第11章 运算放大器(讲课6学时，共3次课)
第 1 次课 运算放大器简介与负反馈
一、学时：2学时
二、目的与要求：了解集成运算放大器的基本组成及主要参数的意义
理解运算放大器的电压传输特性、理解理想运算放大器并掌握其分析方法
掌握负反馈类型的判断及负反馈对放大性能的影响
三、重点：理解运算放大器的电压传输特性、理解理想运算放大器并掌握其分析方法
掌握负反馈类型的判断
四、难点：掌握负反馈类型的判断
五、教堂方法：多媒体
六、习题安排：11.3.2、11.3.4
七、教学内容：
11.1 运算放大器的简单介绍
1、运算放大器的组成
2、外形、管脚、符号、参数
（1）外形、管脚、符号
5外接调零电位器（通常为10kΩ）的两个端子。
2——反相输入端。由此端接输入信号，则输出信号和输入信号是反相的（或两者极性相反）。
3——同相输入端。由此端接输入信号，则输出信号和输入信号是同相的（或两者相同）。
4——负电源端。接－15V稳压电源。
6——输出端。
7——正电源端。接＋15V稳压电源。
8——空脚。
（2）主要参数
①最大输出电压UOPP
②开环电压放大倍数Auo
③输入失调电压UIO
④输入推敲电流IIO
⑤输入偏置电流IIB
⑥共模输入电压范围UICM
3、理想运算放大器及其分析依据
（1）理想化的条件主要是：
①开环电压放大倍数Auo→∞
②差模输入电阻rid→∞
③开环输出电阻ro→∞
④共模抑制比KCMRR→∞
（2）理想运算放大器的图形符号
（3）重要结论
①线性工作区
②饱和区
举例说明
F007运算放大器的正、负电源电压为±15V，开一晃 电压放大倍数Auo
＝2×105，输出最大电压（即±UO（sat））为±13V。今在图11.1.3中分别加下列输入电压，求输出电压及其极性：
⑴u+ = +15μV,u- =-10μV；
⑵u+ =-5μV, u- =+10μV；
⑶u+ =0V, u- =+5mV；
⑷u+ =5mV, u- =0V。
【解】u+-u-=uo/Auo =±13/2×105V =±65μV
可见，只要两个输入端之间的电压绝对值超过65μV，输出电压就达到正或负的饱和值。
⑴uo=2×105(15+10)×10-6V =+5V
⑵uo=2×105(-5-10)×10-6V =-3V
⑶uo=-13V
⑷uo=+13V
11.2 放大电路中的负反馈
1、反馈的基本概念
（1）反馈：凡是将放大电路（或某个系统）输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部通过某种电路（反馈电路）引回到输入端，就称为反馈。
（2）反馈极性：正、负反馈。
（3）反馈电路方框图
2、负反馈的类型
（1）串联电压负反馈
①串联反馈
②并联反馈
③以电位的瞬时值判断负反馈
ud = ui-uf < ui
（2）并联电压负反馈
①并联反馈
②id=ii-if<ii
(3)串联电流负反馈
（参见P289，图11.2.4）
①电流反馈
②,对i、f的极性
关系要求
(4)并联电流负反馈（参见P289，图11.2.5）
id=ii－if < ii
3、负反馈对放大电路工作性能的影响
(1)提高放大电路的稳定性
(2)改善波形失真
(3)对放大电路输入电阻和输出电阻的影响
问题讨论：1＋AF＝100时，A变化了10％，则Af变化了多少？
4、小结
(1)反馈电路直接从电压输出端引出的，是电压反馈；从负载电阻RL的靠近“地”端引出的，是电流反馈；
(2)输入信号和反馈信号分别加在两个输入端（同相和反相）上的，是串联反馈；加在同一个输入端（同相或反相）上的，是并联反馈；
(3)反馈信号使净输入信号减小的，是负反馈。
第 2 次课 运放在信号运算方面的应用
一、学时：2学时
二、目的与要求：理解用运放组成的比例、加减、积分运算电路的工作原理。
三、重点：用运放组成的比例、加减运算电路的工作原理。
