端为任意子，理想电压源(R0 → 0 ) 运放电路简化分析的要点： ( ) ( )      = = − = − + − + − 输出端理想电压源 运放不获取电流 虚 断 同相端电位等于反相端 电 位 虚 短 I I 0 u u uid u− u+ − I + I u0 返回休息1 休息2

7.3.2反相输入应用( Inverting) (S) ZF(RF) ①电路结构: 信号u1(s)经z1由反相输入端输入 ZR) Z,,为反馈网络,相当于电压并联负反馈ew(()0 同相输入端经R接地, R:平衡电阻。R2=21∥EF R ②电路性能分析: 根据理想运放特性:“零子”,1(s)=0.1(s)=1()+1()=1(s) n()=u+(s) = 0.“虚地” u S-Uys UyS-loIS 有 有 Ls RE F R LSZ=R 返回体息山体息

7 . 3 . 2 反相输入应用（Inverting） ① 电路结构： 信号u (s) i 经 1由反相输入端输入 u (s) 0 u (s) i ( ) Z1 R1 ( ) ZF RF Rr u I(s) I (s) f F 1  , 为反馈网络，相当于电压并联负反馈。 同相输入端经Rr 接地， Rr ：平衡电阻。Rr = 1 // F ②电路性能分析： 根据理想运放特性：“零子”， ( ) ( ) (S) 1 f f I(s) = 0,I (s) = I s + I s = I I (s) 1 u− (s) = u+ (s) = u = 0. “虚地” ( ) ( ) ( ) ( ) f 0 1 i Z u s u s Z u s u s − = − 有   ( ) ( ) 1 F 1 F i 0 uf R R Z Z u s u s 有 A = = − = ( ) ( ) ( ) ( ) 1 1 1 1 1 1 i i f Z R I S I s Z I s u s Z = = = = ( ) ( ) f 0 1 i Z u s Z u s − = Rif 返回休息1 休息2

7.3.2反相输入应用( Inverting) (1)比例运算放大器(反向运放) Z=R =RI R 电压增益Ang=R 输入电阻:n=R1:输出阻抗:R0 2)求和运放(反相加法器) 电路仿真 R.=R,∥R ∑点为虚地:u=l+==0 l R 2 =0,…1n+12+l3=1 R2 当R1=R2=R3时, L R R3 +u2+l3 R 0 优点:1)改变R,R2,R2可调相加比例参数。 2)由于∑点为虚地,输入信号之间满 足线性叠加定理,互不影响。 R=R,∥R2∥R3、真 电路 返

7 . 3 . 2 反相输入应用（Inverting） (1) 比例运算放大器（反向运放） Z f = Rf Z1 = R1 , ui Rr R1 Rf = // R1 Rf 电压增益 u0 1 f uf R R A = − 输入电阻：Ri f = R1 ；输出阻抗：R0=0 (2) 求和运放（反相加法器）  点为虚地：u = u = u = 0 − +  1 1 1 R u  I = 2 2 2 R u I = u f 0 f 3 3 3 R u , I R u I = = − 1 I 2 I 3 I f 1 I R R2 R3 u1 u2 u3 − I Rr R1 R2 R3 Rf = // // // u0 Rf 1 2 3 f I = 0,I + I + I = I − ( ) 1 2 3 1 f 0 1 2 3 u u u R R V R R R = − + + 当 = = 时， 优点：1）改变 1 2 R3 R ,R , 可调相加比例参数。 2）由于 点为虚地，输入信号之间满 足线性叠加定理，互不影响。 . 电路仿真 电路仿真 返回

7.3.2反相输入应用( Inverting) (3)积分运算 uc=s (t)dt RI L 而 ). dt C Jo R CR Jo R =R 又…∑点:虚地x=0 电路仿真 u (dt CR Jo 例:理想积分:电容C恒流充电>电容上电压成线形变化。 当u1(t)=E→u0(= E CR uo(t) u;(t) E 返

7 . 3 . 2 反相输入应用（Inverting） （3）积分运算 C C → Z f  = t 0 C i f (t )dt C 1 u uC f i 而 1 i f 1 R u i = i = 1 u (t ) i i R1 ( ) ( ) u (t) dt CR 1 dt R u t C 1 u t t 0 i 1 t 0 1 i c  = =    又点：虚地u = 0 ( ) ( ) ( )   = − = − t 0 i 1 0 c u t dt. CR 1 u t u t u0 Rr = R1 例：理想积分：电容 C 恒流充电→ 电容上电压成线形变化。 当 ( ) ( ) t. CR E u t E u t 1 i = → 0 = − u (t ) i u (t ) 0 t t u E 电路仿真 返回