四、难点：加减、积分运算电路
五、教堂方法：多媒体
六、习题安排：11.3.6、11.3.7
七、教学内容：
11.3 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（如图11.3.1）
uo=f(ui) 关系：
(2)同相输入（如图11.3.3）
uo＝f(ui) 关系：
例题分析：
试计算图11.3.3中uo的大小。
图11.3.3是一电压跟随器，电源＋15V
经两个15KΩ的电阻分压后在同相输入端得到
＋7.5V的输入电压，故uo＝＋7.5V。
2、加法运算
一个测量系统的输出电压和某些非电量（经传感器变换为电量）的关系
为，试选图11.3.5中各输入电路的电阻和平衡电阻R2。设RF＝100KΩ。
【解】由可得
3、减法运算
关系
例题分析
在图11.3.6中，输入电压，
，其中是共模分量，
是差模分量。如果,试问RF多大时输出电压uo不含共模分量？
【解】
4、积分运算
(1) 积分运算电路图（如图11.3.7）
(2) uo与ui关系式及波形
例题分析：
电路如图所示，试求：
（1）输入电阻；
（2）比例系数。
解：由图可知Ri＝50kΩ，uM＝－2uI。
即
输出电压 图P7.5
试求图示各电路输出电压与输入电压的运算关系式。
解：在图示各电路中，集成运放的同相输入端和反相输入端所接总电阻均相等。各电路的运算关系式分析如下：
（a）
（b）
（c）
（d）
第 3 次课 电压比较器，RC正弦波振荡电路
一、学时：2学时
二、目的与要求：了解电压比较器的分析方法
理解自激振荡的概念
掌握RC正弦波振荡电路的工作原理
三、重点：RC正弦波振荡电路的工作原理
四、难点：RC正弦波振荡电路的稳幅措施
五、教学方法：多媒体
六、习题安排：11.4.1、11.5.1
七、教学内容：
11.4.2 电压比较器
1、电路（如图11.4.3）
2、传输特性
（1）时，
（2）时，
3、过零比较器
当UR＝0时的电压比较器即为过零比较器
这时：
（1）
(2)
4、有限幅的过零比较器
（1）电路图（如图11.4.7）
（2）传输特性
①
②
11.5 运算放大器在波形产生方面的应用
——RC正弦波振荡电路
1、自激振荡
(1) 定义：电路中无外加输入电压，而在
输出端有一定频率和幅度的信号输出，
这种现象就是电路的自激振荡。
(2) 振荡条件：
① uo和ui要同相，也就是必须是正反馈;
② 要有足够的反馈量，使│AuF│=1,
即反馈电压要等于所需的输入电压。
(3) 组成部分：
①放大电路
②正反馈电路
③选频网络
④稳幅环节
2、RC正弦波电路
RC振荡电路如图11.5.2所示。放大电路是同相比例运算电路，RC串并联电路既是正反馈电路，又是选频电路。对RC选频电路讲，振荡电路的输出电压u0是它的输入电压，它的输出电压ui送到同相输入端，是运算放大器的输入电压。由此得
欲使同相，则上式分母的虚数部分必须为零，即
这时，而同相比例运算电路的电压放大倍数则为
可见，当。
在特定频率时，uo和ui同相，也是RC串并联电路具有正反馈和选频作用。uo和ui都是正弦波电压。
在起振时，应。随着振荡再度的增大，│Au│能自动减小，直到满足│Au│=3或│AuF│＝1时，振荡振幅达到稳定，以后并能自动稳幅。
在图11.5.2中，是利用二极管正向伏安特性的非线性来自动稳幅的。图中，RF分RF1和 RF2两部分。在RF1上正、反向并联两只二级管，它们在输出电压uo的正负半周内分别导通。在起振之初，由于uo幅度很小，尚不足以使二极管导通，正向二极管近于开路，此时RF>2R1。而后，随着振荡幅度的增大，正向二极管导通，其正向电阻渐渐减小，直到RF＝2R1时，振荡稳定。
振荡的改变，可通过调节R或C或同时调节R和C的数值来实现。由集成运算放大器构成的RC振荡电路的振荡频率一般不超过1MHZ。