7.3.2反相输入应用( nverting) 休息休息2 (4)微分运算 Σ:虚地,i() dt L ∑ 4(=-R,,()=-Ca( u;(t) dt (5)对数运算(非线性运算电路) T的GB短接>RF R,=R 由于PN结电压与电流之间的关系 电路仿真 L T U T BE ∴lBE=Urln 虚地: R R BE -U(nu; - InRI Rp 电路仿真 T Inu,+B 式中:B=lR1,与无关的常量 返回

7 . 3 . 2 反相输入应用（Inverting） （4）微分运算 C → Z1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) . dt du t u t R I t R C . dt du t i t c i 0 f f f i 1 = − = − ：虚地， = u (t ) i u u0 Rf C 1 i f I Rr = Rf （5）对数运算（非线性运算电路） T的 CB短接→ RF T ui 1 i R1 Rr uBE f i u0 A 由于 PN 结电压与电流之间的关系： T B E T B E U u s U u f E s i i I e 1  I e           = = − s f BE T I i u = U ln 虚地： 1 i f 1 R u i = i = ( ) U lnu B. U lnu lnR I R I u u u U ln T i T i 1 s 1 s i 0 BE T = − + = − = − = − − 式中：B lnR I u . = 1 s 与 i无关的常量 电路仿真 电路仿真 休息1休息2 返回

7.3.2反相输入应用( Inverting) 休息休息2 (6)指数运算(非线性运算电路) T的CB短接→>R =e E u T BE l 由虚地: R R f" Elset 电路仿真 k,e k,u 式中:K1=-RFl,K2=UT 返

ui u0 7 . 3 . 2 反相输入应用（Inverting） （6）指数运算（非线性运算电路） T 的 CB 短接→ R1 T BE U u 1 E s  i = i = I e 由虚地：      = = − = f 0 f 1 BE i R u i i u u 2 i T i k u 1 U u 0 f 1 F S k e u R i R I e =  = −  = − 式中： . U 1 K R I , K T 1 = − F s 2 = u+ u- i1 iE 电路仿真 休息1休息2 返回

7.3.3同相输入应用( Noninuarting) 休息休息2 ①电路结构: 输入信号u1(s)作用在同相输入端。输出信号1 n(S)通过反馈网络Zp,1到反相输入端。 L 为一个电压串联负反馈电路。 ∑ L 为使输入端平衡对称, u Z2=Z//ZF u,(S) ②电路性能分析: 由理想运放“零子”{+=1=0 ()=a4()=2 又∵。().=-nz,而,()()=-“2 ∑ 而4z()=1()=m(n+ 电压增益: 1+ F 输入阻抗 “=∞(:n1=0) 返

7 . 3 . 3 同相输入应用(Noninuarting) ①电路结构： u (s) i Z2 Z1 Z f u (s) 0 1 I F I − I + I 输入信号 u (s ) i 作用在同相输入端。输出信号 u ( S ) o 通过反馈网络ZF ，Z1 到反相输入端。 为一个电压串联负反馈电路。 为使输入端平衡对称， Z2 = Z1 / /ZF ②电路性能分析: 由理想运放“零子”：    = = = + − + − V V I I 0 ( ) ( )  = + = u u s u s i 又 uo (s) - u = - F ZF I 而I (s) 1 = ( ) ( ) 1 F Z u s I s  = − u (s) u (s)  o =          − −  1 F Z u Z 而u (s) u (s)  = i ( )         = + 1 F i Z Z u s 1 电压增益： ( ) ( )         = = + 1 F i o uf Z Z 1 u s u s A 输入阻抗： ( ) .( I 0) I u s Z i i f = =  + = +  u u+ u- 休息1休息2 返回

7.3.3同相输入应用( Noninuarting) 休息休息2 (1)比例运算 R R 十 R,“ L 则有R∥Rp=R2∥R3(静态平衡)例0分/0 输入电阻R=0 如果u接电阻R3, R 3 R3 Rp 电路仿真 1+ R 2 +R R+r R 了f 3 (2)随器 当R=0或R1=∞时, R R 4v=1+k R2 右图所示电路中R与R2接 与不接都是跟随器。 电路仿真 返

u0 ui RF R2 ⑴比例运算 u (s) i u (s) 0 u 1 I F I − I + I R1 RF R2         = + 1 1 R R A F vf 输入电阻 R if =  如 果 + u 接电阻 R3 ， 则 有 1 2 3 R // RF = R // R （静态平衡） R3         + + = =  = + + 1 F 2 3 o 3 i i o uf R R 1 R R R u u u u u u A Rif = R2 + R3 ⑵跟随器 当 Ri f = 0 或R1 =  时， 1 R R A 1 1 F uf = + = 右图所示电路中Rf 与R2 接 与不接都是跟随器。 电路仿真 电路仿真 7 . 3 . 3 同相输入应用(Noninuarting) u+ u- 休息1休息2 返回